外源铅在西北干旱区绿洲灌淤土-小麦中的迁移及其生物效应

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1、外源铅在西北干旱区绿洲灌淤土-小麦中的迁移及其生物效应*国家自然科学基金项目(91025015,51178209)资助†通讯作者：南忠仁(1962-)，博士，教授，主要从事干旱区环境保护和修复研究。E-mail:nanzhongren@lzu.edu.cn作者简介：刘铮(1988-)，男，硕士研究生，主要从事环境保护研究。E-mail：zhliu12@lzu.cn*刘铮白英赵转军南忠仁†（兰州大学资源环境学院，兰州730000）摘要以干旱区绿洲灌淤土为供试土壤，采用盆栽模拟试验和室内分析研究了铅(Pb

2、)对小麦生长的影响及其在小麦体内的迁移富集规律，以期为Pb污染土壤的管理提供一定的科学依据。结果表明：Pb在添加低质量分数下能促进小麦生长，但达到临界值150mgkg-1后，就会出现明显的毒害作用。随着Pb添加质量分数的增加，各器官中Pb含量也呈增长趋势。小麦根对Pb的富集能力最强，籽粒对Pb的富集能力最弱。随着Pb添加质量分数的增加，土壤中可交换态Pb和碳酸盐结合态Pb所占比例呈增加趋势。在绿洲灌淤土—小麦系统中，可交换态Pb具有很大的生物有效性。关键词绿洲灌淤土；铅(Pb)的形态；小麦；迁移；临界

3、值中图分类号X53文献标识码A随着人口数量的增加、城市化进程的加快和工业生产规模的不断扩大，土壤重金属污染日趋严重，造成农作物产量降低和品质下降，严重影响人类健康和生存[1]。在各种重金属污染中，Pb污染最为普遍。目前，全世界平均每年排放约500万吨的Pb，而且有逐年增加的趋势[2]。我国土壤中Pb含量较高，其土壤背景值接近或高于世界土壤[3]。Pb广泛存在于自然界，易被土壤吸附[4]，土壤淋溶试验发现溶液中95%以上的Pb被土壤吸附，并且无论是其总量还是形态含量，均表现出明显的垂直分布规律，其中可耕

4、层成为Pb的富集层[5]。因此，Pb成为土壤中主要重金属污染物之一，也是一种对植物有积累性危害的污染物。土壤中过量的Pb能阻滞植物的生长发育，植物体内积累的Pb可通过食物链进入人体产生危害[6]。Pb最突出的生理作用是与蛋白质具有高度亲和力，其对植物光合作用的影响十分显著[7]。小麦在我国广泛种植，是主要的粮食作物。小麦一般通过根从土壤中吸收Pb，但相同试验条件下不同小麦品种中Pb含量差异显著[8]。Pb主要通过降低小麦叶片光合作用能力使单株有效穗数减少，进而造成小麦产量下降[9]。Pb还能累积在麦粒

5、中，进而对人体健康造成危害。Pb的这种危害主要是损害造血系统，引起贫血和神经系统末梢神经炎等。此外，Pb还可随血液流入脑组织，损害小脑和大脑皮质细胞，干扰新陈代谢活动，引起脑损伤[10]。绿洲灌淤土是西北干旱区重要的耕作土壤。因此，关于本区域Pb在土壤—小麦系统中的迁移和积累的研究对污染土壤的修复和人体健康风险评价均具有重要意义。目前关于Pb对小麦影响的研究较多，主要集中在Pb对小麦生理效应和幼苗的影响上[11,12]，而且研究区域多集中在我国东部的小麦产区[13]。本研究以西北干旱区绿洲灌淤土为供试

6、土壤，采用盆栽模拟试验研究Pb对小麦生长的影响及土壤中Pb在小麦中的富集迁移作用，以期为Pb污染土壤的管理提供一定的科学依据。1材料与方法1.1供试土壤与作物供试土壤为甘肃省河西走廊地区的绿洲灌淤土，属农田耕作土。基本理化性质为：pH8.16，有机质含量15.49gkg-1，阳离子交换量8.1cmolkg-1，碳酸盐含量56.4gkg-1，全氮0.7gkg-1，全磷0.61gkg-1，全钾23.2gkg-1。土壤中Pb的背景值为21.5mgkg-1，符合土壤环境质量标准[14]中适用于一般农田的Ⅱ类标

7、准(Pb含量350mgkg-1)。供试土壤自然风干后压碎过2mm尼龙筛。供试作物为小麦，其种子购自张掖市种子公司。1.2试验设计根据长期对研究区域土壤Pb污染调查发现其最大浓度为450mgkg-1，并且考虑到污染还有继续增加以及突发性含Pb废水灌溉的可能，研究中对Pb浓度的上限做适当的扩展，同时结合土壤环境质量标准[14]中关于Pb的分级标准进行梯度划分，确定采用添加Pb的9种质量分数(表1)，其中CK为对照组，T1～T8为添加不同水平Pb的质量分数组。每个添加水平设3个重复样。表1设计试验土壤中添加

8、不同水平Pb的质量分数Table1DesigningofthepotexperimentforPbapplication(mgkg-1)编号SampleNo.CKT1T2T3T4T5T6T7T8质量分数Applicationrate07515023032045070010001350每个花盆加入4.0kg左右供试土壤，Pb以硝酸盐的形式加入土壤，平衡30d。每盆加入6.00g羊粪(羊粪中Pb含量为1.71mgkg-1，有机质含量250gkg-1，全氮7g