摘要：本研究采用盆栽实验，研究喷施不同浓度的硫酸锌对油菜吸收镉以及对油菜产量和土壤pH的影响。实验结果表明，相较于未喷施处理的植株，喷施一定浓度的硫酸锌溶液对降低植物的镉积累量具有显著作用。喷施为2.5%左右对植物镉积累量的降低最为明显，降幅为46%，考虑其他浓度降幅水平在33%~45%。喷施质量分数3%时植物镉积累量增高较明显，增幅为5%；喷施锌肥对油菜生物量的影响不大；喷施不同浓度的硫酸锌对土壤有效镉及pH的含量影响不大。植物根系与地上部生物量的增长趋势大致相同，喷施质量分数为1.5%左右的锌肥时油菜生物量较高，增幅为12.4%。
关键词：重金属,土壤,镉污染,油菜,喷施
0引言
随着我国工业化和城市化的快速发展，重金属污染问题日益严重，目前，中国菜地土壤受重金属污染最为典型的是镉污染[1]。土壤镉污染不仅会使土壤的生态环境遭到破坏，并且其种植物也会镉积累量增高，最终通过食物链进入人体，威胁人们的身体健康。因此，如何有效地减少镉在农作物的累积，已成为当前环境科学领域的研究热点。
油菜作为一种重要的油料作物，在我国广泛种植。因此，研究如何降低油菜对镉的吸收和积累，对于保障油菜的安全生产和人体健康具有重要意义。蔬菜中的镉积累既有植株基因表达的原因，也与土壤的理化性质以及施肥方式有关[2]。喷施作为改良作物的常用农业工作方式，研究喷施硫酸锌对植物积累镉的影响具有一定价值。
Zn和Cd具有相似的离子结构，它们会在植物体内竞争相同的吸附点位，因此经常在植物体内发生拮抗作用[3]。因此人们利用Zn减少植物对镉的积累，已经有了很多相关研究，例如张良运等[4]报道，叶面喷施质量分数0.2%ZnSO4，有降低水稻籽粒中Cd含量的趋势。陈贵青等[5]和周坤等[6]的研究表明，喷施ZnSO4可有效降低辣椒和番茄果实的Cd质量分数，最大降幅分别为21.8%和36.7%。
本文主要讨论的是土壤镉污染对农业生产及人体健康的影响以及高效防控方法。研究选取油菜作为实验对象，采用喷施不同浓度硫酸锌方式调控土壤中镉的积累，并讨论其对植株的相关影响。
1材料与方法
1.1试验材料
本实验采用山西太原北部郊区土壤作为栽培土壤，其粒径偏细，土质遇水成泥较有黏性，pH=8.34。利用在土壤中添加一定浓度镉溶液并自然晾干的方法，将实验土壤人为污染至镉含量为2 mg/kg，所浇灌的水源pH=8.1。供实验的植物品种为青梆奶油菜，由天津市蓟农种子有限公司提供。供试Zn肥为分析纯的ZnSO4·7H2O配制而成的不同浓度的溶液。
1.2试验方法
该试验于2023年5月至7月在太原工业学院实验室进行，室内温度为19~27℃,光照为温室自然光照，盆栽随机排列。所需土壤风干研磨后过2 mm筛，然后装入塑料盆中（直径为23 cm，高为19 cm）每盆397 g土。
实验共设置6个处理，分别为：对照，喷施未处理的自来水；喷施质量分数为1%的硫酸锌溶液；喷施质量分数为1.5%的硫酸锌溶液；喷施质量分数为2%的硫酸锌溶液；喷施质量分数为2.5%的硫酸锌溶液；喷施质量分数为3%的硫酸锌溶液，每盆喷施3 mg锌。每个处理设3次重复。为避免Zn溶液渗入土壤中，喷施Zn肥时采用遮盖物遮挡盆口。
喷施处理于2023年6月9日开始，每隔4 d重复喷施，每植株每次喷施对应浓度的溶液次数相等，均为10喷左右，喷施处理于6月9日、13日、17日、21日、25日、29日。
培育植株时先于育苗盆中培育幼苗，待到幼苗长出4~5片真叶时移栽至试验盆中。根据植物生长状况每日以去离子水浇灌，控制其土壤含水量为70%~85%。油菜生长55 d后收获。
1.3样品分析
油菜收获后用去离子水洗净，自然晾干后称量鲜重。称量后先自然晾干水分一周，然后放入烘干箱中70℃烘干至恒重，称量干重。称量时鲜重与干重均分为地上部与地下部分别称重记录。称量干重后研磨备用。
植物体内镉含量的测定:将同样处理的植物样品取样放入消解瓶中，每个消解管放入0.3 g样品，加入10 mL混合酸[V（HNO3）:V（HClO4）=3:1]加盖过夜，放入型号消解仪中进行消解。参照GB/T 5009.15—2003进行植物消解实验，观察棕黑色烟气冒出，白色烟气大致蒸出，冷却后加入少量蒸馏水继续蒸干赶出剩余混合酸，消化液呈无色或浅黄色。将消化液过滤定容待用，用火焰连续法进行植物有效镉的测定。
土壤有效镉的测定：将土壤样品风干粉碎研磨过2 mm筛，取土样质量5.0 g，提取剂0.15 mol/L HCl，水土比5:1，提取时间1.5 h，转速120 r/min。通过原子吸收光谱法测定其镉含量。
1.4数据处理
试验数据采用Excel 2010和Origin软件进行统计分析。采用单因素方差分析不同处理间的植株有效Cd含量差异显著性。
