郝佳丽，卜玉山，张成，胡学峰，闫双堆，崔旭

（山西农业大学 资源环境学院，山西 太谷030801）

人类活动的加剧导致了土壤重金属污染日趋严重，直接威胁到了人类的健康与生存。锌是动植物生长发育所必需的微量营养元素，土壤缺锌时直接影响植物的代谢活动［1］。但过量的锌会对植物产生毒害效应［2］，还会使土壤失去活性，降低土壤微生物生物量［3］。锌的生物可利用性和对土壤环境的影响直接取决于土壤中锌的形态［4］，不同形态的锌具有不同的环境化学行为、不同的活性和生物有效性［5］，从而影响植物的吸收，同时，植物对锌的吸收与其生长的土壤环境有着密切的关系［6］。

施用有机物料在我国农业生产中有着悠久的历史，在培肥改良土壤中具有不可替代的作用［7］。施用有机物料通过改变土壤理化性质［8］和土壤重金属元素形态［9］影响植物对其的吸收。其原因是多方面的也是极其复杂的，有机物料降解转化过程中产生的有机化合物可以与土壤重金属离子形成络合物［10］，增强其移动性和有效性，促进作物对重金属的有效吸收；也可以和土壤中粘土矿物结合并吸附重金属，从而降低重金属的活性和有效性［11］，减少植物对重金属的吸收富集量［12］，减轻土壤重金属对植物的危害。因此，不同有机物料既可能抑制植物对土壤重金属的吸收，也可能促进植物对土壤重金属的吸收。

本试验研究了不同有机物料和不同浓度外源锌对油菜生长发育和重金属锌含量分布的影响，分析比较施用不同有机物料对油菜吸收锌的差异，为重金属污染土壤上通过施用有机物料实现作物安全生产或增强重金属污染土壤植物修复效果提供理论和应用依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试作物为油菜（Brassicaca mpestris L.ssp.Chinensis L.），品种为“四月蔓”，生育期40 d；供试土壤采自山西农业大学资源环境学院实验站大田耕层（0～20 c m）土壤，为石灰性褐土，其基本性状见表1。

供试有机物料为草坪草、玉米秸、鸡粪、猪粪、牛粪、泥炭、风化煤等，经过高温腐熟后备用。基本性状见表1。

表1 供试土壤和有机物料的基本性状Table 1 Basic properties of experimental soil and organic materials

1.2 试验设计与实施

本研究采用二因素完全组合设计盆栽试验，因素一为有机物料处理，分别为：CK（不施有机物料）、草坪草（88 g·盆－1）、玉米秸（169 g·盆－1）、鸡粪（197 g·盆－1）、猪粪（173g·盆－1）、牛粪（64 g·盆－1）、泥炭（39 g·盆－1）、风化煤（368 g·盆－1）；有机物料按活性有机碳含量一致计算施入量。因素二为重金属锌处理，设0 mg·kg－1、50 mg·kg－1、150 mg·kg－1、450 mg·kg－14个水平，完全组合共32个处理，4次重复。

试验在山西农业大学资源环境学院试验站内的日光温室大棚中进行。2010年秋季对供试有机物进行粉碎和堆沤腐熟处理，2011年春季，进行油菜育苗，同时称取过2 mm筛的风干土5 kg装入直径18 c m、内深22 c m的塑料盆中，按试验设计添加不同数量的重金属锌和不同有机物料，混匀，浇水，放置稳定1周。3月26日，选取长势大小一致的油菜幼苗，每盆移栽10株，油菜生长期间适时浇水并及时去除杂草和害虫。

1.3 测定项目与方法

4月底试验结束时测定油菜株高、根长、鲜重，而后按地上部和地下部分别将植物样置于105℃烘箱中杀青30 min，降温至75℃继续烘干至恒重，并称干重。植株样粉碎后用于测定植物地上部和地下部锌含量。油菜植株锌含量采用硝酸－高氯酸消解－原子吸收分光光度计法［13］，土壤和有机物料全锌含量采用氢氟酸－高氯酸－硝酸消解－原子吸收分光光度法［14］，有效锌含量采用DTPA浸提－原子吸收分光光度计法［15］。有机物料全氮、磷、钾采用 H2SO4－H2O2消化［15］，全氮含量采用AA3（Auto Analyzer 3）型流动分析仪测定，全磷含量采用钼锑抗比色法，全钾含量采用火焰光度计；速效磷含量采用柠檬酸浸提－钼锑抗比色法［16］，速效钾含量采用稀硝酸浸提－火焰光度计法［16］；有机质采用重铬酸钾容量法－外加热法［15］；有机物料活性有机碳含量采用高锰酸钾氧化法［17］。

