焦洪靜，牛明芬，魏樹和 ，李云萌，王姍姍，朱建功

1．沈陽建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，沈陽110168

2．中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所污染生態(tài)與環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，沈陽110016

3．中國科學(xué)院大學(xué)，北京100094

重金屬是一類性質(zhì)獨(dú)特的污染物質(zhì)，其最大的特點(diǎn)就是不能為生物所分解，大多數(shù)也不能通過焚燒的方法從土壤中去除，相反地可以在生物體內(nèi)富集，有些還會(huì)轉(zhuǎn)化為毒性更大的甲基化合物，對(duì)人體危害極大［1］。從20世紀(jì)50年代，日本開始出現(xiàn)“水俁病”和“骨痛病”，并查明這些人類疾病分別系汞(Hg)和鎘(Cd)污染引起，自此，重金屬污染環(huán)境問題普遍受到世界各國的重視，并采用了相應(yīng)的防治措施［2］。然而，隨著人類對(duì)資源需求水平的不斷提高以及生產(chǎn)強(qiáng)度的日益加大，含有重金屬的廢棄物不斷地輸入環(huán)境，對(duì)環(huán)境造成的污染仍在加劇。其中，農(nóng)田土壤受重金屬污染程度越來越大，僅西歐約140萬個(gè)污染土壤位點(diǎn)中，重金屬污染便占有絕大多數(shù)，而我國受重金屬污染的耕地面積已達(dá)20多萬km2，每年出產(chǎn)重金屬污染的糧食約1 200萬t，修復(fù)污染土壤和采取必要措施保證重金屬污染土壤上的糧食安全生產(chǎn)已顯得非常迫切［1-3］。

目前，土壤重金屬污染的修復(fù)方法總體上可分為異位修復(fù)和原位修復(fù)技術(shù)［2］。異位修復(fù)技術(shù)是將受污染土壤從場地挖走，送到污染土壤處理工廠，經(jīng)修復(fù)符合標(biāo)準(zhǔn)后再回填，或者直接用未受污染的土壤回填。這種方法對(duì)污染場地修復(fù)似乎最為徹底，但該項(xiàng)技術(shù)的明顯缺點(diǎn)就是工程耗資巨大，對(duì)于污染較輕且面積巨大的場地更是從經(jīng)濟(jì)上難以接受，甚至根本無法實(shí)施。因而，人們致力于尋求耗資較少的原位修復(fù)方法。原位修復(fù)的技術(shù)路線大體上可分為2種途徑:一是改變重金屬在土壤中的形態(tài)，即降低或消除其在土壤中的可移動(dòng)性和生物可利用性，從而減少或消除其對(duì)生物的危害;另一條途徑就是直接從土壤中去除重金屬，這包括玻璃化技術(shù)、電動(dòng)力學(xué)方法、水力淋濾法及植物修復(fù)方法等。由于玻璃化技術(shù)、電動(dòng)力學(xué)方法、水力淋濾法等物理或化學(xué)修復(fù)方法存在不同程度的破壞土壤理化性質(zhì)、引起二次污染、耗資巨大等缺點(diǎn)，在重金屬污染土壤原位修復(fù)中應(yīng)用較為有限。而植物修復(fù)技術(shù)具有投資少、不破壞場地結(jié)構(gòu)、能有效地控制污染土壤風(fēng)蝕與水蝕、不引起二次污染且能永久解決土壤重金屬污染等特點(diǎn)，既能夠保護(hù)和改善土壤生態(tài)環(huán)境，又能保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的可持續(xù)利用，因而被認(rèn)為是修復(fù)土壤重金屬污染最有前途的技術(shù)，近年來已逐漸成為世界各國研究的熱點(diǎn)。但總的來看，植物修復(fù)技術(shù)在短期內(nèi)還難以直接應(yīng)用于修復(fù)實(shí)踐［1-2］。因此，利用低積累作物品種在重金屬污染農(nóng)田上生長，使其農(nóng)產(chǎn)品完全符合國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，再采取一些鈍化措施，以構(gòu)建重金屬污染土壤的綠色生產(chǎn)技術(shù)才是當(dāng)務(wù)之急，也是最切實(shí)可行的辦法。但不同的作物種類品種眾多，不同的品種之間對(duì)重金屬的積累是否存在差異將是這一辦法得以有效實(shí)施的必要條件。

