郭 丹，朱维琴，冯 萍，贾秀英

(杭州师范大学生命与环境科学学院，浙江 杭州 310036)

不同品种牧草对高Cu、高Zn蚓粪中重金属的吸收和积累特性

郭 丹，朱维琴，冯 萍，贾秀英*

(杭州师范大学生命与环境科学学院，浙江 杭州 310036)

采用盆栽试验方法，研究了8种牧草对蚓粪中Cu、Zn吸收和积累特性.结果表明：在蚓粪中，墨西哥玉米、一年生黑麦草、多年生黑麦草、苇状羊茅的茎叶和根系生长均受到明显促进作用，而高丹草和欧洲菊苣则受抑明显, 其中墨西哥玉米的生物量最大.8种牧草对蚓粪中Cu、Zn均具有一定吸收能力，其中，多年生黑麦草、冬牧70黑麦和一年生黑麦草的吸收能力较强，而欧洲菊苣的吸收能力相对较弱.不同牧草的茎叶及根系Cu、Zn积累量具有差异性，墨西哥玉米、冬牧70黑麦、高丹草和一年生黑麦草的积累量相对较高，而欧洲菊苣和紫花苜蓿甚低，且茎叶中Cu、Zn积累量均以墨西哥玉米最大.可见，墨西哥玉米可以在蚓粪中较好生长，并对Cu、Zn具有一定的吸收和积累能力，有望用于Cu、Zn污染蚓粪的植物修复.

蚓粪；牧草；Cu；Zn

0 引 言

近年来，集约化养殖中铜、锌、铁、砷等微量元素常用于调节动物代谢而添加于饲料中，畜禽对这些重金属的消化吸收利用率低，75%-99%的重金属未被利用而随畜禽粪便排出体外[1-2]，使得畜禽粪中重金属含量提高.据Cang调查研究发现，猪粪中Cu，Zn含量高达1 726.3 mg·kg-1和1 505.6 mg·kg-1[3].利用蚯蚓处理猪粪，能够形成一种极强生物活性、高肥效的有机肥，但当蚯蚓体内重金属浓度超过其耐受极限时就会随蚓粪一起排出体外，导致蚓粪中重金属含量增加[4-5].蚓粪作为优质有机肥可以应用于土壤改良、植物生产等领域[6-7].富含重金属的蚓粪长期农用，会造成土壤的重金属大量积累，影响植物生长，更为严重的是可通过土壤-植物途径进入食物链并逐级放大，对人类健康和生态系统产生污染和危害[8].因此，蚓粪农用过程中重金属污染亟待治理.

植物修复技术具有绿色、环境友好和治理成本低廉等优点而被广泛应用于重金属污染土壤的治理[9].该技术的关键在于筛选出对重金属富集能力强的植物，但目前发现超富集的植物存在生物量小、生长慢等缺点，因此寻找适应性强、生长快速、生物量大、抵抗力强、重金属积累量大的常规植物成为重金属污染治理的研究热点[10].目前，牧草作为重金属修复植物越来越受到人们的青睐，紫花苜蓿[11]、香根草[12]、多年生黑麦草[13]、高丹草[14]等牧草被用于重金属污染土壤的植物修复，但利用牧草对Cu、Zn污染蚓粪的重金属吸收情况研究报道尚不多见.该文比较研究了墨西哥玉米、高丹草等牧草在高Cu、高Zn污染蚓粪中的生长状况，及牧草对污染蚓粪中Cu、Zn的吸收和积累特性，为牧草应用于修复Cu、Zn专性污染进行试探性研究.

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 供试土壤及蚓粪

供试土壤采自杭州下沙某农场耕层土壤(0～20 cm)；蚓粪采自杭州市某养猪场，将经发酵处理后的猪粪作为食物喂给蚯蚓，经过蚯蚓的消化、代谢以及蚯蚓消化道的挤压作用，猪粪被转化为物理、化学、生物学特性都很好的蚓粪.将土壤及蚓粪放在阴凉处风干、碾碎，过2 mm筛后用于试验，其基本理化性质见表1.

表1 供试土壤和蚓粪的基本理化性质Tab. 1 Basic physical and chemical properties of selected soil and vermicompost

1.1.2 供试牧草

供试牧草品种分别为：墨西哥玉米(EuchlaenaMexicanaSchrad，禾本科)、冬牧70黑麦(SecaleCereale.L.C.V.Wiatergrezer-70，禾本科)、高丹草(SorghumSudanenseStapf，禾本科)、一年生黑麦草(LoliummultifLorumLam，禾本科)、多年生黑麦草(LoliumPerenne，禾本科)、苇状羊茅(FestucaarundinaceaSchreb，禾本科)、欧洲菊苣(CichoriumintybusL，菊科)、紫花苜蓿(Medicagosativa，豆科)，均购于北京鑫农丰农业技术研究所.