1.4 数据分析方法

测定数据采用Microsoft Excel 2003和DPS7.05版软件进行处理和分析，多重比较采用Duncan新复极差法。

2 试验结果与分析

2.1 不同有机物料与外源锌对油菜株高的影响

不同有机物料处理与不同锌浓度处理对油菜株高的影响均达到显著水平。由图1可见，除草坪草和牛粪外，其余供试有机物料处理下与CK一致，油菜株高均随着外源锌浓度增加呈下降趋势，而草坪草和牛粪处理，随外源锌浓度增加对油菜株高影响规律不明显，但草坪草处理油菜株高显著高于CK，而牛粪处理与玉米秸、鸡粪和猪粪处理，不同浓度锌处理的油菜株高显著高于CK相同浓度锌处理的油菜株高；泥炭和风化煤处理，低浓度锌处理的油菜株高与CK相近或略高于CK，而高浓度锌处理的油菜株高显著低于CK。

图1 不同有机物料处理下不同锌浓度对油菜株高的影响Fig.1 Effects of different Zn concentrations on plantheight of rape in different organic material treatments

2.2 不同有机物料与外源锌对油菜根长的影响

不同有机物料处理与不同浓度锌处理对油菜根长的影响均达到了显著水平。由图2可见，除玉米秸处理外，其余供试有机物料处理油菜根长随外源锌浓度增加与CK一致，均呈下降趋势，而玉米秸处理下油菜根长随锌浓度增加有增加的趋势，且草坪草、玉米秸、猪粪和牛粪处理不同浓度锌处理油菜根长均显著大于CK相同浓度锌处理油菜根长，而鸡粪、泥炭和风化煤处理下不同浓度锌处理油菜根长近于或小于CK相同浓度锌处理油菜根长。

2.3 不同有机物料与外源锌对油菜单株鲜重的影响

不同有机物料处理与不同锌浓度处理对油菜单株鲜重的影响均达到了显著水平。由图3可见，在同一有机物料处理，油菜单株鲜重都随着外源锌浓度的增加而降低，与CK一致，草坪草处理同锌浓度处理油菜单株鲜重均显著大于CK，玉米秸、猪粪和鸡粪处理油菜单株鲜重在低浓度锌时均显著大于CK，但随锌浓度增加显著下降，在低浓度锌时除鸡粪处理外仍显著大于CK，而牛粪、泥炭和风化煤处理不同浓度锌处理的油菜单株鲜重均低于CK相同浓度锌处理的油菜单株鲜重。

图2 不同有机物料处理下不同锌浓度对油菜根长的影响Fig.2 Effects of different Zn concentrations on root length of rape in different organic material treatments

图3 不同有机物料处理下不同锌浓度对油菜单株鲜重的影响Fig.3 Effects of different Zn concentrations on the weight of rape in different organic material treatments

2.4 不同有机物料与外源锌对油菜单株根鲜重的影响

不同有机物料处理与不同锌浓度处理对油菜根鲜重的影响均达到了显著水平。由图4可见，不同有机物料处理下油菜根鲜重随着外源锌浓度的增加而降低，与CK一致。草坪草处理不同浓度锌处理油菜根鲜重均显著大于CK，且随锌浓度增加下降幅度较小，玉米秸、鸡粪、猪粪和牛粪处理不同浓度锌处理油菜根鲜重明显高于CK相同浓度锌处理的油菜根鲜重，而泥炭和风化煤处理不同浓度锌处理的油菜根鲜重低于CK相同浓度锌处理的油菜根鲜重。

图4 不同有机物料处理下不同锌浓度对油菜根鲜重的影响Fig.4 Effects of different Zn concentrations on the root weight of rape in different organic material treatments

2.5 不同有机物料与外源锌对油菜地上部锌含量的影响

不同有机物料处理与不同锌浓度处理对油菜地上部锌含量的影响均达到了显著水平。由图5可见，不同有机物料处理下油菜地上部锌含量均随着外源锌浓度的增加而增加，与CK一致。草坪草、玉米秸、鸡粪、猪粪、牛粪处理不同浓度锌处理的油菜地上部锌含量都显著高于CK相同浓度锌处理的油菜地上部锌含量。泥炭和风化煤处理下不同浓度锌处理的油菜地上部锌含量与CK相同浓度锌处理的油菜地上部锌含量相近或略高于CK。

图5 不同有机物料处理下不同锌浓度对油菜植株锌的影响Fig.5 Effects of different Zn concentrations on the plant Zn of rape in different organic material treatments

2.6 不同有机物料与外源锌对油菜地下部锌含量的影响

不同有机物料处理与不同锌浓度处理对油菜地下部锌含量的影响均达到了显著水平。由图6可见，不同有机物料处理下油菜地下部锌含量均随着外源锌浓度的增加而增加，特别在最大锌浓度（450 mg·kg－1）时，草坪草、鸡粪、猪粪、牛粪和泥炭处理下的油菜地下部锌含量显著高于CK，而玉米秸和风化煤处理下的油菜地下部锌含量显著低于CK。

图6 不同有机物料处理下不同锌浓度对油菜根锌的影响Fig.6 Effects of different Zn concentrations on the root Zn of rape in different organic material treatments

