凹土对三色堇镉胁迫的缓解作用研究
目 录
1 引言 1
2 材料与方法 2
2.1 试验材料 2
2.2 试验设计 2
2.3 试验处理 3
2.4 试验指标 3
2.5 测定方法 3
2.6 数据分析 4
3 结果与分析 4
3.1 凹土对10mg/kg镉胁迫下三色堇生长及生理指标的影响 4
3.2 凹土对30mg/kg镉胁迫下三色堇生长及生理指标的影响 5
3.3 凹土对50mg/kg镉胁迫下三色堇生长及生理指标的影响 7
3.4 凹土对100mg/kg镉胁迫下三色堇生长及生理指标的影响 8
4 讨论 10
结 论 11
致 谢 12
参考文献 13
1 引言
近年来，由于污水灌溉、乱用滥用农药化肥、工业三废的排放等人类活动以及成土母质的风化等自然原因，导致我国大面积土壤遭受重金属污染[1]，农产品重金属超标频现，如“镉米危机”等，这对人体健康和自然环境都造成了严重影响。土壤重金属污染是指比重大于5的金属或其化合物在土壤环境中所造成的污染，包括镉、铬、铅、汞、铁、锰、镍、钴等。其中，镉是生物毒性较大的重金属，是土壤重金属污染的主要元素[2]。
我国受镉、铬、铅、砷等重金属污染的耕地面积近2000万公顷。据调查，长三角地区有的城市连片农田受多种重金属污染，10%的土壤基本丧失生产力；湘江流域农产品产地受重金属污染面积已超过7.87万公顷，其中重度污染的约1.27万公顷，占16%；中度污染的约2.6万公顷，占33%；轻度污染的超过4万公顷，占50%多[3-4]。
土壤重金属污染具有表聚 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
性，隐蔽性，长期性和不可逆性。主要来源于工业“三废”排放、汽车尾气排放、采矿、冶炼、家庭燃煤、生活垃圾等[5]。主要危害是影响植物生长发育；破坏人体神经系统、免疫系统、骨骼系统等。土壤重金属污染治理迫在眉睫。
土壤重金属污染治理研究开始于20世纪70年代，对此，国内外都非常重视，英国、苏格兰、日本、前苏联、加拿大等30多个国家和地区都开展了研究，涉及元素各不相同，累计达60余个。我国也先后多次开展了大量系统的调查与研究。尤其是“七五”期间，国家将“全国土壤环境背景值调查研究”列为国家重点科技攻关课题[6]。目前，综合国内外研究，土壤重金属污染修复措施主要有：工程措施，物理化学修复，生物修复，农业生态修复[7]。
凹土是一种层链状过度结构的含水镁铝硅酸盐矿物，是一种稀有的非金属矿物原料[8]。凹土独特的晶体结构，使之具有许多特殊的物理化学及工艺性能[9]。凹凸棒土大的表面能和孔隙率及阳离子交换量，能有效地吸附重金属，降低重金属的有效生物性，改善土壤结构，提高土壤养分，促进农作物生长，从而实现农业的可持续发展。招启栢等利用凹凸棒土等改良剂降低重金属镉和铅的生物有效性，结果显示：铅的转移系数小于镉，烟草体内的迁移能力是Cd>Pb。凹凸棒土能有效减少重金属离子对烤烟的毒害，促进烤烟生长[10]。由此可见，凹凸棒土可以作为经济高效的土壤改良剂在生产上推广使用。
三色堇（Viola tricolor L.）是堇菜科、堇菜属的二年生或多年生草本植物。韦良焕用盆栽试验研究三色堇对镉污染土壤的修复，得出三色堇是镉超积累植物[11]。本试验采用的是蓝花三色堇，通过在土壤内添加不同含量的凹土（0、20、40、60g/㎏），在栽植三色堇后使用不同浓度镉溶液（10、30、50、100㎎/㎏）进行处理，测定其株高、根系活力、叶绿素含量和可溶性糖等各项生长生理指标，试图了解凹土对重金属镉的缓解作用，为凹土改良土壤和其对作物重金属胁迫的缓解效应提供一定的理论和实践依据。
2 材料与方法
2.1 试验材料
（1）试验材料：蓝花三色堇、重金属镉（CdCl22.5H2O）、凹土（来源于中奥矿业，200目）。
（2）使用药剂：乙醇、乙酸乙酯、浓硫酸、三氯乙酸等。
（3）实验器材：分光光度计、水浴锅、离心机、分析天平、酸式滴定管等。
2.2 试验设计
试验于2015年10月在江苏省淮安市清浦区28号楼5楼温室内进行。实验土壤取自南苑小树林，周围没有污染源，是重金属未污染区域，土壤晒干后，每盆准确称量500g，在土壤中加入不同含量的凹土（0、20、40、60g/㎏），混匀后放置一周，使土壤性质稳定。用穴盘进行三色堇育苗，4-6片真叶时移栽。缓苗后用不同浓度的镉溶液（10、30、50、100㎎/㎏）进行处理，具体见表1。期间正常水分管理，六周后进行生长生理指标的测量。
