甘蔗生长期对复合污染土壤重金属的富集能力

彭 崇１，２，李恒锐１，２，马文清１，２，邱文武１，２，卢美瑛１，２

（ １．广西农垦甘蔗良种繁育中心，广西 龙州 ５３２４１５； ２．广西南亚热带农业科学研究所，广西 龙州 ５３２４１５）

摘要：在复合重金属污染耕地种植条件下，对甘蔗的苗期与拔节期吸收和富集土壤重金属的能力是否因品种不同而有差异进行了研究，以期筛选出重金属超低积累及适合当地种植的甘蔗品种。结果表明，各品种对于重金属的富集量从苗期到拔节期发生较大变化，差异性也有变化。在苗期各品种富集量最大的是Ａｓ，最少的是Ｚｎ；而到拔节期则相反，富集量最大的是Ｚｎ，最少的是Ａｓ。在复合重金属污染耕地条件下，相对于重金属Ｚｎ，在该土壤区域最适合种植园林９号；相对于重金属Ｃｄ，在该土壤区域最适合种植赣－１８号；相对于重金属Ｐｂ，在该土壤区域最适合种植园林９号；相对于重金属Ａｓ，在该土壤区域最适合种植园林１７号。综上所述，园林９号、赣－１８号、园林１７号这３个品种比较适合在当地污染地上种植，其中以园林９号为相对最适合。

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关键词 ：甘蔗；品种；污染土壤；重金属；

中图分类号：Ｘ５３；Ｓ５６６．１ 文献标识码：A 文章编号：0439－８114（２０15）04－0810-04

DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.04.011

收稿日期：２０１４－０５－１５

基金项目：广西科学研究与技术开发计划项目（桂科攻１３４７０１３－７）

作者简介：彭 崇（１９８８－），男，广西龙州人，助理农艺师，主要从事甘蔗选育与高产栽培工作，（电话）１３５０７８８８８２７（电子信箱）４４２６７００６３＠ｑｑ．ｃｏｍ；通信作者，李恒锐（１９８８－），男，广西南宁人，助理农艺师，主要从事甘蔗选育与木薯杂交育种工作，（电子信箱）ｌｉｈｅｎｇｔｕｉ８８＠１６３．ｃｏｍ。

重金属污染是土壤污染中面积最广、危害最大的环境污染之一［１］，已受到人们的广泛关注。２００１年，广西地区环江县遭遇特大洪水，使农田遭受严重污染，洪水携带含硫尾沙进入农田，还原态硫氧化产酸导致土壤酸化［２］。甘蔗作为当地的主要经济作物之一，种植面积达１．２３３万ｈｍ２，甘蔗产业已成为该县经济发展的重要支柱和农民增收的主要来源［３］，然而土壤重金属污染是制约该县甘蔗增产的主要原因之一。翟丽梅等［４］研究了环江县铅锌矿尾沙坝坍塌对农田土壤的污染及其特征，结果表明，矿区下游污染区农田遭受Ａｓ、Ｐｂ、Ｚｎ和Ｃｄ污染，致使土壤硫铁含量高、土壤酸性强、重金属活性强；土壤养分严重流失，导致土壤板结；同时还存在不同程度的反酸现象，使农作物成活率低、生长慢、品质低下，部分农作物歉收甚至绝收。

本试验研究了在复合重金属污染耕地种植条件下对甘蔗的苗期与拔节期吸收和富集土壤重金属的能力是否因品种不同而有差异，并根据土壤污染程度及当地的种植习惯，通过对不同甘蔗品种进行种植和筛选，以期筛选出重金属超低积累及合适当地种植且具有一定经济效益的甘蔗品种［５］，为当地农业生产种植及植物修复研究提供一定的理论依据。

１ 材料与方法

１．１ 供试品种

试验选用８个甘蔗品种：桂糖０２４６７（Ａ）、粤糖９６／８６（Ｂ）、台糖８８／９９（Ｃ）、赣－１８号（Ｄ）、园林１８号（Ｅ）、园林１７号（Ｆ）、福农１５号（Ｇ）、园林９号（Ｈ）。

１．２ 试验方法

试验设在环江县大安乡塘房村下吴江屯进行，供试土壤采自试验地的复合重金属污染农田，土壤质地为红壤土，其土壤理化性质及土壤重金属含量如表１、表２所示。

从表２可以看出，污染农田土壤中Ｃｄ、Ｚｎ、Ｐｂ含量均大于广西地区土壤的Ｃｄ、Ｚｎ、Ｐｂ背景值，分别是其相应背景值的５９８.3倍、５.0倍、６．１倍。与国家土壤环境质量标准值（ＧＢ １５６１８－１９９５）比较，污染农田土壤中Ｃｄ含量大于国家三级标准，Ｚｎ含量介于国家二级和三级标准间，Ａｓ含量介于国家一级和二级标准间，Ｐｂ含量超过国家一级标准。可见４种重金属中除Ａｓ、Ｐｂ外，Ｃｄ含量严重超标，Ｚｎ含量超过土壤中重金属的二级标准，对植物生长有一定的危害。

