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《华北水利水电大学学报(自然科学版)》投稿须知
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DOI:10.3969/j.issn.1002-5634.2017.01.001
土壤重金属污染作物体内分布特征富集能力随着污水灌溉面积的持续扩大,研究污水灌溉带来的重金属污染问题,特别是重金属污染物对土壤—作物系统的影响显得尤为重要通过,研究了由于污水灌溉造成的土壤重金属污染(Pb,Cd,Cr,Cu)在玉米体内分布特征富集能力重金属Pb,Cr和Cu主要富集在根部,少量的向地上部分迁移玉米籽粒中四种重金属的含量均在粮食及制品中重金属元素限量之内,玉米籽粒没有受到污染 重金属是农业生态系统中一类具有潜在危害的化学污染物.重金属Pb,Cd,Cr,Cu是污水的主要组分之一,它们对作物,土壤和地下水都有潜在的威胁.土壤重金属污染在世界范围内广泛存在且日趋严重全世界平均每年排放汞约15 万t,铜约340 万t,铅约500 万t,锰约1 500 万t,镍约100万t.中国受汞,铬,镉,铅,镍等重金属污染的耕地面积2 000万hm2约占总耕地面积的1/5每年受重金属污染的粮食约1 200万t重金属污染土壤的已迫在眉睫.1 污水灌溉水源采样与水质分析
每次灌溉前沿引水处的河流横断面(即左岸,中,右岸)取水样,利用火焰原子吸收分光光度计分别测水样中PbCd,Cr和Cu的含量
2.2 土壤含水率与土壤理化性质分析
用对角线布点法采集土壤样品,采样点有5个,取土深度为0～20 cm,20～40 cm和40～60 cm.每月1日,11日和21日以及玉米收获为取样时间.土壤含水率采用"田间法"进行测定[7];土壤容重采用"环刀法"[7];PH值采用玻璃电极法[8];土壤中总氮,全磷以及速效钾分别采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法,钼锑抗分光光度法和醋酸铵提取法进行测定;有机质采用油浴外加热-重铬酸钾容量法.
将土样放置实验室风干后碾磨,过200目筛,称取部分样品HNO3+HCL+HF法消解后,用火焰原子吸收分光光度计分别测定土样中Pb,Cd,Cr和Cu的含量.
2.3 玉米样品的化学分析
玉米的采样点3个,每个点1株播种幼苗拔节灌浆乳熟采集整株玉米,将玉米鲜样洗净,放置在干燥通风处风干待风干后,将样品去除灰尘,杂物,用剪刀剪碎,再用植物粉碎机(FZ102型)粉碎,过200目筛,然后放入保存,以备化验称取部分样品用HNO3硝解,用火焰原子吸收分光光度计分别测定根,茎,叶和籽实中PbCd,Cr和Cu的含量.4 玉米生态调查
选择有代表性的9株玉米,于每个月1号,11号和21号株高和叶面积调查株高和叶面积均用直尺来测量对于每株玉米,用直尺量出所有叶片的最长和最宽长度,每株夏玉米的叶面积[10]
. (1)
式中ai为每个叶片的最长长度cm;bi为每个叶片的最宽长度cm;LAI为叶面积cm2;夏玉米叶面积计算修正系数取为0.73.5 玉米考种
取9株玉米(具有代表性的考种包括果穗长,果穗粗,秃尖长度,穗粒数粒,株籽粒重,百粒重,小区产量和玉米芯重等Pb,Cd,Cr,Cu造成的土壤重金属污染在玉米体内的分布特征进行研究.
