铅镉复合污染对不同品种蕹菜生长和重金属累积特性的影响

朱娜 李富荣 李敏 王富华 邹素敏 赵迪

摘 要 通过盆栽试验，研究铅镉复合污染胁迫下11个蕹菜品种在生物量、铅镉吸收量及其对铅镉转运系数等的品种间差异。结果显示：不同品种蕹菜的生物量受重金属铅镉复合污染胁迫的影响不同，其中品种K1、K2、K4和K9的地上可食部分生物量被抑制，抑制率在11.8%～44.1%，而其他7个蕹菜品种地上可食部分生物量均有所提高，促进率在11.2%～72.6%。在铅镉复合污染胁迫下，地上可食部分生物量依然较高的蕹菜品种有K2、K3、K6、K7、K8、K10和K11；吸收Pb、Cd能力均较高的蕹菜品种有K4、K7和K8，吸收Pb、Cd能力均较低的蕹菜品种有K2和K11。所有品种蕹菜对重金属Cd的转运系数平均值为60%，而对Pb的转运系数平均值为26%，说明Cd由蕹菜根部转运到其地上可食部分的能力更强，对蕹菜的毒害作用更强。研究还表明，不同品种蕹菜在重金属铅镉复合污染胁迫下其生物量、铅镉累积量和转运系数存在差异性，以产量高、铅镉吸附量低为原则，蕹菜品种K2青梗大叶空心菜和K11半青白空心菜是栽培在重金属铅镉复合污染土地上相对较好的选择。

关键词 铅 ；镉 ；蕹菜 ；生物量 ；吸收能力 ；转运系数

中图分类号 X171.5 文献标识码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.06.014

Effects of Combined Pb and Cd Pollution on Growth and Heavy Metal Accumulation Characteristics of Different Ipanoea aquatica Cultivars

ZHU Na LI Furong LI Min WANG Fuhua ZOU Sumin ZHAO Di

（1 Public Monitoring Center for Agro-product， GAAS， Guangzhou， Guangdong 501640；

2 College of Resource and Environment， Huazhong Agricultural University， Wuhan， Hubei 430070；

3 Laboratory of Quality & Safety Risk Assessment for Agro-product （Guangzhou），

Ministry of Agriculture， Guangzhou， Guangdong 510640）

Abstract The biomass， absorption of cadmium （Cd） and lead （Pb） and their transport coefficients differences among 11 water spinach were analyzed under the pollution of heavy metals by pot experiment. The results showed that the effect of Cd and Pb combined pollution on different Ipanoea aquatic is not same. The decrease rates are 11.8%-44.1% among the cultivars of K1， K2， K4 and K9 and the increase rates are 11.2%-72.6% for others. Under the combined pollution stress of Pb and Cd， the high level biomass of water spinach varieties is K2， K3， K6， K7， K8， K10， K11. K4， K7 and K8 show greater absorption abilities of Pb and Cd， K2 and K11 show lower absorption abilities of Pb and Cd. The mean value of transport coefficient of Cd among all cultivars is 60%， while for Pb is 26%， this indicates that Cd transfers better to the edible parts from the roots than Pb， which may cause superior toxic effect to water spinach. There are differences between different Ipanoea aquatic biomass， uptake of Cd and Pb， transport coefficients. Based on the principle of high output and low absorption capacity of Pb and Cd， cultivars of K2 and K11 is fit for growing on the earth that combined Pb and Cd pollution.

Keywords lead ； cadmium ； Ipanoea aquatic ； biomass ； absorptive capacity ； transforming coefficient

近年，重金属铅镉带来严重的环境污染和食品安全问题，而土壤重金属复合污染问题则进一步增加了重金属污染治理难度，尤其是铅镉复合污染更是广受国内外学者关注[1-2]。复合污染下污染物对作物的毒害效应与单一污染物作用存在差异[3]，作物体内Pb、Cd浓度可能与土壤中Pb、Cd的交互作用相关。邱喜阳等[4]研究显示，Pb、Cd复合污染下，Cd 含量的升高，可以促进蕹菜对Pb的吸收。同等环境条件下，同一种蔬菜的不同品种具有不同的生理机制，其产量、品质及对污染物的耐受性亦不同[5-6]，其吸收重金属的能力亦有所差异[7]。因此，开展重金属复合污染研究，探讨重金属复合污染对蔬菜影响的品种间差异性，对揭示重金属复合污染规律和指导重金属污染修复具有重要意义。

蕹菜种质资源丰富品种数量也较多，生长快、适应性强，在水田或终年有水的浅沟、泽地都能很好地生长。由于近年来水源和土壤的严重污染，蕹菜作为重金属污染的高风险种，其栽培和品质安全受到了极大的影响，给消费者的身体健康和生命安全带来了隐患，成为社会广泛关注的问题。目前关于重金属复合污染情况下对不同品种蕹菜影响的相关研究仍然较少。本文通过研究铅镉复合污染胁迫下蕹菜生物量、铅镉吸收量及不同蕹菜品种对铅镉转运系数品种间的差异性，旨在为蔬菜安全生产提供理论依据和数据支撑，为选择适合在重金属中轻度污染菜地土壤上生长的品种提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试土壤