1.2 盆栽试验

盆栽试验设置对照组和处理组，其中对照组基质为土壤，按照盆栽植物对养分的需求比例，分别加入尿素、磷酸二氢钾和氯化钾20、4和4 g·kg-1作为底肥，并充分混匀[15]；处理组为蚓粪，不添加氮磷钾肥.将处理好的基质装入18×22 cm塑料盆，每盆800 g，用去离子水调节使培养基质为田间持水量的70%，常温下平衡2周后于盆中播入牧草种子，每盆20-50粒，每种牧草对照组和处理组各3个重复.种子发芽出苗后，根据牧草栽培要点及品种特性每盆保留15-30株牧草不等.植物生长期间定期浇灌，并观察记录其生长状况.植物生长40 d后收获整株植物，用去离子水清洗、晾干.将植物分成茎叶部和根系两部分，105 ℃下杀青30 mim，再在70 ℃下烘干至恒重，测量干重，并粉碎过筛，供分析测定用.

1.3 样品分析

将烘干植物样品在研钵中研碎，经HNO3-HClO4法消煮，用S系列原子吸收分光光度计测定不同部位Cu、Zn的含量.

1.4 数据处理

1.4.1 数据计算方法

重金属积累量=植物各部分生物量×植物体(根、茎、叶)内重金属含量；

1.4.2 数据统计方法

数据统计分析采用DPSS9.0中单因素方差分析法，用Ducan法进行多重比较.

2 结果与分析

2.1 牧草生长状况变化

植物生物量是反映植物生长状况的有效指标[16].一方面，由于蚓粪中富含可溶性N、P、K和促进植物生长发育的植物激素，所以植物在蚓粪中生长可能受到促进作用[17]；另一方面，不同植物根系对重金属Cu、Zn的耐受差异机制不同[18]及蚓粪中富含的可溶性盐、Cu2+、Zn2+等可能对植物产生毒害作用，所以植物在蚓粪中的生长可能会受到抑制作用.表2给出了盆栽条件下8种牧草在土壤对照组和蚓粪处理组下茎叶及根系生物量的变化情况.在土壤对照组下，高丹草和墨西哥玉米茎叶干物重分别高达180.68 mg·plant-1和114.41 mg·plant-1，显著高于其它牧草品种；其次是冬牧70黑麦和欧洲菊苣，两者生物量均约为43 mg·plant-1；而一年生墨麦草、多年生黑麦草、苇状羊茅和紫花苜蓿的生物量均相对较小，均在20 mg·plant-1以下.在蚓粪处理组下，墨西哥玉米和高丹草茎叶干物重分别为249.77mg·plant-1和167.09 mg·plant-1，亦显著高于其它牧草品种；其次是冬牧70黑麦，其茎叶干物重约为54.17mg·plant-1，而欧洲菊苣、一年生黑麦草、多年生黑麦草、苇状羊茅和紫花苜蓿茎叶干物重均在30 mg·plant-1以下.与土壤对照组相比，蚓粪处理下墨西哥玉米、一年生黑麦草、多年生黑麦草、冬牧70黑麦和苇状羊茅等5种牧草茎叶长势更优，其茎叶干物重分别增加了118.3%、48.0%、30.8%、23.5%、19.8%；而蚓粪中高丹草、紫花苜蓿和欧洲菊苣茎叶生长呈受抑现象，其茎叶干物重分别下降了7.5%、8.1%和35.2%.另由表2可见，各品种牧草根系干物重差异显著.在土壤对照组和蚓粪处理组下，均以高丹草、墨西哥玉米、冬牧70黑麦和一年生黑麦草的根系干物重相对较高，而其它牧草根系干物重均低于5 mg·plant-1；与土壤对照组相比，蚓粪中墨西哥玉米、一年生黑麦草、多年生黑麦草、苇状羊茅和紫花苜蓿根系干物重呈上升趋势，其中，墨西哥玉米和一年生黑麦草根系干物重上升幅度相对较大，其根系干物重增加幅度分别为27.8%和126.6%；而蚓粪中高丹草、冬牧70黑麦、欧洲菊苣根系生长则呈一定的受抑现象，且以欧洲菊苣根系干物重下降幅度最大，约为26.1%.

表2 蚓粪对牧草生物量的影响Tab. 2 Effect of vermicompost on biomass of forages

*列中不同小写字母表示p<0.05，不同大写字母表示p<0.01.下同.

