小麦品种对汞污染响应的差异和螯合剂对汞污染土壤及小麦生长的影响

【摘要】：由于受重金属汞污染的土壤对生态环境和公共安全问题造成了极其严重的影响，日益受到人们的密切关注。小麦是我国仅次于水稻的第二大粮食作物，其产量和品质直接影响我国人民饮食水平的提高。因此，选取抗性强积累少的小麦品种是降低重金属在食物链中流通、保障人体健康的一项行之有效措施。本研究采用盆栽试验和室内分析相结合的方法，以全国主推的8个小麦品种（徐麦30、陕麦979、小偃22、济麦22、皖麦52、郑麦9023、石新618和衡麦5229）为供试材料，研究了两种汞污染土壤上不同品种的差异。在此研究的基础上，探讨了这两种已受汞污染的土壤中单独添加4种不同浓度的有机螯合剂乙二胺四乙酸（EDTA）、乙二胺二琥珀酸（EDDS）、次氮基三乙酸（NTA）和柠檬酸（CA）对小麦幼苗生长和土壤理化性质的差异，旨在为筛选潜在Hg污染土壤上微肥施用中最佳有机螯合剂及其适宜浓度提供理论依据。主要结果如下： 1.与对照相比，塿土汞污染处理，除陕麦979的生物量和籽粒产量下降了1.95%和0.61%外，其余7个供试品种的总生物量和籽粒产量都呈增加趋势；8个品种小麦茎秆、叶片、颖壳和籽粒中汞含量明显增加。不同品种小麦各部位对汞累积能力不同，小偃22茎秆累积汞能力最强；石新618叶片累积汞最多，而济麦22最弱；颖壳累积汞能力最强的是衡麦5229，小偃22最弱；籽粒中累积汞能力最强的是徐麦30，小偃22累积能力较弱。从小麦产量和食品安全角度综合考虑，小偃22是农业生产中较理想的抗汞污染品种。 2.与对照相比，红壤Hg污染处理，除了对衡麦5229的籽粒产量影响不显著外，其余7个供试品种的总生物量和籽粒产量都出现不同程度下降；汞在小麦植株中的含量遵循茎秆叶子颖壳籽粒的规律。8个小麦品种中，衡麦5229茎秆累积汞的能力明显高于其他品种；叶片累积汞最多的是皖麦52；颖壳累积汞能力最强的是石新618；籽粒中累积汞能力最强的是小偃22和皖麦52，而衡麦5229籽粒累积汞的能力较弱。从小麦产量和质量安全角度综合考虑，衡麦5229为农业生产中较理想的种植品种。 3.塿土上小麦幼苗生长受有机螯合剂类型和浓度双重作用的影响。低浓度有机螯合剂对植物生长的影响小于高浓度；1mmol·L-1CA对小麦根长的促进作用最显著，而8mmol·L-1EDTA对株高的抑制作用最强。小麦的地上部生物量随有机螯合剂浓度的增加而下降，根部生物量随浓度增大（5mmol·L-1和8mmol·L-1）虽略有下降，但处理间差异不显著。与对照相比，螯合剂处理小麦各部位汞含量显著增加，且汞的累积量增大，以EDTA处理效应最大。此外，螯合剂促进了汞从小麦根部向地上部的转运，以1mmol·L-1EDTA处理转运系数最大。4种螯合剂相比，EDTA是供试的螯合剂中最适宜的种类。 4.塿土EC值受有机螯合剂类型和施入时间的影响，除此以外，土壤pH值还受螯合剂浓度的影响。使用有机螯合剂能降低土壤pH，导致土壤酸化，其中以8mmol·L-1NTA处理对土壤pH值的影响最大；而土壤EC值却随有机螯合剂使用浓度的增大呈上升趋势，以8mmol·L-1EDTA处理对影响最大。各螯合剂对有效Hg的提取能力不同，以8mmol·L-1EDTA处理的提取量最大，1mmol·L-1NTA提取量最小。使用有机螯合剂能明显增加土壤中有效态微量元素的含量，施入第7天时达到最大值，而后各微量元素的有效态含量随施入时间的延长逐渐减少。螯合剂种类不同，对微量元素的溶解能力各异，其中，EDTA显著增加有效Fe和Mn的含量，EDDS显著增加有效Cu含量，NTA显著增加有效Zn含量。 5.红壤上小麦生长受有机螯合剂类型和浓度双重作用的影响。4种螯合剂均能促进小麦根系伸长，但这种促进作用随螯合剂使用浓度的增大而下降，以EDDS处理影响最明显；而小麦株高、地上生物量均随螯合剂浓度的增大而减少。螯合剂能提高小麦各部位Hg含量，且植株Hg含量随螯合剂浓度的增加而增大，地下部汞含量显著大于地上，螯合剂促进了汞从小麦根部向地上部的转运。4种螯合剂相比，EDDS是供试的螯合剂中最适宜的种类。 6.红壤pH值和EC值均受有机螯合剂类型、浓度和施入时间的影响。螯合剂能酸化土壤，低浓度（1mmol·L-1）时，EDTA对土壤pH值的影响最大，高浓度（8mmol·L-1）时，EDDS的影响最大。土壤EC值随着有机螯合剂的使用浓度呈上升趋势，以EDTA处理的影响最大。螯合剂对Hg的最大提取量随着有机螯合剂浓度的增大呈增加趋势，以8mmol·L-1EDDS处理的提取量最大，1mmol·L-1CA处理提取量最小。4种有机螯合剂对Hg的最大活化率均出现在最高浓度处理。使用有机螯合剂显著增加土壤中有效态微量元素含量，其中，EDTA显著增加有效Fe、Mn和Zn的含量，EDDS显著增加有效Cu的含量。