供试土壤为黄壤，采自广州市天河区，其土壤基本理化性质见表1。

1.1.2 供试蔬菜

供试蔬菜为11种蕹菜，均为市售常见品种，各品种相关信息见表2。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

盆栽试验于2014年在广东省农科院农产品公共监测中心试验基地进行。试验主要研究不同品种蕹菜对Pb、Cd的吸收特性，从中筛选出对重金属Pb、Cd具有较低和较高累积特性的品种。将供试土壤分装入塑料盆，每盆6.5 kg，盆的规格为：直径35.5 cm，深12 cm。试验设CK和PC两种处理，11个蕹菜品种，3次重复。其中CK代表不添加重金属；PC代表铅镉复合污染处理，依据前期铅、镉复合污染对蕹菜品种种子萌发和幼苗生长影响的研究[8]，以Pb（NO3）2、Cd（NO3）2的形式分别施加400、5 mg/kg的外源铅镉人工模拟污染土壤。定期向盆中加入基本等量的自来水培养。土壤老化20 d后，向每个盆中加入等量的肥料：尿素2.83 g、KH2PO4 1 g、K2CO3 1.03 g。继续浇水平衡15 d后播种。6月23日播种，每盆播种25粒，待种子发芽、幼苗生长稳定后于7月8日间苗，每盆留10株。7月28日，分根部和地上可食部分分别采收。记录生物量并检测其重金属Pb、Cd含量。

1.2.2 分析方法

蕹菜采收后先用自来水冲洗，然后用去离子水清洗，用吸水纸吸干表面水分，鲜样称重、制成匀浆。采用混酸电热板法进行消解，消解液用原子吸收光谱仪测定Pb、Cd含量。测定方法参照GB 5009.12-2010、GB 5009.15-2014，且以GSB-30作为未知样品的分析测定，进行分析质量控制。

转运系数可用来评价作物将重金属元素从地下部转运到地上部的能力，计算公式为：转运系数=植物地上部某器官中重金属元素生物富集量/植物地下部器官中重金属元素生物富集量[9]。

1.2.3 数据处理

试验数据分析和作图用Sigma Plot 10.0和SPSS19.0。

2 结果与分析

2.1 不同处理对各品种蕹菜生物量的影响

11个蕹菜品种的生物量见图1。由图1可知，不同品种蕹菜的地上可食部分生物量受重金属铅镉复合污染的影响不同，有的被抑制，有的却因Pb、Cd存在而促进其生长，地上可食部分生物量得到提高，其中蕹菜品种K1、K2、K4和K9其地上可食部分生物量均受到抑制，且K1和K4达到极显著水平。其他品种蕹菜的地上可食部分生物量均高于CK处理，说明Pb、Cd存在对这些品种蕹菜的生长起到了促进作用，且K3、K5、K7、K8和K11均达到显著性水平。

在铅镉复合污染处理下，11种蕹菜地上可食部分生物量大小顺序为K8>K2>K3>K7>K11>K10>K6>K5>K9>K1>K4。蕹菜品种K8，K2，K3，K7，K11，K10和K6之间其地上可食部分生物量差异不显著，且均较高；品种K5、K9和K1之间差异亦不显著，其地上可食部分生物量中等。其中蕹菜品种K8地上可食部分生物量最高，与K5、K9、K1、K4有显著性差异；蕹菜品种K4的地上可食部分生物量最低，与其他10种蕹菜相比差异显著，且与除K1、K9的其他品种差异达极显著水平。

2.2 不同品种蕹菜吸收重金属Pb、Cd的差异性

铅镉复合污染下11种蕹菜中重金属Pb、Cd含量见图2。由图2可知，不同品种蕹菜吸收土壤中重金属Pb、Cd的水平不同，且同一品种蕹菜吸收重金属Pb、Cd的水平亦有差异。11种蕹菜吸收土壤中Pb的水平依次为K8>K7>K4>K2>K5>K1>K9>K11>K6>K10>K3，其中蕹菜品种K8和K7重金属Pb含量较高，与除K4、K2和K5的其他蕹菜品种存在显著性差异，且与K10和K3差异极显著。蕹菜品种K3重金属Pb含量最低，且与除K9、K11、K6和K10的其他蕹菜品种均呈显著性差异，与K8、K7和K4差异极显著；其次为K2、K5、K1、K9、K11、K6和K10，这7种蕹菜重金属Pb含量差异不显著，相对也不高。

11种蕹菜吸收土壤中Cd的水平依次为K7>K4>K8>K10>K9>K3>K5>K1>K6>K2>K11，其中蕹菜品种K7重金属Cd含量最高，与其他蕹菜品种有显著性差异，其中与K3、K5、K1、K6、K2和K11，差异极显著；蕹菜品种K2和K11重金属Cd含量较低，与除品种K5、K1和K6的其他蕹菜品种差异极显著。