可见, 不同品种牧草在蚓粪中茎叶和根系生长差异显著.其中，蚓粪处理中冬牧70黑麦的根系生长和紫花苜蓿茎叶生长则分别受到不同程度的抑制效应；高丹草和欧洲菊苣的茎叶及根系生长均受明显抑制作用，且欧洲菊苣茎叶及根系生长所受的抑制效应最为明显；而墨西哥玉米、一年生黑麦草、多年生黑麦草及苇状羊茅在蚓粪中长势较好，其茎叶及根系的生长均受到明显促进作用，且以墨西哥玉米和一年生黑麦草茎叶及根系生长所受的促进效应最大.

2.2 牧草中 Cu、Zn含量变化

2.2.1 牧草中Cu含量及变化

从表3可见，在土壤对照组下，各牧草茎叶中Cu含量大小顺序为：一年生黑麦草>紫花苜蓿>欧洲菊苣>冬牧70黑麦>高丹草>墨西哥玉米>多年生黑麦草>苇状羊茅.在蚓粪处理组下，各牧草茎叶中Cu含量大小顺序为：多年生黑麦草>冬牧70黑麦>一年生黑麦草>紫花苜蓿>苇状羊茅>墨西哥玉米>欧洲菊苣>高丹草.与土壤对照组相比，蚓粪处理组中各牧草茎叶Cu含量均呈上升趋势，且以多年生黑麦草茎叶Cu含量增加更为明显，其茎叶Cu含量增加了2.80倍，而高丹草和欧洲菊苣茎叶Cu含量增加幅度较小，仅增加0.13倍和0.39倍.对各牧草根系Cu含量而言，土壤对照组下，各牧草根系中Cu含量大小顺序为：一年生黑麦草>多年生黑麦草>欧洲菊苣>墨西哥玉米>紫花苜蓿>高丹草>苇状羊茅>冬牧70黑麦.蚓粪处理组中各牧草根系中Cu含量大小顺序则为：多年生黑麦草>一年生黑麦草>高丹草>冬牧70黑麦>苇状羊茅>墨西哥玉米>紫花苜蓿>欧洲菊苣，且与土壤对照组相比，蚓粪处理中各牧草根系Cu含量均呈明显上升趋势，其中冬牧70黑麦、苇状羊茅、高丹草和多年生黑麦草的根系Cu含量分别增加了102.34、41.08、38.83和29.40倍，而欧洲菊苣和紫花苜蓿根系Cu含量仅分别增加4.05倍和4.13倍，与其它处理间差异显著.由此可见，不同品种牧草对蚓粪中Cu均具有一定的吸收能力，且牧草根系中Cu含量大于茎叶中Cu含量，其中多年生黑麦草、冬牧70黑麦和一年生黑麦草对蚓粪Cu具有相对较强的吸收能力，而欧洲菊苣对蚓粪中Cu吸收能力相对较差.

表3 蚓粪对牧草茎叶和根系Cu含量的影响Tab. 3 Effects of vermicompost on contents of Cu in shoots and roots of the forages

2.2.2 牧草中Zn含量及变化

表4 蚓粪对牧草茎叶和根系Zn含量的影响Tab. 4 Effects of vermicompost on contents of Zn in shoots and roots of the forages

从表4可见，在土壤对照组下，牧草茎叶中Zn含量的大小顺序为：冬牧70黑麦>一年生黑麦草>高丹草>紫花苜蓿>多年生黑麦草>墨西哥玉米>欧洲菊苣>苇状羊茅，而在蚓粪处理组下，各牧草茎叶中Zn含量的大小顺序为：冬牧70黑麦>多年生黑麦草>一年生黑麦草>苇状羊茅>紫花苜蓿>墨西哥玉米>高丹草>欧洲菊苣.与土壤对照组相比，蚓粪处理组中各牧草茎叶Zn含量均呈上升趋势，且以苇状羊茅茎叶Zn含量增加更为明显，其茎叶Zn含量增加了9.69倍，而高丹草和紫花苜蓿茎叶Zn含量增加幅度较小，仅增加2.50、3.05倍.对各牧草根系中Zn含量而言，土壤对照组下，各牧草根系中Zn含量大小顺序为：一年生黑麦草>墨西哥玉米>多年生黑麦草>欧洲菊苣>紫花苜蓿>冬牧70黑麦>苇状羊茅>高丹草，而在蚓粪处理组中各牧草根系中Zn含量大小顺序为：高丹草>冬牧70黑麦>多年生黑麦草>一年生黑麦草>苇状羊茅>墨西哥玉米>欧洲菊苣>紫花苜蓿，与土壤对照相比，蚓粪处理组下各牧草根系Zn含量均呈上升趋势，其中高丹草、冬牧70黑麦、苇状羊茅和多年生黑麦草的根系Zn含量分别增加了23.35、15.95、12.87和10.79倍，而墨西哥玉米、一年生黑麦草、欧洲菊苣和紫花苜蓿则分别增加了8.03、7.90、7.05、7.77倍.由此可见，不同牧草品种对蚓粪中Zn均具有较强的吸收能力，且冬牧70黑麦、多年生黑麦草和一年生黑麦草对蚓粪中Zn具有相对较强的吸收能力，而欧洲菊苣对蚓粪中Zn吸收能力相对较差.