3.1 Pb在玉米体内的含量及分布情况Pb在玉米的含量表1
表1 Pb在玉米各部位的平均含量 mg/kg
器官 根 茎 叶 籽粒 27.793 00 12.315 00 5.392 20 0.299 57 在各个生育期,Pb在玉米体内的分布情况根>茎>叶>籽粒,根中Pb含量的平均值是茎中的2.26倍,叶的5.15倍,籽粒的92.7倍可见,Pb主要集中在玉米的根部玉米根中Pb含量幼苗期最大,拔节灌浆期平稳,以后逐渐下降在幼苗期,土壤中Pb含量较大,因此根系对Pb的吸收量也大拔节灌浆期,虽然根部的干物重一直变大,但是Pb含量仍然处于上升的,这是由于土壤中Pb含量在增加乳熟成熟期,根部干物重渐小,理论上根部Pb的浓度相对变大,根中Pb的含量将上升而事实上,根中Pb的含量略有下降,这和土壤中Pb含量的下降有关
图1 玉米根茎叶中Pb的含量时期变化
Pb在玉米茎中的分布特征为从幼苗期到抽雄期含量降低,随后玉米茎杆干物质积累在拔节期到灌浆期不断上升,而灌浆成熟期则略有下降幼苗抽雄期,茎部干物一直增加,,致使Pb的含量处于下降的抽雄灌浆期,茎部的干物重仍在增加,土壤中Pb的时茎中的Pb含量上升灌浆成熟期,茎部干物重略有下降,土壤中Pb含量增大茎中的Pb含量
玉米叶中的Pb含量.玉米叶片干物质积累呈现先升后降的趋势,高峰出现在灌浆乳熟期.幼苗拔节期土壤中Pb的含量稍有下降,干物质量增加,理论上叶中Pb含量会,但是事实却相反.这是由于土壤中存在多种污染物,它们之间的相互作用可能促进了叶对Pb的吸收.拔节抽雄期,叶中干物质重一直增加,土壤中Pb的含量升高叶中Pb含量降低.抽雄乳熟期,干物重一直增加,土壤中Pb的含量也增加,土壤中Pb的含量占主导,叶中Pb含量升高.乳熟成熟期.2 Cd在玉米体内的含量及分布情况
Cd在玉米体内的含量表2根 茎 叶 籽粒 0.945 55 0.149 89 1.115 13 0.010 05 由表2可知,Cd在玉米体内的分布情况叶>根>茎>籽粒,叶中Cd含量的平均值是茎中的7.44倍,是根的1.18倍,是籽粒的110倍可见,Cd主要集中在玉米的叶中,玉米叶子容易吸收土壤中的Cd
由图2中Cd在玉米根Cd的含量先上升后下降,乳熟期含量最高这与土壤中重金属的复合污染以及对重金属吸收的选择性有关
图2 玉米根茎叶中Cd的含量时期变化
Cd在玉米茎中的分布情况为:幼苗期到抽雄期逐渐上升,灌浆期下降,随后一直上升.幼苗抽雄期,土壤中Cd的含量下降,根中干物质重上升,而中Cd的含量一直处于上升的状态.这与土壤重金属的复合污染抽雄灌浆期,茎中干物重一直升高,虽然土壤中Cd含量一直增加,茎中Cd的含量下降.灌浆成熟期,玉米茎杆干物略有下降,土壤中Cd的含量在降低,干物重起主导作用,茎中Cd的含量稍有升高.3 Cr在玉米体内的含量及分布情况
Cr在玉米体内的含量如表3所示由表可知,Cr在玉米体内的分布特征为:根>茎>叶>籽粒
表3 Cr在玉米各部位的平均含量 mg/kg
器官 根 茎 叶 籽粒 15.817 60 3.163 50 2.372 64 0.668 99 图是玉米根Cr含量随生育时期的变化规律,Cr在根中的含量先降低,尔后升高,在灌浆期时含量下降最高峰值出现在幼苗期,最低值出现在成熟期,最高峰值含量是最低值的1.92倍,其他时期Cr的含量变化不大玉米茎中Cr含量的变化趋势是从幼苗到灌浆期一直升高,乳熟期下降,成熟期含量最高玉米叶子中Cr的,Cr含量的最高,最低值分别出现在成熟期和幼苗期
图3 玉米根中Cr的含量时期变化
3.4 Cu在玉米体内中的含量及分布情况
Cu在玉米体内的含量如表4所示由表可知,Cu在玉米各部位分布的规律为根>叶>茎>籽粒
表4 Cu在玉米各部位的平均含量 mg/kg
