賈崢嶸，劉秀珍，卜玉山，郝佳麗，李靜

（山西農業(yè)大學 資源環(huán)境學院，山西 太谷030801）

土壤重金屬污染是土壤學和環(huán)境科學的重要研究熱點之一。據統(tǒng)計，過去50年，全球銅的排放量約9．39×105t［1］，嚴重污染了農田和水體，造成巨大的經濟損失。據報道，被銅污染的稻田土壤，全銅含量可達115．8mg·kg－1［2］，有的甚至超過1000mg·kg－1［3］。果園和蔬菜土壤，近年來有關銅污染的報道也在逐年增多［4］。土壤銅污染的主要來源是礦山的開發(fā)、工業(yè)三廢、城市污水、垃圾和含銅農藥的不合理使用［5］，使土壤環(huán)境銅污染日益嚴重，以致全國多地的農產品銅含量超過國家食品衛(wèi)生標準。過量的銅嚴重破壞了土壤結構和化學平衡，降低了土壤環(huán)境質量，致使土壤生態(tài)環(huán)境惡化，農產品品質和產量下降［6］，并通過食物鏈危及人類健康。因此，土壤銅污染的治理和修復備受人們的關注。

土壤重金屬污染修復方法很多，但粘土礦物膨潤土因分布廣、成本低，且施用后對土壤不會造成二次污染，加之具有較強的吸附性、陽離子交換性、粘著性等特性［7］，隨著時間的遷移，它會轉化成土壤的無機礦物組分［8］。膨潤土已作為一種新型環(huán)保材料應用于土壤環(huán)境污染的治理［9］。通過研究膨潤土對銅污染土壤油菜生長和抗性生理的影響，為推動膨潤土在銅污染土壤修復中的應用提供一定的參考價值。

1 材料與方法

1．1 試驗材料

盆栽試驗用土為山西省太谷縣石灰性褐土，供試膨潤土采自山西省渾源縣，供試作物為油菜（Brassica campestris L．ssp．Chinensis L．），品種為“四月蔓”，生育期45d。供試肥料為尿素（含N量為46%）、KH2PO4（含P2O5量為52．2%，含 K2O量為34．6%）和 K2SO4（含 K2O量為64．4%），供試銅源為CuSO4·5H2O（含Cu量為25．6%）。供試土壤和膨潤土基本理化性質見表1。

表1 供試土壤與膨潤土的理化性質Table 1 The physical and chemical properties of experimental soil and bentonite

1．2 試驗方法

試驗在山西農業(yè)大學資源環(huán)境學院試驗基地大棚內，用盆栽法進行，采用2因素6水平完全組合設計，因素1為膨潤土施用量，設0g·kg－1（－P）和30g·kg－1（＋P）土2個水平；因素2銅施用量，設 0mg·kg－1、200mg·kg－1、300mg·kg－1、400mg·kg－1、500mg·kg－1、600mg·kg－16個水平，以代表不同銅污染程度。完全組合共12個處理，4次重復。盆缽采用22×18cm塑料盆，每盆裝風干土5kg，底部裝入石礫1kg，在石礫中插入一根PVC管用于生育期灌水。每盆以尿素、KH2PO4和 K2SO4施入 N 0．2g·kg－1土、P2O50．261g·kg－1土、K2O 0．272g·kg－1土作為基肥。外源銅為CuSO4·5H2O，按試驗設計以溶液形式施入，施入膨潤土，與土壤混勻后澆水平衡1個月。

油菜于2012年4月5日種植，待油菜生長到2～3cm時，每盆選擇長勢基本一致的幼苗定植10株，生長期間保持田間持水量的80%，并依次輪換盆缽位置，按常規(guī)方法管理。于2012年5月20日收獲，采集整株油菜測其生物量，油菜葉綠素含量用SPAD－502型手持葉綠素儀測定其相對值，脯氨酸含量采用酸性茚三酮顯色法［10］，丙二醛（MDA）含量采用三氯乙酸（TCA）硫代巴比妥酸（TBA）顯色法［11］。

1．3 數(shù)據分析方法

測 定 數(shù) 據 采 用 Microsoft Excel 2003 和DPS7．05版軟件進行處理和分析，多重比較采用Duncan新復極差法。

2 試驗結果與分析

2．1 膨潤土對銅污染土壤中油菜鮮重的影響

銅是植物體內必須的微量元素，植物的生長發(fā)育離不開銅元素，但土壤中過量的銅元素會對植物生長發(fā)育產生毒害，主要表現(xiàn)為生長不良、生物量下降［12］。

由圖1可知，油菜鮮重隨著土壤銅污染程度的增加而不斷降低，施加膨潤土可顯著增加油菜的鮮重。

在不同銅處理下，施加膨潤土比未施加膨潤土處理平均單株鮮重分別增加了0．04g、0．26g、0．52g、0．34g、0．97g、1．38g，增幅為 0．3%、2．6%、5．7%、3．9%、12．6%、20．5%。差 異 均 顯著，且總體上增幅在不斷增加。土壤高濃度銅污染時油菜鮮重的增加大于較低濃度銅污染，說明膨潤土在修復高濃度銅污染的效果大于低濃度銅污染。

2．2 膨潤土對銅污染土壤中油菜葉綠素的影響

土壤銅污染會使植物葉片失綠和變黃，光合速率降低，光合作用下降。銅元素若局部積累過多，與葉綠體中蛋白質上的巰基結合，或取代其中的Fe2＋、Zn2＋、Mg2＋，使葉綠素蛋白中心離子組成發(fā)生變化而導致失活［13］。