2.3 牧草中Cu、Zn积累量变化

2.3.1 牧草中Cu积累量及变化

表5 蚓粪对牧草茎叶和根系Cu积累量的影响Tab. 5 Effects of vermicompost on copper accumulation in shoots and roots of the forages

植物修复的效率取决于植物重金属含量及植物生物量[19-20]，由于各牧草生物量及体内重金属含量的差异，牧草对Cu的积累量亦呈明显差异性.表5为8种牧草在土壤对照组和蚓粪处理组下生长40 d后对Cu的积累量，从表5可知，在土壤对照组下，8种牧草茎叶Cu积累量大小顺序为：高丹草>墨西哥玉米>冬牧70黑麦>欧洲菊苣>一年生黑麦草>紫花苜蓿>多年生黑麦草>苇状羊茅，其中高丹草、墨西哥玉米、冬牧70黑麦茎叶Cu的积累量相对较高，分别为35.17、19.70、11.65 μg·pot-1.而在蚓粪处理组下，各牧草茎叶中Cu积累量大小顺序为：墨西哥玉米>冬牧70黑麦>高丹草>一年生黑麦草>多年生黑麦草>苇状羊茅>欧洲菊苣>紫花苜蓿，与土壤对照组相比，除欧洲菊苣茎叶Cu积累量呈降低趋势外，其他牧草茎叶Cu积累量均呈明显上升趋势，其中墨西哥玉米、冬牧70黑麦、高丹草和一年生黑麦草茎叶Cu的积累量相对较高，分别为109.29、39.51、36.93、26.58 μg·pot-1，与土壤对照组相比分别增加了454.8%、239.1%、4.9%、250.7%.另由表5可见，在土壤对照组下，墨西哥玉米、高丹草和一年生黑麦草根系Cu积累量相对较高，其中墨西哥玉米根系Cu积累量最大，为28.68 μg·pot-1，显著高于其它牧草；且与土壤对照组相比，蚓粪处理组下各牧草根系Cu积累量均呈增加趋势，其中高丹草Cu积累量达到最大值，为990.17 μg·pot-1，显著大于其他牧草根系Cu积累量，一年生黑麦草、墨西哥玉米和冬牧70黑麦根系Cu积累量相对较高，分别为831.34、521.02、459.94 μg·pot-1，与土壤对照组相比分别增加了5 994.9%、1 716.7%、10 189.5%.由此可见，不同牧草品种对蚓粪中Cu均具有一定的积累能力，且墨西哥玉米、冬牧70黑麦、高丹草和一年生黑麦草对蚓粪Cu积累效应相对较强，且墨西哥玉米茎叶和高丹草根系中Cu积累量最大，而欧洲菊苣和紫花苜蓿对蚓粪中Cu积累效应相对较差.

2.3.2 牧草植株茎叶及根系中Zn的积累量

表6 蚓粪对牧草茎叶和根系Zn积累量的影响Tab. 6 Effects of vermicompost on zinc accumulation in shoots and roots of the forages