器官 根 茎 叶 籽粒 13.972 0 5.833 4 6.899 3 1.724 8 图4中玉米根部的Cu含量Cu在玉米茎中的含量先下降后上升乳熟成熟期,玉米茎中干物重降低,土壤中Cu的含量升高,因此该时期茎中Cu的含量继续升高Cu在玉米叶中的含量从幼苗期到抽雄期一直下降,从抽雄期到乳熟期一直上升,乳熟成熟期下降
图4 玉米根中Cu的含量时期变化
Cu是植物体内许多氧化酶的成份,或是某些酶的活化剂,参与许多氧化还原反应,它还参与光合作用,影响氮的代谢,促进花器官的发育玉米籽粒中四种重金属的含量均在粮食及制品中重金属元素限量[]之内,因此,玉米籽粒没有受到污染重金属在土壤作物系统运移的研究,目前主要用富集系数和转运系数来评价作物的富集能力.1 重金属在玉米不同部位的富集特征
植物对重金属的吸收具有选择性,对于不同的重金属元素在同一作物中的转运特性,可以通过作物对土壤中重金属元素的富集系数(吸收系数,BCF) 来反映富集系数是衡量作物对重金属积累能力大小的一个重要指标,富集系数越大,说明植物越易从土壤中吸收该元素,亦即该元素的迁移能力越强可将某种重金属含量与土壤中该种重金属含量做比,即为富集系数.计算公式
. (2)
式中:为重金属元素i的富集系数;重金属元素i 在植物中的含量;重金属元素i在植物生长介质中的含量利用上述公式计算玉米各部位不同重金属的富集系数表
表5 玉米各器官重金属的富集系数
器官 Pb Cd Cr Cu 根 0.429 54 0.526 69 0.394 50 0.321 34 茎 0.190 60 0.113 06 0.078 14 0.140 46 叶 0.083 29 0.601 88 0.057 15 0.169 72 籽粒 0.004 49 0.004 66 0.019 31 0.037 75 由表可知,重金属在玉米根部富集系数的大小为Cd>Pb>Cr>Cu,重金属在玉米茎中富集系数大小为Pb>Cu>Cd>Cr,重金属在玉米叶中富集系数大小为Cd>Cu>Pb>Cr,重金属在玉米籽粒中的富集系数大小为Cu>Cr>Pb>Cd玉米根,茎,叶和籽粒对不同重金属元素的富集能力存在差异,重金属Pb,Cr和Cu主要富集在根部,少量的向地上部分迁移,说明重金属在植物体内的分布规律是在新陈代谢旺盛的器官中蓄积量较大原因可能是土壤中重金属直接与根系接触,植物根部有大量的微生物,能将重金属元素吸收或者固定,增强了根部对重金属的吸收能力Pb,Cr和Cu重金属元素的富集系数大小为Cd>Pb>Cu>Cr,这说明Cd易于从土壤中迁移到玉米中,Pb和Cu次之,Cr的迁移能力最弱匡少平[]和Huang[]等人也证实了玉米对土壤中的Pb具有强烈的吸收性,并可残留在作物的各个部位.2 重金属在玉米不同部位的转运特征
转运系数反映重金属在土壤植物系统中迁移的难易程度所谓转运系数,就是植物富集的某种重金属元素地上部分含量与根部含量之比,用来评价植物将重金属从地下根部向地上部分运输和富集能力[].其计算公式
. (3)
式中:为重金属元素i的转运系数;重金属元素i地上部分的含量;重金属元素i根部含量
依据转运系数的确定方法,计算玉米不同重金属的转运系数表
表6 玉米中重金属的转运系数
重金属 Pb Cd Cr Cu 转运系数 0.648 07 1.366 26 0.347 97 0.520 69 由表可知,玉米中重金属的转运系数大小为Cd>Pb>Cu>CrCd的转运系数大于1,这说明玉米地上部分更容易吸收Cd其他3重金属的转运系数都小于1,说明地上部分重金属的含量小于根部的含量
刘秀梅等[]认为转移系数大于0.5的植物,对该重金属有较好的耐性;也有研究者认为,转移系数小于的植物,可以把重金属固定在根部,限制重金属向地上部转移,减少重金属的毒害作用植物的这种能力称为植物对重金属的耐性机制,植物的这种耐性机制说明它们在重金属污染情况下可以很好地平衡重金属的吸收和转移过程[],可能与植物对重金属的控制吸收,体内螯合固定,生化忍耐策略及其他体内平衡机制有关[].