我國對(duì)于城郊菜地土壤和蔬菜重金屬污染情況已進(jìn)行了較為廣泛的調(diào)查研究，但多側(cè)重于調(diào)查取樣分析和不同蔬菜品種對(duì)重金屬吸收富集及其相關(guān)機(jī)制的初步研究，而有關(guān)蔬菜不同品種對(duì)重金屬吸收富集差異的研究還相對(duì)較少，尤其是茄子對(duì)Cd積累的品種間差異的研究鮮見報(bào)道［4-6］。通過室內(nèi)盆栽實(shí)驗(yàn)方法，比較13種茄子幼苗對(duì)土壤中Cd的積累與耐性的品種間差異，以期在茄子生長的早期篩選出具有Cd低積累特征的茄子品種。

1 材料與方法(M aterials and methods)

1．1 盆栽土壤基本情況

盆栽實(shí)驗(yàn)土壤取至中國科學(xué)院沈陽生態(tài)實(shí)驗(yàn)站表層土壤(0～20 cm)。該實(shí)驗(yàn)站周圍沒有污染源，是重金屬未污染區(qū)。土壤類型為草甸棕壤，土壤的理化條件為:pH 值 6．65，陽離子交換量 0．24 cmol·kg-1，含沙量 34．5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，全 N 0．76 g·kg-1，有效 P 14．22 mg·kg-1，速效 K 87．26，總有機(jī)碳 1．52%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，總 Cd 0．15 mg·kg-1。

1．2 實(shí)驗(yàn)方法

13種供試茄子種子購自沈陽市種子市場，為當(dāng)前在沈陽地區(qū)種植較為普遍的品種。具體品種名及標(biāo)號(hào)見表1。參照國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB15618—1995)，將供試土壤風(fēng)干過2 mm篩后，與一定量的重金屬CdCl2·2．5H2O以溶液形式混合得到處理CK(不加Cd)、T1(加2 mg·kg-1Cd)和T2(加4 mg·kg-1Cd)，裝入塑料盆(直徑20 cm，高度15 cm)中，平衡2周后備用。將13種茄子種子經(jīng)消毒后分別播入CK、T1和T2處理的盆中。待植株長到2 cm高時(shí)，每盆各保留10棵苗，重復(fù)3次。溫室內(nèi)培養(yǎng)，室內(nèi)溫度保持在25℃ ～27℃，光照時(shí)間為8 h。根據(jù)盆栽土壤缺水情況，不定期澆自來水(水中未檢測出Cd)，使土壤含水量經(jīng)常保持在田間持水量的80%左右。待植物生長25 d株高約10 cm時(shí)收獲植物。

1．3 樣品分析及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

收獲的植物樣品分為根和地上部2部分，分別用自來水充分沖洗以去除粘附于植物樣品上的泥土和污物，然后再用去離子水沖洗，瀝去水分，之后在烘干前先在105℃下殺青30min，然后在70℃下于烘箱中烘至恒重。烘干后的植物樣，采用HNO3-HClO4法消化、原子吸收分光光度計(jì)測定其中的重金屬含量。

用Microsoft Excel進(jìn)行平均值和標(biāo)準(zhǔn)差(SD)的計(jì)算，并利用最低顯著性差異法(least significant difference，LSD)進(jìn)行差異顯著性測驗(yàn)，顯著水平P ＜0．05。

2 結(jié)果與分析(Results and analysis)

2．1 茄子根及地上部Cd含量的品種間差異

由表1可知，品種間Cd含量差異達(dá)顯著水平(P＜0．05)。在土壤中添加 2 mg·kg-1Cd 時(shí)(處理T1)，13 種茄子根部 Cd 含量為 34．04 ～69．77 mg·kg-1，地上部 Cd 含量為 20．65 ～48．73 mg·kg-1，Cd含量最高的分別為最低的2．1和2．4倍。當(dāng)土壤中Cd添加量為4mg·kg-1時(shí)(處理T2)，Cd含量最高的分別是最低的1．5倍(根)和1．6倍(地上)。其中，遼茄三號(hào)的Cd含量在不同Cd處理組中均為最低。

2．2 富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)的品種間差異

富集系數(shù)(enrichment factors，EFs)是指植物體內(nèi)某種重金屬含量與土壤中該種重金屬含量的比值，是衡量植物對(duì)重金屬積累能力的一個(gè)重要指標(biāo)［7］。富集系數(shù)越高說明植物對(duì)重金屬的富集能力越強(qiáng)。由表2可知，13種茄子地上部富集系數(shù)間差異也達(dá)到顯著水平(P＜0．05)。在2種Cd處理?xiàng)l件下(T1、T2)，所有品種的地上部分對(duì)Cd的富集系數(shù)均大于1，表明可能茄子這一作物種類對(duì)Cd的富集能力較強(qiáng)［8-9］。

表1 13種茄子根及地上部Cd含量Table 1 Cd concentrations in roots and shoots of 13 eggplants(mg·kg-1)

