镉胁迫下不同土壤类型对马铃...生长及镉富集转运特性的影响_何雪.pdf

年第 卷第 期，地 球 与 环 境 镉胁迫下不同土壤类型对马铃薯生长及镉富集转运特性的影响何雪，陆引罡，张洁，刘克（贵州大学 农学院，贵阳）摘 要：马铃薯是我国重要粮食兼经济作物，同时也是贵州省旱地主栽作物之一。为了解镉胁迫下，不同土壤类型对马铃薯生长及镉富集转运的影响，采用盆栽试验的方法，设计不同浓度镉处理，研究贵州省 个地区不同土壤类型对马铃薯生长、生理及镉富集转运特性。结果显示：不同土壤类型中雷山棕壤上种植的马铃薯生长状况较好，且总体表现为低浓度促进、高浓度抑制的规律（块茎质量在盘州黄棕壤和贵阳石灰土上的表现除外）；不同土壤类型中叶绿素含量（）最高值体现在沿河水稻土上，且随着镉胁迫的增加呈先增后降的趋势（贵阳石灰土及茅台钙质紫色土呈持续升高趋势），各土壤类型下马铃薯淀粉含量大小并无一致规律；马铃薯各部位镉含量表现为根茎叶块茎，罗甸红壤上各部位镉含量及富集系数较高，纳雍黄壤其次，盘州黄棕壤上根、茎、叶镉含量及富集系数较低，茅台钙质紫色土上块茎镉含量及富集系数最低；是影响块茎富集镉的主要土壤因子，呈极显著负相关；不同土壤类型下马铃薯各部位镉转运系数均表现为 根茎根叶根块茎，但不同土壤之间 值差异不大，影响 根块茎的主要土壤因素是有机质，呈现极显著性正相关。综合而言，镉胁迫下土壤 与块茎镉的富集能力呈显著负相关，农业种植中可避开选择 较低的土壤进行种植，根、茎、叶对镉的富集转运明显大于块茎。关键词：马铃薯；土壤类型；富集系数；转运系数中图分类号：文献标识码：文章编号：（）：.收稿日期：；改回日期：基金项目：贵州省科技计划项目（黔科合基础 号、黔科合后补助）；国家自然科学基金项目（）。第一作者简介：何 雪（），女，硕士研究生，研究方向为土壤重金属污染。：通讯作者：刘 克（），男，博士，副教授，研究方向为土壤重金属污染与防治等。：据 年全国土壤污染调查公报显示，重金属 的点位超标率达.，在西南、中南地区土壤重金属超标范围尤为严重。镉是人体非必需的剧毒重金属元素，但却容易通过高富集作物进入人体从而对人体造成健康威胁。已有研究表明，土壤理化性质如、有机质（）、阳离子交换容量（）等是影响植物吸收、转运、富集重金属的重要因素。等通过逐步回归多元分析证实土壤中 浓度及 是影响马铃薯块茎镉累积的主要土壤因子。张瑞瑞等研究黄壤和石灰土上种植的马铃薯对镉的富集差异结果表明，块茎镉富集系数黄壤大于石灰土。王岑涅等研究镉胁迫下红椿生长及镉富集特性，结果表明相同镉浓度处理下主根镉含量表现为：黄壤酸性紫色土冲积土。这说明不同土壤性质条件对作物富集转运镉具有一定影响。贵州省马铃薯种植面积超过 ，是全国第 大产区。同时，贵州喀斯特地貌发育完全且较为集中，碳酸盐岩分布区域内土壤 的背景值远高于全国平均值，是典型的 地球化学异常区，加上人为污染源的叠加使得土壤镉污染指数更高，由此可见马铃薯存在较强的镉污染风险。植物对重 金 属 的 富 集 转 运 特 性 常 用 富 集 系 数（，）和 转 运 系 数（，）表示，选择低迁移和低富集 的土壤类型种植马铃薯，可以有效降低作物可食部位 含量，进而提高农产品的食用安全性。年 月在云南昭通举行了第二十届中国马铃薯大会，大会上把粮食和脱贫问题与马铃薯紧密结合，说明发展马铃薯产业已然成为我国的重要任务。贵州作为马铃薯生产大省，探明马铃薯生长与不同土壤类型上重金属镉之间的关系，把马铃地 球 与 环 境 年薯发展成该省的优势作物是我们义不容辞的任务。本研究采集贵州省 地区（市 州）不同土壤类型，采用盆栽试验，依据农用地土壤污染风险管控标准（）添加不同外源镉浓度，探明不同土壤类型对马铃薯生长、马铃薯对镉富集转运差异的因素，为喀斯特地区马铃薯健康发展提供理论依据。材料与方法.供试材料 供试马铃薯品种为青薯 号，是贵州省主栽马铃薯品种，种薯由贵州省农业科学研究院马铃薯研究所提供。供试土壤采集自贵州省各地区 的耕层土壤，剔除残茬碎屑等杂物后风干过 筛供盆栽试验使用。