玉米根,茎,叶和籽粒对不同重金属元素的富集能力存在差异造成这种差异的原因也是很复杂的除了与有关外,土壤的性质以及其它污染物等都是影响重金属由土壤向作物迁移的因素Pb在玉米体内的分布情况基本上是根>茎>叶>籽粒Cd在玉米体内的分布情况基本上是叶>根>茎>籽粒Cr在玉米体内的分布特征为:根>茎>叶>籽粒Cu在玉米各部位分布的规律为根>叶>茎>籽粒重金属在玉米体内的分布不仅与玉米的生育期有关,与玉米各个部位干物质的积累有关,除此之外,土壤中重金属的浓度也是重要的影响因素
2)重金属在玉米富集系数的大小为Cd>Pb>Cr>Cu,Pb>Cu>Cd>Cr,Cd>Cu>Pb>Cr,籽粒Cu>Cr>Pb>Cd这说明玉米根,茎,叶和籽粒对不同重金属元素的富集能力存在差异种重金属元素的富集系数大小为Cd>Pb>Cu>Cr这说明Cd迁移能力最强玉米中重金属的转运系数大小为Cd>Pb>Cu>Cr,说明玉米将重金属Cd从地下部分向地上部分的运输和富集的能力最强,而Cr最弱冯绍元齐志明黄冠华等.重金属在夏玉米作物体中残留特征的田间试验研究J].灌溉排水学报,2003,226):9-13.
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Distribution Characteristics and Concentration Abilities of Soil He论文范文y Metal Pollution in Maize
ZHOU Zhenmin
(North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 4500
重金属:重金属
45, China)Abstract: With the development of wastewater irrigation, it is very important to study influence of he论文范文y metal pollution,espetially influence of he论文范文y metal pollution on soil-crop systems. Through experiment, sample analysis and ecological investigation, distribution characteristics and concentration abilities of he论文范文y metal (Pb, Cd, Cr, Cu) pollution in maize, due to wastewater irrigation, were studied. It is shown that the he论文范文y metal pollution was concentrated mainly in the roots, A little part of the he论文范文y metal pollution moves to the up part of the maize. The content of four he论文范文y metals (Pb, Cd, Cr, Cu) in maize grains are within the limited index of national food and the relevant product standard. It is proved that the maize grains are not polluted and food production is in safe condition.
Keywords: soil he论文范文y metal pollution; crop influence; distribution features; concentration ability
收稿日期:2017-05-05
基金项目:水利部公益性科研资助项目(201701015).
作者简介:周振民(1953—),男,河南封丘人,省级特聘教授,博导,博士,主要从事农业水土环境方面的研究.
第 8 页 共 8 页
总结：本论文是一篇免费优秀的关于重金属玉米论文范文资料，可用于相关论文写作参考。
重金属引用文献:
[1] 土壤重金属论文范文 关于土壤重金属论文范文8000字
[2] 工业用地和重金属学士学位论文范文 工业用地和重金属类论文范文数据库2万字
[3] 重金属电大毕业论文范文 关于重金属方面论文范例2500字