从蕹菜对重金属Pb、Cd吸收能力看，高吸收能力蕹菜品种可选K4、K7和K8，低吸收能力蕹菜品种可选K2和K11。

2.3 不同品种蕹菜对Pb、Cd转运系数的差异性

铅镉复合污染下11种蕹菜对重金属Pb、Cd转运系数的差异性见图3。由图3可知，蕹菜对重金属Pb、Cd的转运系数会因蕹菜品种的不同而有所差异，且所有品种蕹菜对重金属Cd的转运系数平均值为60%，而对Pb的转运系数平均值为26%，说明Cd由蕹菜根部转运到其地上可食部分的能力更强，对蕹菜的毒害作用更强。

所有品种蕹菜对Pb的转运系数大小依次为K5>K1>K6>K8>K3>K2>K4>K7>K10>K9>K11，其中蕹菜品种K5和K1对Pb的转运系数较大，与除K6的其他所有品种蕹菜对Pb的转运系数存在显著性差异，且与K4、K7、K10、K9和K11差异极显著；其次为K6、K8、K3>K2、K4、K7、K10和K9，这些蕹菜品种对Pb的转运系数差异不显著；对Pb转运系数最小的品种为K11，与其他所有品种蕹菜对Pb的转运系数差异显著。

所有品种蕹菜对Cd的转运系数大小依次为K3>K7>K10>K5>K8>K2>K1>K9>K4>K6>K11，其中蕹菜品种K3、K7和K10对Cd的转运系数较大，与其他所有品种蕹菜对Cd的转运系数存在显著性差异，且与K2、K1、K9、K4、K6和K11差异极显著；K11对Cd的转运系数最小，与除蕹菜品种K6外的其他所有蕹菜品种差异显著，且与K3、K7、K10、K5、K8和K2差异极显著。

3 讨论与结论

有研究表明，重金属对植物生长具有“低抑高促”现象[10-11]，不同品种蔬菜的生物量受重金属铅镉复合污染胁迫的影响不同[12]。该研究显示，与对照处理相比，在400 mg/kg Pb、5 mg/kg Cd复合污染处理下，蕹菜品种K1白玉大叶空心菜、K2青梗大叶空心菜、K4纯白骨细柳叶蕹菜和K9台湾竹叶空心菜，其生物量均受到抑制，抑制率在11.8%～44.1%；K3泰国白骨柳叶空心菜和K5纯白骨细柳叶蕹菜等其他8种蕹菜品种的生物量均增加，且促进率在11.2%～72.6%。而茹淑华等[7]对单一镉污染对白菜影响研究显示，与不添加Cd的处理相比，5 mg/kg Cd污染处理对同种白菜地上部生物量没有明显促进或抑制作用，与该研究结果不一致，这可能是因为不同蔬菜种类所致，也可能是因为Pb的存在，铅镉污染存在协同效应。

在重金属污染土壤上种植蔬菜，可通过筛选蔬菜品种来控制蔬菜质量安全，品种筛选上除了考虑其对重金属的吸收能力外，还要考虑其可食部分生物量。该研究显示，在铅镉复合污染胁迫下，蕹菜品种K2青梗大叶空心菜，K3泰国白骨柳叶空心菜，K6泰国空心菜，K7泰国柳叶空心菜，K8泰国竹叶种油青蕹菜，K10玉帅竹叶通心菜和K11半青白空心菜生物量均较高。但是前期种子萌发试验显示，蕹菜品种K3萌发率很低[8]，考虑到产量的问题，在品种筛选上，K2、K6、K7、K8、K10和K11为较好选择。

不同植物或同一植物不同品种对重金属的耐性和吸收规律存在很大差异，在同一种蔬菜中筛选对重金属具有不同耐性的品种用于农田土壤重金属污染修复具有重要实际意义[13-14]。同一种蔬菜的不同品种对Pb、Cd吸收能力不同。该研究显示，11种蕹菜对重金属的富集能力均表现为Cd>Pb，与张露尹等[15]研究空心菜对重金属吸收累积特征结果一致。铅镉复合胁迫下，所有蕹菜品种地上可食部分的Cd含量范围为综合比较11种蕹菜对Pb、Cd的吸收能力，可发现，吸收Pb、Cd能力均较高的蕹菜品种有K4纯白骨细柳叶蕹菜、K7泰国柳叶空心菜和K8泰国竹叶种油青蕹菜，吸收Pb、Cd能力均较低的蕹菜品种有K2青梗大叶空心菜和K11半青白空心菜。

所有品种蕹菜对重金属Cd的转运系数平均值为60%，而对Pb的转运系数平均值为26%，说明Cd由蕹菜根部转运到其地上可食部分的能力更强，对蕹菜的毒害作用更强。赵明等[9]研究不同品种花生对重金属Pb、Cd 转运规律，结果亦显示，花生可食部分籽仁对Cd的平均转运系数大于其对Pb的转运系数，与该研究结果一致。但是该研究结果显示，不同蕹菜对Pb、Cd吸收能力的大小与不同蕹菜对Pb、Cd生物转运系数的大小，并不完全一致，说明其对某重金属转运系数大的，吸收能力未必高，原因是其转运到地上可食部分的多少还取决于其根部的累积量。

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