土壤采集地、土壤类型及理化性质等具体信息如下表。表 供试土壤基本理化性质 采样地区缩写土壤类型经纬度有机质 （）全镉（）有效镉（）黔南罗甸红壤，.黔东南雷山棕壤，.六盘水盘州黄棕壤，.贵阳花溪石灰土，.铜仁沿河水稻土，.毕节纳雍黄壤，.遵义茅台钙质紫色土，.试验设计 盆栽试验于 年 月 年 月 在贵州大学农学院进行，准确称取 过筛土壤装入花盆（高 ，直径 ），每盆加入基肥（）、（）、（）分别为.、.、.。将外源 （）以溶液形式喷入花盆，搅拌均匀，每盆浇水至田间持水的 。添加量设置 个浓度梯度（基于土壤环境质量标准（），分别设置为土壤二级标准的、倍），如表。待土壤稳定 个月后种植马铃薯，种薯选择大小芽眼相近的马铃薯，试验期间进行常规种植管理，每个处理重复三次，共计 盆。表 外源 添加情况 .二级标准.处理.处理.处理.处理.注：文中用 分别代表 处理 处理。.样品采集与测定方法 马铃薯成熟后以盆为单位整株取出，植物样按部位分为根、茎、叶、块茎，先用自来水将泥土冲洗干净，再用蒸馏水润洗，待水份晾干称重之后放入牛皮纸袋于 烘箱中杀青，烘干至恒重，用粉碎机磨细备用。土样整盆倒出，混匀后按四分法取 样品装入自封袋中带入实验室风干后过.筛备用。土壤基本理化性质检测方法参考土壤农业化学分析，其中 采用电位法测定、有机质采用重铬酸钾容量法外加热法测定；测量株高时将直尺从植株基部量到苗顶最高位置，读数即为株高；茎粗用游标卡尺测量主茎地上第二节中部直径，读数即为茎粗；叶绿素含量（值）不同植株按同一方位从顶端开始倒数第三片完全张开的叶，用 叶绿素计夹住叶片，待读数稳定后读取的数字即为该叶片的 含量；淀粉含量用美尔凯尔表法测定：先将新鲜马铃薯块茎切碎用网袋至于 烘箱中杀青 ，烘干至恒重，冷却后称重，按如下公式计算：淀粉含量（干物质含量.）.有效态镉含量：称取过 目筛的土壤样品.于 离心管中，加入.（优级纯）溶液震荡 ，在 下离心 后过滤，滤液使用（）测定重金属镉含量；植物样镉含量用硝酸过氧化氢体系消解，土样镉含量用硝酸高氯酸氢 第 期何 雪等：镉胁迫下不同土壤类型对马铃薯生长及镉富集转运特性的影响氟酸体系消解，用 硝酸溶液定容，待测液统一用（）测定，设置标准物质，平行样，空白样进行质量控制，标准样品测定结果均在误差允许范围内，所用酸试剂均为优级纯。.计算方法 富集系数（，）植物某一部位 含量 土壤中 含量；转运系数（，）植物地上部位 含量地下部分 含量。.数据处理 采用 、.、进行数据处理和作图，其中差异显著性采用 法（.），相关性分析采用 法。结果与分析.镉胁迫下不同土壤类型对马铃薯生长的影响 图（、）显示，随着外源镉浓度的增加，株高在雷山棕壤、盘州黄棕壤呈现先升高后降低的趋势，株高值均在 处理时最高，处理时最低；贵阳石灰土呈现先升高后降低再升高的趋势，株高值在 处理下最高，到 时达到最低值；茅台钙质紫色土在 和 处理下株高较高，其余三个处理的株高较 和 处理时低，且无显著差异；罗甸红壤、沿河水稻土下，株高最高值均体现在 处理上，最低值体现在 处理上；纳雍黄壤下，最低值体现在 处理上，最高值体现在 处理上。在不同镉浓度处理下，个土壤类型中，除贵阳石灰土和纳雍黄壤外（株高在 处理下最低），其余土壤类型下株高在 处理下最低（茅台钙质紫色土下株高在、处理较低，但未见显著差异）。除纳雍黄壤，所有土壤类型下，镉胁迫对马铃薯株高的影响整体表现为“低促高抑”的现象，因此，外源镉浓度小于等于.（土壤.）、.（土壤.）时，在一定程度上能促进马铃薯株高的生长，高于该浓度，株高则出现生长缓慢现象，外源镉浓度达.（土壤 .）、.（土壤.）时，显著抑制马铃薯株高生长（贵阳石灰土除外）。个土壤类型下，雷山棕壤下株高值在各镉浓度处理下均表现为最高值。