１．３ 试验方法

１．３．１ 试验设计 试验采用随机区组排列设计，共８个品种，设４次重复，共３２个小区，每小区６行，小区面积１５ ｍ２。于２０１１年３月开始下种，按双行顶接法种植，每一区域撒石灰３ ｋｇ，施基肥复合肥０．５ ｋｇ（复合肥Ｎ∶Ｐ∶Ｋ＝２１∶１１∶１３），田间管理与大田一致。

１．３．２ 测定项目与方法 土壤样品的采集采用“Ｓ”形取样，主要测定土壤的理化性质及土壤重金属含量，包括有机质、速效磷、水分含量、全磷、全钾、全氮、速效氮、机械组成、阳离子交换、速效钾、重金属Pb、As、Cd、Zn的含量等。甘蔗重金属测定先用微波消解仪消解植物样品，然后再用电感耦合等离子光谱发生仪（ＩＣＰ）测定重金属的含量。

1.3.3 数据处理 数据处理与分析采用Ｅｘｃｅｌ ２００７及软件进行，数据表示为平均数±标准差。

２ 结果与分析

２．１ 不同甘蔗品种苗期重金属Ｚｎ、Ｃｄ、Ｐｂ和Ａｓ含量及富集系数分析

重金属的富集系数是指植物中某一部位元素含量与土壤中该元素含量的比值，反映植物对重金属富集程度的高低或富集能力的强弱，说明重金属在植物体内的富集情况［６］。由于种植甘蔗主要是收获地上部，因此，本研究中富集系数采用植物地上部重金属含量与土壤中该重金属含量之比来表示。由表３可知，在甘蔗苗期，各品种的重金属含量均超过了一般作物的正常含量，重金属复合污染会导致作物体内重金属含量的升高。Ａｓ是一种剧毒重金属元素，其含量以Ｂ的地上部最低，为４９．４５ ｍｇ／ｋｇ，Ａ含量最高，达５３．７６ ｍｇ／ｋｇ，Ａ具有较高Ａｓ富集特征，各品种Ａｓ含量差异不明显，富集系数在２．４６～２．６７；Ｚｎ含量以Ｂ的地上部含量最低，为２０．１３ ｍｇ／ｋｇ，Ｄ含量最高，达３８．２０ ｍｇ／ｋｇ，Ｄ、Ｅ与其他品种间存在明显差异；Ｐｂ含量以Ｅ的地上部最低，为５３．５２ ｍｇ／ｋｇ，Ｇ含量最高，达６２．２８ ｍｇ／ｋｇ，各品种间Ｐｂ含量差异不明显，富集系数在０．４６～０．５４；Ｃｄ含量以Ｂ的地上部最低，为３．１４ ｍｇ／ｋｇ，C含量最高，达３．50 ｍｇ／ｋｇ，各品种间Ｃｄ含量差异不明显，富集系数在１．９８～２．2６。研究表明，Ｃｄ的含量低时，对作物没有毒害作用，但含量高时，Ｃｄ能阻止植物根的生长和细胞分裂［７］。

２．２ 不同甘蔗品种拔节期茎、叶重金属含量及富集系数分析

甘蔗拔节期主要分析茎和叶两个部分，各品种的重金属含量相对于苗期变化很多，差异性也有变化，不同时期、不同品种、不同器官对重金属的吸收富集作用明显不同［８］。对于重金属Ａｓ，各品种间茎含量以Ｃ与Ｈ含量较高，与其他品种均存在明显差异；对于重金属Ｚｎ，各品种间茎含量存在明显差异，D含量最高，H含量最低；对于重金属Ｐｂ，各品种间茎含量Ｇ与Ａ差异最明显，而叶含量Ｇ与Ｆ差异最明显；对于重金属Ｃｄ，各品种间茎含量Ｂ与Ｄ、Ｈ差异最明显，而叶含量Ｃ与Ｄ差异最明显（表４）。

在甘蔗拔节期各品种对土壤重金属吸收和富集量不同［９］。对于重金属的富集量最大的是Ｚｎ，其次是Ｐｂ，再次是Ｃｄ，最小的是Ａｓ。相对于重金属Ｚｎ，地上部（茎和叶）富集量最大的是Ｃ，说明该品种对Ｚｎ具有超强的吸收和富集能力［１０］，富集量最小的是Ｈ；相对于重金属Ｐｂ，地上部（茎和叶）富集最大是Ｇ，富集量最小是Ｈ，Ｈ与其他品种甘蔗差异不明显；相对于重金属Ｃｄ，地上部（茎和叶）富集量最大是Ｃ，富集量最小是Ｄ；相对于重金属Ａｓ，地上部（茎和叶）富集最大的是C，富集量最小是Ｆ。