表6为8种牧草在土壤对照组和蚓粪处理组下生长40 d后对Zn的积累量，从表6可知，在土壤对照组下，牧草茎叶中Zn积累量大小顺序为高丹草>冬牧70黑麦>墨西哥玉米>一年生黑麦草>欧洲菊苣>紫花苜蓿>多年生黑麦草>苇状羊茅，其中高丹草、冬牧70黑麦、墨西哥玉米、一年生黑麦草茎叶Zn的积累量分别是258.57、98.08、91.05、48.98 μg·pot-1.而在蚓粪处理组下，牧草茎叶中Zn积累量均高于土壤对照组，且各牧草Zn积累量大小顺序为墨西哥玉米>冬牧70黑麦>高丹草>一年生黑麦草>多年生黑麦草>苇状羊茅>欧洲菊苣>紫花苜蓿，其中墨西哥玉米、冬牧70黑麦、高丹草和一年生黑麦草茎叶Zn积累量分别为1 415.32、962.35、837.45和372.96 μg·pot-1，与土壤对照组相比分别增加了1 454.4%、881.2%、223.9%和661.45%.另由表6可见，在土壤对照组下，墨西哥玉米、高丹草、冬牧70黑麦和一年生黑麦草根系中Zn积累量相对较高，其中墨西哥玉米根系Zn积累量为56.03 μg·pot-1，显著高于其它牧草；且与土壤对照组相比，蚓粪处理组下各牧草根系Zn积累量均增加，其中高丹草根系Zn积累量达1 020.86 μg·pot-1，显著大于其他牧草根系Zn积累量；墨西哥玉米、一年生黑麦草和冬牧70黑麦根系Zn积累量相对较高，分别为646.70、530.09、484.98 μg·pot-1，与土壤对照组相比分别增加了1 054.2%、1 587.5%和1 917.1%.由此可见，不同牧草品种对蚓粪中Zn均具有较强的积累能力，且墨西哥玉米、冬牧70黑麦、高丹草和一年生黑麦草对蚓粪Zn积累效应相对较强，其中墨西哥玉米茎叶和高丹草根系中Zn积累量最大，而欧洲菊苣和紫花苜蓿对蚓粪中Zn积累效应相对较差.

3 结 论

1) 在蚓粪中，高丹草和欧洲菊苣在蚓粪中的茎叶和根系生长均受到明显抑制作用，而墨西哥玉米、一年生黑麦草、多年生黑麦草、苇状羊茅的茎叶和根系生长均受到明显促进作用，且蚓粪处理下墨西哥玉米中的生物量最大.

2) 各牧草品种对蚓粪中Cu、Zn均具有一定的吸收能力，其中，冬牧70黑麦、多年生黑麦草和一年生黑麦草对蚓粪中Cu、Zn具有相对较强的吸收能力，而欧洲菊苣对蚓粪中Cu、Zn吸收能力相对较差.

3) 各牧草品种对蚓粪中Cu、Zn均具有一定的积累效应，墨西哥玉米、冬牧70黑麦、高丹草和一年生黑麦草对蚓粪Cu、Zn积累效应相对较强，且均以墨西哥玉米茎叶Cu、Zn积累量和高丹草根系Cu、Zn积累量显著高于其它牧草品种，而欧洲菊苣和紫花苜蓿对蚓粪中Cu、Zn积累效应相对较差.

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AbsorptionandAccumulationofHeavyMetalsbyDifferentForagefromVermicompostEnrichedwithHighCuandZn

GUO Dan, ZHU Wei-qin, FENG Ping, JIA Xiu-ying

(College of Life and Environmental Science, Hangzhou Normal University, Hangzhou 310036, China)

Using pot testing method, the experiment studied on the absorption and accumulation of Cu and Zn eight kinds of forages from vermicompost. The results indicat that the growth of the shoots and roots ofEuchlaenaMexicanaSchrad,LoliummultifLorumLam,LoliumPerenneandFestucaarundinaceaSchrebis significantly promoted, while that ofSorghumSudanenseStapfandCichoriumintybusLis significantly inhibited, and the biomass ofEuchlaenaMexicanaSchrad’s is the highest. Eight kinds of forages all have the capacity of absorbing Cu and Zn from the vermicompost, and the absorption capacities ofLoliumPerenne,SecaleCereale.L.C.V.Wiatergrezer-70 andLoliummultifLorumLamis comparatively stronger, while that ofCichoriumintybusL’s is poor. The Cu and Zn accumulation is variant in different shoots and roots of forages, it is relatively lower inCichoriumintybusLandMedicagosativa, while it is relatively higher inEuchlaenaMexicanaSchrad,SecaleCereale.L.C.V.Wiatergrezer-70,SorghumSudanenseStapfandLoliummultifLorumLam, and the shoots ofEuchlaenaMexicanaSchradhas the largest accumulation of Cu and Zn. It is considered thatEuchlaenaMexicanaSchradcan grow well in the vermicompost and has certain capability of absorbing and accumulating Cu and Zn, which can be used for phytoremediation of vermicompost contaminated with Cu and Zn.

vermicompost; forage; Cu; Zn

10.3969/j.issn.1674-232X.2011.02.012

2010-11-20

浙江省科技厅计划项目(2007C23041)；浙江省自然科学基金项目(Y306160).

郭 丹(1986—)，女，湖南醩陵人，生态学专业硕士研究生，主要从事环境生态修复研究.

*通讯作者：贾秀英(1966—)，女，浙江义乌人，教授，主要从事环境毒理学研究.E-mail: xy_jia@163. com

X53

A

1674-232X(2011)02-0146-07