王 穎 王春霞 黃一格 陳嘉偉

(1:吉林建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130118; 2:吉林省第五地質(zhì)調(diào)查所，長(zhǎng)春 130103)

近年來(lái),人類活動(dòng)如采礦、冶煉、污灌等造成了許多重金屬污染,不斷增加了環(huán)境中重金屬污染負(fù)荷,超出了環(huán)境的自凈能力,導(dǎo)致土壤、水體受到了不同程度的污染[1-2].土壤重金屬污染具有隱蔽性、不可逆性以及后果很嚴(yán)重性[3-4],其中重金屬Pb,Cd是土壤中主要的重金屬污染物[5-7].Pb是一種有毒性污染物,并具有柔和性、不可降解的特點(diǎn),它可以通過(guò)食物鏈得到積累并能夠影響動(dòng)植物正常生理代謝活動(dòng)[8-10].Cd因其流動(dòng)性和毒性高而成為最受關(guān)注的污染對(duì)象之一.含Cd污染物通過(guò)多種途徑進(jìn)入土壤,導(dǎo)致作物產(chǎn)量和質(zhì)量下降,從而通過(guò)食物鏈危害人類健康,造成空氣和水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)一步惡化[11].

水稻作為人類主要的糧食作物之一,正在由數(shù)量型向質(zhì)量型轉(zhuǎn)變,這對(duì)水稻的生產(chǎn)安全提出了更高的要求[12].近年來(lái),在水稻中鉛和鎘的污染問(wèn)題已成為我國(guó)水稻安全生產(chǎn)的主要因素[13].土壤中重金屬的積累破壞了土壤生態(tài)系統(tǒng),同時(shí)也導(dǎo)致植物根部、莖、葉和果實(shí)中重金屬的大量積累,嚴(yán)重影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育[14],還危及人類和動(dòng)物的健康.因此,研究重金屬Pb和Cd脅迫對(duì)水稻生長(zhǎng)特性的影響,可以為在重金屬污染環(huán)境下的水稻生產(chǎn)提出更為實(shí)際的解決方法,最終為提高人民生活質(zhì)量提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

所測(cè)品種為吉農(nóng)985,水稻苗來(lái)自吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院.

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)在吉林建筑大學(xué)實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行,用防雨蓬控制降水.實(shí)驗(yàn)采用桶培方式,所用塑料桶直徑25cm,高20cm.將取自農(nóng)田表層0～30cm土層的土壤進(jìn)行過(guò)篩,去除雜物、根系等,經(jīng)過(guò)碾碎、風(fēng)干、過(guò)尼龍篩處理后備用,每桶裝8kg備用土.實(shí)驗(yàn)設(shè)置Pb[以純Pb計(jì),由Pb(NO3)2提供]濃度為:0,500(mg·kg-1),1 500(mg·kg-1),2 500(mg·kg-1),Cd[以純Cd計(jì),由CdCl22.5H2O提供]濃度為:0,1(mg·kg-1),3(mg·kg-1),5(mg·kg-1).每個(gè)處理的藥品分別稀釋在1L水中,再與事先稱好的8kg備用土壤充分混勻,最后將混勻的土壤放入塑料桶后,每個(gè)重復(fù)處理4次,蓋上遮光布放置在防雨棚內(nèi)1個(gè)月.水稻(吉農(nóng)985)育苗后,選取長(zhǎng)勢(shì)一致的水稻秧苗移栽到實(shí)驗(yàn)大棚的塑料桶里,每桶保留6株秧苗進(jìn)行脅迫試驗(yàn),28個(gè)塑料桶隨機(jī)排放在防雨蓬內(nèi).水稻生長(zhǎng)過(guò)程中,每5d澆1次水,每次澆水1L,并進(jìn)行正常管理.

1.3 取樣和數(shù)據(jù)收集

在水稻成熟期每桶內(nèi)計(jì)數(shù)每株總孽分?jǐn)?shù)和繁殖分孽數(shù);水稻和土體分離后,用清水沖洗干凈,實(shí)驗(yàn)室內(nèi)地上部分用直尺測(cè)量植株高度,精確到0.1cm;用剪刀將每株分為地上和地下兩部分,地上分為繁殖蘗和非繁殖蘗,繁殖蘗分為繁殖蘗營(yíng)養(yǎng)部分、繁殖部分和繁殖支撐部分,各部分分別在60 ℃烘箱中烘干至恒重,分別測(cè)各部分干重.最后分別將每個(gè)花盆所有植株相同部分混合后放置,烘干,粉碎,干樣品密封保存,待測(cè)其重金屬含量.

Pb和Cd元素含量測(cè)定:ICP-MS法測(cè)定各部分Pb和Cd的濃度[15].

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

所有數(shù)據(jù)均采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS17.0(version 17.0, SPSS Inc.),對(duì)分蘗情況、植株高度、生物量分配、不同部位中Pb和Cd的含量等進(jìn)行單因素方差分析,統(tǒng)計(jì)分析中顯著性檢驗(yàn)均采用LSD檢驗(yàn),顯著水平為P=0.05[16].