２．３ 苗期与拔节期各品种甘蔗对重金属富集量比较分析

对表３、表４比较可知，各品种对重金属的富集量从苗期到拔节期发生较大变化，在苗期时各品种富集量最大的是Ａｓ，最少的是Ｚｎ，而到拔节期则相反，富集量最大的是Ｚｎ，最少的是Ａｓ。相对于重金属Ｚｎ，在苗期富集量最少的品种是Ｂ，而拔节期是Ｈ。由于Ｚｎ是必需营养元素，在苗期各品种对Ｚｎ的富集差异较明显，而到拔节期对Ｚｎ的富集量差异不明显。种植任何品种差异不大，最适合种植Ｈ，因为它富集量最少；相对于重金属Ｃｄ，在苗期富集量最少的是Ｂ，拔节期富集量最少的是Ｄ，由于苗期各品种对Ｃｄ的富集量差异不明显，而拔节期各品种间差异明显，在该土壤区域最适合种植Ｄ；相对于重金属Ｐｂ，在苗期富集量最少的是Ａ，拔节期富集量最少的是Ｈ，在苗期各品种对Ｐｂ的富集量差异不明显，而拔节期各品种间差异明显，在该土壤区域最适合种植Ｈ；相对于重金属Ａｓ，在苗期富集量最少的是Ｂ，拔节期富集量最少的是Ｆ，在苗期各品种对Ａｓ的富集量差异不明显，而拔节期各品种之差异明显，在该土壤区域最适合种植Ｆ。

３ 结论

通过对试验结果处理分析得出，各品种对于重金属的富集量从苗期到拔节期发生较大变化，差异性也有变化。在苗期各品种富集量最大的是Ａｓ，最少的是Ｚｎ，依次排列为Ａｓ＞Ｃｄ＞Ｐｂ＞Ｚｎ；而到拔节期则相反，富集量最大的是Ｚｎ，最少的是Ａｓ，依次排列为Ｚｎ＞Ｃｄ＞Ｐｂ＞Ａｓ。在复合重金属污染耕地条件下，相对于重金属Ｚｎ，在该土壤区域最适合种植园林９号；相对于重金属Ｃｄ，在该土壤区域最适合种植赣－１８号；相对于重金属Ｐｂ，在该土壤区域最适合种植园林９号；相对于重金属Ａｓ，在该土壤区域最适合种植园林１７号。综合上述，园林９号、赣－１８号、园林１７号这３个品种比较适合在当地污染地上种植，其中以园林９号为相对最适合的品种。

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参考文献：

［１］ 杨天周．ＥＤＴＡ对污染土壤中金属解吸的影响［Ｊ］．污染防治技术，２００８，２１（３）：４６－４９．

［２］ 王德光，宋书巧，蓝唯源，等．环江县大环江沿岸土壤重金属污染特征研究［Ｊ］．广西农业科学，２００９（３）：２－４．

［３］ 李 艺，李明顺，赖燕平，等．广西思荣锰矿复垦区的重金属污染影响与生态恢复探讨［Ｊ］．农业环境科学学报，２００８，２７（６）：２１７２－２１７７．

［４］ 翟丽梅，陈同斌，廖晓勇，等．广西环江铅锌矿尾沙坝坍塌对农田土壤的污染及其特征［Ｊ］．环境科学学报，２００８（６）：１２０６－１２１１．

［５］ 莫良玉，阮 莉，陈 军，等．复合重金属污染土壤对甘蔗产量和质量的影响［Ｊ］．广东农业科学，２０１２（６）：３３－３７．

［６］ 杨景辉．土壤污染与防治［Ｍ］．北京：科学出版社，１９９５．１－３．

［７］ 亢希然，范稚莲，莫良玉，等．超富集植物的研究进展［Ｊ］．安徽农业科学，２００７，３５（１６）：４８９５－４８９７．

［８］ 罗 慧，范稚莲，莫良玉，等．广西矿区植物重金属富集特征［Ｊ］．南方农业学报，２０１１，４２（７）：７６５－７６７．

［９］ 陈 军，莫良玉，阮 莉，等．不同黄、红麻对土壤重金属的积累和分布特性研究［Ｊ］．广东农业科学，２０１２（１０）：２５－２８．

［１０］ 范稚莲，莫良玉，陈同斌，等．广西典型矿区中植物对Ｃｕ、Ｍｎ和Ｚｎ的富集特征与潜在的Ｍｎ超富集植物［Ｊ］．地理研究，２００７， ２６（１）：１２５－１３１．

（责任编辑 屠 晶）