2结果与分析
2.1喷施不同浓度硫酸锌对油菜生物量的影响
如图1所示，喷施不同质量分数的硫酸锌对油菜生物量的影响不同。根据实验图表，喷施质量分数为1.5%的硫酸锌油菜的生物量最高,增幅为12.4%。因此可得，喷施质量分数1.25%~1.75%的硫酸锌对油菜生物量增长最有效。喷施质量分数为2%~3%的硫酸锌对油菜生物量有抑制效果，降幅为15%~30%。但综合来看，喷施锌肥对油菜生物量的影响不大。
2.2喷施不同浓度硫酸锌对土壤有效镉的影响
如图2所示，喷施不同浓度的硫酸锌对土壤有效镉的含量影响不大，在喷施锌肥质量分数为2%左右时对降低土壤有效镉量具有轻微的效果，降幅为5%~10%。在质量分数为1%左右时对土壤有效镉含量有轻微提高效果，增幅为30%左右。
2.3喷施不同浓度硫酸锌对油菜地上部镉积累量的影响
如图3所示，喷施硫酸锌对油菜地上部镉积累量总体具有明显的降低作用。喷施1.5%左右以及3%及以上硫酸锌时，油菜地上部镉积累量轻微的上升趋势，喷施质量分数3%硫酸锌镉积累增幅约为5%。但相较于对照组植物的镉积累量相差不大。喷施锌肥质量分数在2.5%左右时减少油菜镉积累量的效果最好，降幅为46%。减少时平均降幅水平在33%~45%。
2.4喷施不同浓度硫酸锌对土壤pH的影响
如表1所示，实验喷施处理后，与对照相比，土壤pH变化不明显。
3讨论和结论
3.1分析与讨论
根据2.2中实验结果分析，综合来看喷施不同浓度的锌对油菜生物量的影响相差不大。Zn作为油菜生长必须的微量元素，对植株生长有一定的促进作用。在植物生长发育过程中，细胞的分裂和生长是生物量增长的关键，锌通过调节植物细胞分裂和生长的相关酶的活性，促进细胞的分裂和生长，可以从锌促进光合作用和提高植物抗氧性的角度解释，其提高植物的生长速率和生物量。但促进作用不太明显，由此可见在农业生产中喷施用一定浓度的锌肥对油菜作物产量无明显影响，锌肥质量分数为1.5%左右可能提高其生物量。
根据2.2中实验结果来看喷施不同浓度的硫酸锌对土壤有效镉的含量影响不大，我们应当考虑到喷施硫酸锌溶液随叶片与根茎落入土壤中，从而造成土壤有效镉含量的起伏。在质量分数为1%左右时，土壤有效镉含量略微增多。这与锌，镉的交互作用有很大关系，根据华珞等[7]研究表示，土壤中Zn与Cd会竞争土壤的吸附点位，Zn可以将置换土壤胶体吸附的Cd离子，从而增加土壤中游离的有效镉。同时也应该考虑到植物生长对土壤有效镉的吸收作用，因此土壤有效镉的含量与植物吸收和土壤离子交换吸附都有一定关系。
根据2.3中实验结果来看，我们可以得到硫酸锌对油菜吸收镉污染的调控情况。喷施一定浓度的硫酸锌溶液对降低植物的镉积累量具有显著作用。喷施质量分数1%硫酸锌时有效降低植物镉积累量。但喷施质量分数1.5%左右时植物镉积累量不减反增。喷施质量分数于2.5%左右对植物镉积累量的降低最为明显，喷施浓度3%时植物镉积累量增高明显。
Zn作为植物中必不可少的微量元素，Zn于Cd的交互作用是喷施锌肥降低植物镉积累的重要原理。因为Zn与Cd在离子结构和化学性质上具有极高的相似性，在土壤-植物作用系统中存在复杂的交互作用，呈现拮抗、协同、独立的表现。喷施硫酸锌降低植物的镉积累量主要从Zn与Cd的拮抗作用考虑，植物地上部的镉积累过程主要由根部吸收Cd和植物体内转运Cd两个过程，油菜通过叶片吸收转运喷施的Zn离子，从而抑制植物对Cd的吸收和转运。Zn和Cd会竞争植物细胞中的转运蛋白以及细胞膜表面的离子吸收点位[8-10]。因此Zn-Cd交互作用中的协同作用可以解释喷施质量分数1.5%左右以及3%左右的硫酸锌对油菜地上部的镉积累量的相对提高。
3.2结论
1）喷施锌肥对油菜生物量的影响相对不明显。植物根系与地上部生物量的增长趋势较为相似，喷施质量分数为1.5%左右的锌肥时油菜生物量较高，增幅为12.4%。
2）喷施不同浓度的硫酸锌对土壤有效镉及pH的含量影响不大。土壤有效镉一部分由植物吸收影响，其也与土壤离子交换吸附有一定关系。
3）喷施一定浓度的硫酸锌溶液对降低植物的镉积累量具有显著作用。根据实验数据可知，喷施质量分数为2.5%左右对植物镉积累量的降低最为明显，考虑其他浓度降幅水平在33%~45%。喷施质量分数3%时植物镉积累量增高较明显。
参考文献
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[6]周坤，刘俊，徐卫红，等.外源锌对不同番茄品种抗氧化酶活性、镉积累及化学形态的影响[J].环境科学学报，2014，34（6）：1592-1599.
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