表1 镉溶液的配制
Table 1 Preparation of cadmium solution
土量 (kg) Cd浓度(mg/kg) 每盆需Cd量(mg) CdCl22.5H2O的量(mg)(1盆) CdCl22.5H2O总量(g)(60盆) 水 (mL)
0.5 10 5 10.1786 0.611 600 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
r /> 0.5 30 15 30.5357 1.832 600
0.5 50 30 50.8928 3.054 600
0.5 100 50 101.7857 6.107 600
2.3 试验处理
试验处理见下表2。表2 重金属镉和凹土对三色堇的16个处理
Table 2 Heavy metal cadmium and attapulgite 16 treatment on pansy
处理 镉浓度（mg/kg） 凹土浓度（g/kg）
CK1 10 0
处理1 10 20
处理2 10 40
处理3 10 60
CK2 30 0
处理4 30 20
处理5 30 40
处理6 30 60
CK3 50 0
处理7 50 20
处理8 50 40
处理9 50 60
CK4 100 0
处理10 100 20
处理11 100 40
处理12 100 60
2.4 试验指标
（1）生长指标：株高、生物量。
（2）生理指标：叶绿素含量、可溶性糖含量、根系活力、过氧化氢酶活性、丙二醛含量。
2.5 测定方法
（1）生长指标：株高：尺量；
生物量：天平称；
（2）生理指标：叶绿素含量：乙醇提取法[12]；
可溶性糖含量：蒽酮比色法[12]；
根系活力：氯化三苯基四氮唑（TTC）法[12]；
处理6 12.77a 5.04b
注：每列中不同小写字母表示差异达到0.05显著水平。
1 引言 1
2 材料与方法 2
2.1 试验材料 2
2.2 试验设计 2
2.3 试验处理 3
2.4 试验指标 3
2.5 测定方法 3
2.6 数据分析 4
3 结果与分析 4
3.1 凹土对10mg/kg镉胁迫下三色堇生长及生理指标的影响 4
3.2 凹土对30mg/kg镉胁迫下三色堇生长及生理指标的影响 5
3.3 凹土对50mg/kg镉胁迫下三色堇生长及生理指标的影响 7
3.4 凹土对100mg/kg镉胁迫下三色堇生长及生理指标的影响 8
4 讨论 10
结 论 11
致 谢 12
参考文献 13
1 引言
近年来，由于污水灌溉、乱用滥用农药化肥、工业三废的排放等人类活动以及成土母质的风化等自然原因，导致我国大面积土壤遭受重金属污染[1]，农产品重金属超标频现，如“镉米危机”等，这对人体健康和自然环境都造成了严重影响。土壤重金属污染是指比重大于5的金属或其化合物在土壤环境中所造成的污染，包括镉、铬、铅、汞、铁、锰、镍、钴等。其中，镉是生物毒性较大的重金属，是土壤重金属污染的主要元素[2]。
我国受镉、铬、铅、砷等重金属污染的耕地面积近2000万公顷。据调查，长三角地区有的城市连片农田受多种重金属污染，10%的土壤基本丧失生产力；湘江流域农产品产地受重金属污染面积已超过7.87万公顷，其中重度污染的约1.27万公顷，占16%；中度污染的约2.6万公顷，占33%；轻度污染的超过4万公顷，占50%多[3-4]。
土壤重金属污染具有表聚 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
性，隐蔽性，长期性和不可逆性。主要来源于工业“三废”排放、汽车尾气排放、采矿、冶炼、家庭燃煤、生活垃圾等[5]。主要危害是影响植物生长发育；破坏人体神经系统、免疫系统、骨骼系统等。土壤重金属污染治理迫在眉睫。