2.7 不同有机物料与外源锌对油菜锌分布的影响

由图7可见，除CK和泥炭处理锌浓度为450 mg·kg－1时油菜地上部与地下部锌含量比小于1外，CK和泥炭处理下锌浓度为0、50、150 mg·kg－1时以及其余有机物料处理下不同浓度锌处理的油菜地上部锌含量与地下部锌含量的比值均大于1，即油菜植株锌含量高于油菜根锌含量。草坪草、玉米秸、鸡粪、牛粪和风化煤处理下不同浓度锌处理的油菜地上部锌含量与地下部锌含量的比值均明显大于CK相同浓度锌处理的油菜地上部锌含量与地下部锌含量的比值。表明以上有机物料增强了锌在油菜地上部的积累。同时，除猪粪处理外，其余供试有机物处理以及CK，随着锌浓度增加，油菜地上部锌／地下部锌含量比值均呈下降趋势，表明随着锌浓度增加，油菜根部锌累积量逐渐增加，而地上部锌累积量逐渐下降。

图7 不同有机物料处理下不同锌浓度对油菜地上部锌／地下部锌的影响Fig.7 Effects of different Zn concentrations on the shoot Zn／r oot Zn of rape in different organic material treatments

3 结论与讨论

油菜株高、根长、单株鲜重和根鲜重基本上都是随着锌浓度的增加而降低，施加草坪草和玉米秸有效地缓解高浓度锌对油菜的毒害作用，油菜植株和根的生长明显好于CK。粪肥类促进了油菜生长，但高浓度锌仍对油菜产生毒害作用，可能与粪肥类有机物料本身锌含量高有关。泥炭和风化煤对油菜生长没有明显的促进作用，且高浓度锌的毒害作用表现最强。

油菜植株锌和根中锌含量均随着锌浓度的增加而增加，草坪草、玉米秸、鸡粪、猪粪和牛粪处理显著增加了油菜地上部锌含量，而草坪草、鸡粪、猪粪、牛粪和泥炭处理显著增加了高浓度锌油菜地下部锌含量，且不同供试有机物料普遍增加了油菜地上部与地下部锌含量比值，表明所有供试有机物料均有增加锌在油菜地上部积累的趋势，但油菜地上部与地下部锌含量比值随锌浓度增加呈下降趋势。

［1］黄国霞.锌营养缺乏对机体的影响及防治措施［J］.现代临床医学，2005，31（5）：363－365.

［2］丁小波，文利新，牛同利.微量元素锌的毒性研究［J］.微量元素与健康研究，2007，24（6）：64－66.

［3］王家玲.环境微生物学［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［4］林蕾，陈世宝.土壤中锌的形态转化、影响因素及有效性研究进展［J］.农业环境科学学报，2012，31（2）：221－229.

［5］李学垣.土壤化学［M］.北京：高等教育出版社，2001，388－397.

［6］徐卫红，王正银，袁德厚，等.不同阴离子形态锌肥对水稻营养及土壤锌形态的影响［J］.中国生态农业学报，2006，14（3）：52－55.

［7］王成贤，朱义年，刘杰.农业施肥对土壤中重金属形态的影响［C］.华南青年地学学术研讨会论文集，2006：396－399.

［8］王玉军，窦森，李业东，等.鸡粪堆肥处理对重金属形态的影响［J］.环境科学，2009，30（3）：913－917.

［9］陕红，刘荣乐，李书田.施用有机物料对土壤镉形态的影响［J］.植物营养与肥料学报，2010，16（1）：136－144.

［10］贾乐，朱俊艳，苏德纯.秸秆还田对镉污染农田土壤中镉生物有效性的影响［J］.农业环境科学学报，2010，29（10）：1992－1998.

［11］王林，周启星.农艺措施强化重金属污染土壤的植物修复［J］.中国生态农业学报，2008，16（3）：772－777.

［12］苏天明，李杨瑞，江泽普，等.泥炭对菜心－土壤系统中重金属生物有效性的效应研究［J］.植物营养与肥料学报，2008，14（2）：339－344.

［13］吴少杰，黑笑涵.测定植物样品重金属含量的火焰原子吸收法［J］.实验科学与技术，2009，7（4）：25－27.

［14］袁琳，周小春.火焰原子吸收分光光度法测量土壤中铜、锌的含量［J］.江西化工，2010，（1）：98－100.

［15］鲍士旦.土壤农化分析［M］.北京：中国农业出版社（第三版）.2005：30－279.

［16］全国肥料和土壤调理剂标准化技术委员会，中化化工标准化所编.肥料和土壤调理剂标准汇编（2005）下册［M］.北京：中国标准出版社，2005：90－93.

［17］刘合明，杨志新，刘树庆.不同粒径土壤活性有机碳测定方法的探讨［J］.生态环境，2008，17（5）：2046－2049.