处理下，最低值体现在纳雍黄壤上，与其余土壤类型下株高均见显著差异，除雷山棕壤、盘州黄棕壤、纳雍黄壤三种土壤类型外，其余土壤类型下的株高值在 处理下均未见显著差异；处理下，株高最低值体现在贵阳石灰土和纳雍黄壤下，且未见显著差异，其余土壤类型之间差异均达显著水平；处理下，株高最低值体现在贵阳石灰土下，除盘州黄棕壤和茅台钙质紫色土外，株高在其余土壤类型之间均见显著差异；处理下，株高最低值表现在贵阳石灰土及茅台钙质紫色土上，且两者之间无显著差异，其余土壤类型之间差异均达显著水平。总体而言，在不同镉浓度处理下，各土壤类型对马铃薯株高影响差异显著。不同土壤类型之间，雷山棕壤下株高值最高，纳雍黄壤、贵阳石灰土及茅台钙质紫色土株高值较低。图（、）显示，随着外源镉浓度的增加，茎粗在罗甸红壤、雷山棕壤、盘州黄棕壤下均呈升高降低再升高的趋势，在 处理茎粗降到最低值后，处理下又回升，但均小于 和 处理时的茎粗；贵阳石灰土和茅台钙质紫色土下茎粗在 处理下达到最高值，随后降低，贵阳石灰土下、之间未见显著差异，茅台钙质紫色土在 处理下茎粗值最低，与其余处理之间均见显著差异；沿河水稻土在各镉浓度处理下茎粗未见显著差异，但均较 处理低；纳雍黄壤下，茎粗在 处理下最高，与其余处理之间均见显著差异，、处理下茎粗降低。由此可见，在镉胁迫下，除沿河水稻土外，镉胁迫对马铃薯茎粗的影响整体叶表现出低浓度促进高浓度抑制的现象。与株高值相似，个土壤类型下茎粗值在各镉浓度下最高值均体现在雷山棕壤上，与其余土壤类型之间均见显著差异。处理下，茎粗表现为罗甸红壤、盘中黄棕壤（无显著差异）贵阳石灰土、茅台钙质紫色土（无显著差异）沿河水稻土、纳雍黄壤（无显著差异），但上述三组土壤类型之间差异均达显著水平；处理下，纳雍黄壤和茅台钙质紫色土下茎粗最低，且无显著差异，其余土壤之间差异均达显著水平；、处理下，纳雍黄壤下茎粗最低，与其余土壤之间均见显著差异。总体而言，在不同镉浓度处理下，各土壤类型对马铃薯茎粗影响差异显著。不同土壤类型之间，雷山棕壤下茎粗值最高，纳雍黄壤、沿河水稻土及茅台钙质紫色土茎粗值较低。图（、）显示，随着外源镉的增加，块茎质量在不同土壤类型下的表现均不同。其中，盘州黄棕壤及贵阳石灰土下块茎质量最高值均体现在 处理，其余处理之间差异达显著水平，盘州黄棕壤下最低值体现在 处理，贵阳石灰土下最低值体现地 球 与 环 境 年数值为平均值标准误，图、不同小写字母表示在不同土壤类型下相同镉添加量下差异显著（.，），图、不同小写字母表示在相同土壤类型下不同镉添加量下差异显著（.，），下同。图中用表 注明的地区缩写代表不同土壤类型，下同。图 镉胁迫下不同土壤类型对马铃薯株高（、）、茎粗（、）、块茎质量（、）的影响 （，），（，）（，）在 处理；罗甸红壤、沿河水稻土、纳雍黄壤、茅台钙质紫色土下 处理块茎质量最高，雷山棕壤下 处理最高，其次为，但两者之间未见显著差异。随着外源镉浓度的增加，罗甸红壤、雷山棕壤上表现为升高降低又升高趋势（在 处理下达到最低值），沿河水稻下随着外源镉浓度的增加，块茎质量呈降低趋势，在 处理下达最低值，纳雍黄壤下，块茎质量在 处理下较 有显著降低的趋 第 期何 雪等：镉胁迫下不同土壤类型对马铃薯生长及镉富集转运特性的影响势，随后呈升高降低趋势，在 处理下达最低值，茅台钙质紫色土下块茎质量较低的处理是 和，但未见显著差异，较高值体现在 和 处理，也未见显著差异。综上，不同土壤类型中块茎质量在镉胁迫下的表现具有差异。但总体而言均表现为在低浓度时块茎质量较高，高度浓度时较低（盘州黄棕壤和贵阳石灰土除外），具体浓度各土壤类型之间又有不同。块茎质量在 个土壤类型下的表现与株高和茎粗一样，最高值均体现在雷山棕壤图 镉胁迫下不同土壤类型对马铃薯（、）、淀粉含量（、）的影响 （，）（，）上，与其余土壤类型均见显著差异。处理下，最低值体现在纳雍黄壤和盘州黄棕壤；处理下，最低值体现在沿河水稻土和茅台钙质紫色土；、处理下，最低值均体现在沿河水稻土和纳雍黄壤。总体而言，不同土壤类型之间，雷山棕壤下块茎质量值最高，纳雍黄壤、沿河水稻土、盘州黄棕壤下较低。由表 可知，盘州黄棕壤、沿河水稻土、纳雍黄壤及茅台钙质紫色土中有效态镉与块茎质量