土壤重金属污染治理研究开始于20世纪70年代，对此，国内外都非常重视，英国、苏格兰、日本、前苏联、加拿大等30多个国家和地区都开展了研究，涉及元素各不相同，累计达60余个。我国也先后多次开展了大量系统的调查与研究。尤其是“七五”期间，国家将“全国土壤环境背景值调查研究”列为国家重点科技攻关课题[6]。目前，综合国内外研究，土壤重金属污染修复措施主要有：工程措施，物理化学修复，生物修复，农业生态修复[7]。
凹土是一种层链状过度结构的含水镁铝硅酸盐矿物，是一种稀有的非金属矿物原料[8]。凹土独特的晶体结构，使之具有许多特殊的物理化学及工艺性能[9]。凹凸棒土大的表面能和孔隙率及阳离子交换量，能有效地吸附重金属，降低重金属的有效生物性，改善土壤结构，提高土壤养分，促进农作物生长，从而实现农业的可持续发展。招启栢等利用凹凸棒土等改良剂降低重金属镉和铅的生物有效性，结果显示：铅的转移系数小于镉，烟草体内的迁移能力是Cd>Pb。凹凸棒土能有效减少重金属离子对烤烟的毒害，促进烤烟生长[10]。由此可见，凹凸棒土可以作为经济高效的土壤改良剂在生产上推广使用。
三色堇（Viola tricolor L.）是堇菜科、堇菜属的二年生或多年生草本植物。韦良焕用盆栽试验研究三色堇对镉污染土壤的修复，得出三色堇是镉超积累植物[11]。本试验采用的是蓝花三色堇，通过在土壤内添加不同含量的凹土（0、20、40、60g/㎏），在栽植三色堇后使用不同浓度镉溶液（10、30、50、100㎎/㎏）进行处理，测定其株高、根系活力、叶绿素含量和可溶性糖等各项生长生理指标，试图了解凹土对重金属镉的缓解作用，为凹土改良土壤和其对作物重金属胁迫的缓解效应提供一定的理论和实践依据。
2 材料与方法
2.1 试验材料
（1）试验材料：蓝花三色堇、重金属镉（CdCl22.5H2O）、凹土（来源于中奥矿业，200目）。
（2）使用药剂：乙醇、乙酸乙酯、浓硫酸、三氯乙酸等。
（3）实验器材：分光光度计、水浴锅、离心机、分析天平、酸式滴定管等。
2.2 试验设计
试验于2015年10月在江苏省淮安市清浦区28号楼5楼温室内进行。实验土壤取自南苑小树林，周围没有污染源，是重金属未污染区域，土壤晒干后，每盆准确称量500g，在土壤中加入不同含量的凹土（0、20、40、60g/㎏），混匀后放置一周，使土壤性质稳定。用穴盘进行三色堇育苗，4-6片真叶时移栽。缓苗后用不同浓度的镉溶液（10、30、50、100㎎/㎏）进行处理，具体见表1。期间正常水分管理，六周后进行生长生理指标的测量。
表1 镉溶液的配制
Table 1 Preparation of cadmium solution
土量 (kg) Cd浓度(mg/kg) 每盆需Cd量(mg) CdCl22.5H2O的量(mg)(1盆) CdCl22.5H2O总量(g)(60盆) 水 (mL)
0.5 10 5 10.1786 0.611 600
r /> 0.5 30 15 30.5357 1.832 600
0.5 50 30 50.8928 3.054 600
0.5 100 50 101.7857 6.107 600
2.3 试验处理
试验处理见下表2。表2 重金属镉和凹土对三色堇的16个处理
Table 2 Heavy metal cadmium and attapulgite 16 treatment on pansy
处理 镉浓度（mg/kg） 凹土浓度（g/kg）
CK1 10 0
处理1 10 20
处理2 10 40
处理3 10 60
CK2 30 0
处理4 30 20
处理5 30 40
处理6 30 60
CK3 50 0
处理7 50 20
处理8 50 40
处理9 50 60
CK4 100 0
处理10 100 20
处理11 100 40
处理12 100 60
2.4 试验指标
（1）生长指标：株高、生物量。
（2）生理指标：叶绿素含量、可溶性糖含量、根系活力、过氧化氢酶活性、丙二醛含量。
2.5 测定方法
（1）生长指标：株高：尺量；
生物量：天平称；
（2）生理指标：叶绿素含量：乙醇提取法[12]；
可溶性糖含量：蒽酮比色法[12]；
根系活力：氯化三苯基四氮唑（TTC）法[12]；
处理6 12.77a 5.04b
注：每列中不同小写字母表示差异达到0.05显著水平。
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