圖1 膨潤土對銅污染土壤中油菜鮮重的影響Fig．1 Effect of bentonite on the fresh weight of rape in copper contaminated soil

圖2 膨潤土對銅污染土壤中油菜葉綠素含量的影響Fig．2 Effect of bentonite on the chlorophyll content of rape in copper contaminated soil

如圖2所示，油菜葉綠素含量隨土壤銅污染程度的升高不斷降低，施加膨潤土相比未施加膨潤土處理能顯著提高油菜葉綠素含量。

施加膨潤土比未施加膨潤土處理葉綠素分別提 高 了 6．42、9．2、8．4、5．8、8．4、4．6，增 幅 為11．3%、18．4%、17．9%、12．6%、19．6%、11．2%，差異顯著。在銅T（2）、T（5）時增幅最大，總的來說，在較低銅污染下增加的幅度略大于高濃度污染。在銅T（0）未污染時，施加膨潤土能增加葉綠素含量，可見，膨潤土作為土壤改良劑，其保水保肥特性利于油菜生長。

2．3 膨潤土對銅污染土壤中油菜MDA的影響

植物在逆境下遭受傷害，會發(fā)生膜脂過氧化作用，而丙二醛是膜脂過氧化作用的最終分解產物，MDA的積累是反映細胞膜脂過氧化作用強弱和質膜破壞程度的重要指標，可用作反映脅迫環(huán)境對植物造成傷害的重要參數(shù)［14］。

如圖3所示，總體上，油菜MDA含量隨土壤銅污染程度的升高而增加，施加膨潤土能顯著降低油菜丙二醛含量。

未施加膨潤土處理中，在T（6）時，MDA含量相比T（5）有所下降，可能是高濃度的銅導致植物細胞損傷，致MDA的合成受阻。在T（2）～T（6）水平下，施加膨潤土比未施加膨潤土處理油菜丙二醛含量分別降低了1．04、1．29、1．01、1．21、0．45 μmol·g－1，降 幅 為 19．4%、19．9%、14．2%、16．1%、6%，差異顯著，較低銅污染下降幅大于高濃度銅污染。可見，在銅污染時，膨潤土的施加利于油菜適應逆境脅迫。

圖3 膨潤土對銅污染土壤中油菜丙二醛含量的影響Fig．3 Effect of bentonite on the MDA content of rape in copper contaminated soil

2．4 膨潤土對銅污染土壤中油菜脯氨酸的影響

在正常條件下，植物游離脯氨酸的含量很低，但遇逆境脅迫環(huán)境時，游離脯氨酸的含量會大量積累，且積累指數(shù)與植物的抗逆性有關。在逆境脅迫下，脯氨酸的升高可認為是植株對逆境脅迫的生理響應。

如圖4所示，隨著土壤銅污染濃度的增加，油菜脯氨酸含量整體呈上升趨勢。施加膨潤土處理在不同銅污染水平下，比未施加膨潤土處理脯氨酸含量都有所降低。

圖4 膨潤土對銅污染土壤中油菜脯氨酸含量的影響Fig．4 Effect of bentonite on the Proline content in rape in copper contaminated soil

不同銅污染梯度下，施加膨潤土比未施加膨潤土處理脯氨酸分別降低了0．18、0．74、0．82、0．17、0．68、0．16mg·g－1，降 幅 為 27．7%、49．3%、48．2%、9．5%、2．8%、5%，差異顯著。在 T（2）、T（3）時降幅最大，說明膨潤土在較低銅污染水平對脯氨酸的影響大于較高濃度銅污染。但隨著銅污染程度的加重，膨潤土對油菜脯氨酸降低的量和降幅都有很大程度的下降，可能與施加膨潤土的含量有關。在T（0）未污染時，施加膨潤土能顯著降低脯氨酸含量?？梢?，膨潤土施加在一定程度上能提高油菜的抗逆性。

3 結論與討論

土壤銅毒害造成植物生長和抗性生理的影響已有報道，研究表明施加膨潤土能顯著提高油菜的鮮重和葉綠素，降低油菜丙二醛和脯氨酸的含量。趙興杰等［15］用膨潤土修復鎘污染土壤時得出相同結論。郭麗娜［16］等的研究表明烏塌菜在鎘污染脅迫下，施加膨潤土能提高烏塌菜的產量和葉綠素含量，降低烏塌菜丙二醛和脯氨酸的累積。王意錕［17］通過比較幾種粘土礦物修復劑對毛豆、豇豆葉綠素、脯氨酸和丙二醛的影響時，發(fā)現(xiàn)粘土礦物修復劑能有效提高毛豆苗葉片葉綠素的含量，能使豇豆、毛豆等葉片的脯氨酸、丙二醛含量明顯低于對照?？梢姡驖櫷辆哂械奶厥饨Y構和性能，作為土壤重金屬污染的修復劑能降低土壤重金屬的生物有效性，顯著提高植物生長發(fā)育和對毒害的抗性，減少重金屬污染對作物的毒害。試驗中膨潤土修復銅污染土壤效果明顯，但存在很多不足，如膨潤土的施加量及施加時間、方式等能否對土壤銅污染的修復效果產生影響，及膨潤土是否對其它重金屬污染土壤起相似的修復效果，有待驗證。

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