轉(zhuǎn)移系數(shù)(translocation factors，TFs)是指地上部某種重金屬含量與其根部重金屬含量的比值，主要用來評(píng)價(jià)植物將重金屬從地下向地上運(yùn)輸?shù)哪芰?，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)越大，則重金屬從根部向地上部器官轉(zhuǎn)運(yùn)能力越強(qiáng)［9］。從表2可知，不同Cd處理?xiàng)l件下，各品種的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)差異顯著(P＜0．05)。但所有品種的轉(zhuǎn)移系數(shù)均小于1，表明茄子這一作物種類對(duì)Cd的轉(zhuǎn)移能力較弱［8-9］。綜合評(píng)價(jià)，遼茄三號(hào)的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)均為最低(表2)。

2．3 不同茄子品種對(duì)Cd的耐性差異

從外觀上看，13種茄子隨土壤中Cd含量的增加基本都能正常生長，未表現(xiàn)出萎黃、缺綠等受脅迫癥狀，但地上部生物量有明顯變化。由圖1可以看出，當(dāng)土壤中Cd施加量為2 mg·kg-1時(shí)，綠龍長茄(9號(hào))地上部生物量與對(duì)照相比顯著下降(P＜0．05)，說明其耐性較弱［7，9］。當(dāng)土壤中 Cd 施加量增加到4 mg·kg-1時(shí)，白花綠冠王(2號(hào))、精選西安綠罐茄(3號(hào))、綠罐(4號(hào))、油綠王子(5號(hào))、保豐綠茄(6號(hào))、綠龍長茄(9號(hào))和特選綠長茄(10號(hào))6個(gè)品種對(duì)Cd表現(xiàn)出較弱的耐性，地上部生物量有顯著下降(P＜0．05)。但品種遼茄三號(hào)(12號(hào))對(duì)Cd 耐性較強(qiáng)［7，9］。

表2 13種茄子對(duì)Cd的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)Table 2 Cd enrichment factor and translocation factor in 13 eggplants

圖1 Cd對(duì)13種茄子地上部生物量的影響

2．4 不同茄子品種Cd含量與其生物量的關(guān)系

對(duì)植物地上部生物量與地上部Cd含量進(jìn)行相關(guān)分析表明，當(dāng)Cd添加量為2和4 mg·kg-1時(shí)，植物地上部干重質(zhì)量與地上部Cd含量之間的相關(guān)系數(shù)分別為-0．2066和-0．0785，其絕對(duì)值均未超過差異顯著性標(biāo)準(zhǔn)值，即差異不顯著(P＞0．05)。這說明不同茄子品種間對(duì)Cd積累的差異并不是其生物量的高低引起的。

3 討論(Discussion)

關(guān)于不同品種作物對(duì)重金屬以及其他元素積累的差異的研究已有一些報(bào)道。趙秀蘭和李彥娥［10］通過盆栽實(shí)驗(yàn)研究了16種煙草對(duì)Cd積累與耐性的品種間差異，結(jié)果表明，煙草葉片Cd含量較根和莖部Cd含量高，不同品種煙草根、莖、葉中Cd含量差異均顯著。彭俊杰［11］通過盆栽實(shí)驗(yàn)，研究了4個(gè)葉菜類(23個(gè)品種)對(duì)砷的累積差異，結(jié)果表明，不同葉菜對(duì)砷的累積不同，同種葉菜不同品種對(duì)As的累積也不同。類似的，有學(xué)者采用水培實(shí)驗(yàn)方法，研究了28個(gè)常規(guī)水稻品種在較低硅素濃度條件下，不同水稻品種間莖蘗數(shù)、根系和地上部的干物質(zhì)質(zhì)量、硅素含量和吸收硅總量的差異，結(jié)果表明，水稻品種間對(duì)硅素及鎘的吸收積累存在顯著或極顯著差異［12-13］。這些研究雖然并沒有從機(jī)理上揭示造成不同品種對(duì)重金屬及其他元素積累差異的原因，但都毫無例外地得出品種間對(duì)重金屬或其他元素在作物中的積累確實(shí)存在顯著差異這一結(jié)論。而這樣的一種現(xiàn)象就為重金屬低積累品種的選育奠定了實(shí)踐基礎(chǔ)。很有必要對(duì)這一現(xiàn)象機(jī)理進(jìn)行深入的理論探討。

綜上，在13個(gè)茄子品種中，遼茄三號(hào)根及地上部Cd含量最低，富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)也最低，對(duì)Cd具有較強(qiáng)的耐性，是一種具有Cd低積累特征的品種。

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