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度Pb,Cd脅迫對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響

不同濃度Pb對(duì)水稻總分蘗數(shù)和有性分蘗數(shù)均具有顯著影響(見(jiàn)圖1A).Pb濃度在0～1 500(mg·kg-1)范圍內(nèi),總分孽數(shù)無(wú)顯著變化,Pb濃度為2 500(mg·kg-1)總分蘗數(shù)顯著下降到最小值;有性分孽數(shù)與總分孽數(shù)基本具有出相同的變化規(guī)律.不同濃度Cd脅迫對(duì)水稻總分蘗數(shù)和有性分蘗數(shù)均無(wú)顯著影響(見(jiàn)圖1B).

不同濃度Pb,Cd脅迫對(duì)水稻株高均無(wú)顯著影響(見(jiàn)圖2).不同濃度Pb,Cd脅迫下植株高度無(wú)明顯變化,平均株高約為74cm.

不同濃度Pb脅迫對(duì)水稻生物量分配具有顯著影響(見(jiàn)圖3A).地上營(yíng)養(yǎng)部分生物量分配在500(mg·kg-1)達(dá)到最大值,而種子生物量分配在500(mg·kg-1)達(dá)到最小值.Pb脅迫對(duì)根生物量分配沒(méi)有顯著影響.

不同濃度Cd脅迫對(duì)水稻地上營(yíng)養(yǎng)部分、種子、根生物量分配均無(wú)顯著影響(見(jiàn)圖3B).

圖1 不同濃度Pb,Cd脅迫對(duì)水稻分孽數(shù)的影響Fig.1 Effects of different concentrations of Pb and Cd stress on tiller number of rice

圖2 不同濃度Pb,Cd脅迫對(duì)水稻株高的影響Fig.2 Effect of different concentrations of Pb and Cd on plant heights of rice

圖3 不同濃度Pb,Cd脅迫對(duì)水稻各部分生物量的影響Fig.3 Effects of different concentrations of Pb and Cd on the biomass allocation ratio of rice

2.2 不同濃度Pb,Cd脅迫對(duì)水稻各部分重金屬含量的影響

不同濃度Pb,Cd脅迫對(duì)水稻不同部分重金屬含量的影響結(jié)果見(jiàn)表1.

表1 不同濃度Pb,Cd脅迫對(duì)水稻不同部分重金屬含量的影響Table 1 Effects of different concentrations of Pb and Cd on heavy metal content in different parts of rice

續(xù)表1

Note：the same lowercase letters in the same column indicate no difference atP=0.05 level.

水稻各部分重金屬含量不同濃度的間均有顯著差異,而且含量具有相同的變化規(guī)律,即隨重金屬濃度的升高而增加,當(dāng)重金屬濃度最高時(shí)含量達(dá)到最大.

3 結(jié)論

在重金屬脅迫環(huán)境下,水稻為了達(dá)到最大生殖潛力和遺傳特征,將有限的資源通過(guò)自身的生理整合有規(guī)律地分配到不同器官中,以控制水稻生長(zhǎng)與生殖的平衡,使植物形成自身的適應(yīng)策略.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在低濃度下，重金屬Pb對(duì)水稻的生長(zhǎng)特性沒(méi)有顯著影響,在一定條件下還促進(jìn)了水稻的生長(zhǎng),這就說(shuō)明重金屬Pb污染具有一定的隱蔽性,僅從地上部分很難觀察出來(lái).但是高濃度Pb污染嚴(yán)重影響了水稻的生長(zhǎng)特性,具體表現(xiàn)為:分蘗數(shù)降低、有性分蘗數(shù)降低、地上營(yíng)養(yǎng)部分、種子及根的生物量降低.然而，株高卻隨Pb濃度的是升高而增加,具體機(jī)理有待進(jìn)一步研究.處理濃度范圍下,分蘗情況、植株高度、生物量分配、各部分中Pb含量在這幾個(gè)特性中,Pb脅迫對(duì)根生長(zhǎng)具有明顯的抑制作用,高濃度的鉛被植物吸收后,大部分Pb被儲(chǔ)存在根中,其中少數(shù)積累在地上部分.Pb脅迫對(duì)地下生長(zhǎng)的抑制作用明顯強(qiáng)于地上,根成為對(duì)重金屬污染最敏感部位,可能最主要原因就是水稻與Pb作用時(shí),最先接觸到的就是根部,根吸收Pb積累在根部,而Pb在水稻體內(nèi)不易轉(zhuǎn)移,使地上部分的生長(zhǎng)受到Pb脅迫的毒害比根部小得多.Pb污染對(duì)根系有顯著影響,但對(duì)地上部分無(wú)明顯影響,表明根系生長(zhǎng)受到抑制,具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究.

在處理濃度范圍下,重金屬Cd脅迫對(duì)水稻分蘗情況、植株高度、生物量分配這幾個(gè)特性沒(méi)有顯著影響.可能是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)置的Cd濃度較低,從而使水稻能夠正常生長(zhǎng)發(fā)育,具體原因有待進(jìn)一步研究.