重金屬鎘在小麥中的富集特征

重金屬鎘在小麥中的富集特征

隨著采礦業(yè)和工業(yè)的發(fā)展，土壤重金屬污染日益突出。土壤污染是農(nóng)業(yè)和食品安全的源泉。土壤生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展是現(xiàn)代土壤學(xué)的基本任務(wù)。重金屬污染土壤面廣量多,大中城市郊區(qū)蔬菜的重金屬污染尤其嚴(yán)重。而土壤一旦發(fā)生重金屬污染,就可能造成重金屬在植物根、莖、葉及籽粒中的大量累積,不僅嚴(yán)重地影響植物的生長和發(fā)育,而且還會影響到作物的產(chǎn)量與質(zhì)量。通過食物鏈的富集作用進(jìn)一步危害人類的生命和健康,近20年來,國內(nèi)外一些學(xué)者進(jìn)行了單一重金屬在土壤-植物系統(tǒng)的遷移轉(zhuǎn)化的試驗(yàn)研究,研究結(jié)果表明,同一植物種類對不同的重金屬元素的吸收富集能力不同,抗性存在差異,而且在各器官的分布也不同;不同種類的植物對同一種重金屬元素的吸收、富集能力也不同,抗性也具有差異;重金屬對各種作物或蔬菜生理生化方面的性狀均有不同程度的影響。筆者針對目前礦區(qū)復(fù)墾中存在的重金屬二次污染問題,研究了Cd在小麥中的富集特征,以期為農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)服務(wù)。1材料和方法1.1市種子公司土試劑為CdCl2·2.5H2O。供試小麥為煙農(nóng)19(徐州地區(qū)廣泛種植),供試種子購于徐州市種子公司。土壤為中國礦業(yè)大學(xué)南湖校區(qū)某一角,原菜園土。供試土壤理化性質(zhì)為:總氮9.26g/kg,總磷9.95g/kg,總鉀17.00g/kg,總銅49.75mg/kg,總鎘4.275mg/kg,總鉛72.575mg/kg,總鋅212.675mg/kg。1.2重金屬投加量試驗(yàn)配制質(zhì)量濃度為250g/LCd2+的儲備液各2L,每盆中裝土壤12.5kg。重金屬的投加采用逐層噴灑、翻土混合的方式加入。試驗(yàn)設(shè)5個處理濃度,Cd投加量分別為1、2、5、10、20mg/kg,每個處理濃度重復(fù)1次并增加1個空白樣。每個花盆中播種150粒麥種,在自然環(huán)境中培養(yǎng)。1.3土壤樣品的布點(diǎn)法在小麥整個生長過程中的不同時期進(jìn)行5次樣品的采集。采樣用梅花形布點(diǎn)法,樣品登記編號,用水洗凈根部土壤,在通風(fēng)且干燥處風(fēng)干。將小麥的根、莖、葉、潁殼和麥粒分別碾碎備用,硝酸-高氯酸消解后用原子吸收分光光度計(TAS-990型)測試各部位中重金屬Cd的濃度。2小麥不同部位中cd的濃度變化小麥于2006年10月20日種植,分別于幼苗期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期采集小麥樣品,樣品經(jīng)預(yù)處理后對小麥的不同部位中Cd的濃度進(jìn)行測定,分別分析Cd在小麥同一生長時期不同部位的富集特征。2.1小麥葉片和幼苗期cd含量的變化由表1可以看出,Cd在幼苗期小麥中的分布規(guī)律為:根>葉片,大部分Cd富集在小麥根中,向地面部分遷移的Cd量較少。幼苗期小麥根和葉片中Cd含量都隨處理水平提高逐漸增大。根中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為1.100～51.500mg/kg,葉片中為1.750～22.450mg/kg,空白樣中根和葉中的Cd差異不大分別為1.100和1.750,隨著Cd投加量的增加兩者的差異逐漸增大。2.2小麥根中cd含量的變化由表2可以看出,Cd在拔節(jié)期小麥中的分布規(guī)律為:根>莖>葉片,大部分Cd富集在小麥根中,向地面部分遷移的Cd量較少。Cd在小麥根中含量隨處理水平提高逐漸增大。莖和葉片中Cd含量也是隨處理水平提高逐漸增大。根中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為2.325～72.775mg/kg,葉中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為1.700～10.325mg/kg,莖中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍0～13.225mg/kg。2.3cd含量的變化由表3可以看出,Cd在抽穗期小麥中的分布規(guī)律為根>莖>葉片>穎殼,部分Cd富集在小麥根中,向地面部分遷移的Cd量較多。根中Cd含量變化為:增大、減小、增大、減小、增大,但總體來看是逐漸增大。小麥莖、葉片和穎殼中Cd含量整體上隨處理水平提高逐漸增大。根中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為3.125～32.225mg/kg,莖中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為1.525～15.950mg/kg,葉中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為0.700～11.500mg/kg,穎殼中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為1.000～2.825mg/kg。2.4不同處理對莖、葉片cd富集的影響由表4可以看出,成熟期的小麥植株中Cd在成熟期小麥中的分布規(guī)律為:根>莖>葉片>籽實(shí)>穎殼,大部分Cd富集在小麥根中,向地面部分遷移的Cd量較少。根中Cd含量在較低處理水平下隨處理水平提高而增大,再在較高處理水平下減少。莖、葉片中Cd的富集量隨處理水平提高而增大。穎殼、籽實(shí)含量基本上變化不大,最大含量出現(xiàn)在處理水平為20mg/kg下。根中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為7.50～46.50mg/kg,莖中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為0.850～10.500mg/kg,葉中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為0.550～10.350mg/kg,穎殼中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為0.125～3.150mg/kg,籽實(shí)中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為0.275～5.000mg/kg。3小麥不同發(fā)育時期中cd的含量和分布(1)小麥不同部位隨Cd投加量增加對Cd的富集規(guī)律有所差異,在各生長發(fā)育期,根中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體上隨Cd投加量增加逐漸增大;幼苗期小麥葉片中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨Cd投加量的增加逐漸上升;拔節(jié)期莖和葉片中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本上隨Cd投加量的增加變化不大;抽穗期小麥莖和葉片中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)在較低Cd投加量下逐漸增大,向地面部分遷移的Cd量較多;成熟期穎殼和籽實(shí)中Cd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨Cd投加量的增加呈非完全線性增加。(2)小麥不同生長期不同部位Cd的積累變化,在小麥生長過程中,各處理水平下小麥根中Cd的濃度比較高,在拔節(jié)期迅速上升,并達(dá)到最大值,在隨后的抽穗期、成熟期又慢慢減少;莖中Cd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)先增加后又慢慢減少;葉片中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體而言逐漸減少,穎殼中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)由抽穗期到成熟期下降。根據(jù)無公害食品標(biāo)準(zhǔn),小麥中重金屬Cd最大允許濃度為0.2mg/kg(GB15201-94),可見各投加量下小麥籽實(shí)