摘要：【目的】研究镉(Ｃd)胁迫土壤中施用腐植酸钠对小麦幼苗的生物效应，探讨腐植酸钠在抗重金属胁迫方面的生理作用。【方法】以春小麦品种为试验材料，采用盆栽试验的方法研究腐植酸钠不同施肥方式(种子浸种、土壤灌施、土壤混施)对Ｃd胁迫小麦幼苗生长发育及矿质元素(Cu、Zn、Fe、Mn、Cd)吸收和累积的影响。【结果】采用不同施肥方式施用腐植酸钠可促进小麦幼苗的生长发育，缓解Ｃd对小麦幼苗的毒害，促进小麦幼苗干物质的积累，其中以土壤混施方式生物量增幅最大；在背景土壤中，不同腐殖酸钠处理能明显抑制小麦幼苗对Cd元素的吸收，促进小麦幼苗对Cu、Zn、Fe、Mn营养元素的吸收和积累；随着Ｃd胁迫程度增加，不同腐植酸钠处理抑制小麦幼苗Ｃd吸收能力逐渐减弱，不同施肥方式对小麦幼苗Cu、Zn、Fe、Mn营养元素的吸收累积影响存在差异。【结论】在重金属污染土壤中增施腐植酸肥料，可以明显减轻重金属元素对植物造成的伤害，这对于改善土壤环境和实现农业绿色生产具有重要应用价值。

关键词：腐植酸钠；镉胁迫；小麦；生物效应

0 引言

【研究意义】随着我国化工、冶炼工业的快速发展，工业区周边农业土壤环境会不同程度地受到重金属元素的污染，且以镉(Cd)造成土壤累积性污染最为引人注目，它不仅影响农作物的正常生长发育，造成作物叶片失绿、生长迟缓、植株萎蔫、生物量显著下降(陈志良等，2001；Ben et a1．，2005；李子芳等，2005；汪洪等，2008)，而且可以通过食物链对人和家禽造成严重危害(Moriarty，1999；Moreno et a1．，2000)，因此，研究能够缓解重金属元素进入生物循环的有效措施具有重要意义。【前人研究进展】研究证实，腐植酸可促进植物生长发育，增强植物抗逆性(陈玉玲，2000；袁瑞江等，2009)，同时具有土壤环境保护功能(李纯等，2001)，对土壤环境具有改良的作用(韩文质，1997)。【本研究切入点】腐植酸肥料可使农业增产增质、改善土壤，已被广泛应用，但在重金属Ｃd污染农田土壤中施用以研究其与重金属Cd元素之间的相互作用及生理效应鲜有报道。【拟解决的关键问题】采用由天然腐植酸合成的腐植酸钠作为试验肥料，以春播小麦品种为试材，采用盆栽试验的方法，研究腐植酸钠不同施用方式对Cd胁迫小麦幼苗生长发育以及矿质元素(Cu、Zn、Fe、Mn、Cd)吸收和累积的影响，以期为腐植酸钠肥料在重金属Cd污染土壤中施用和土壤改良净化提供理论依据。

1 材料与方法

1．1 试验材料

试验土壤采自河北科技师范学院绿化林区，褐土，pH 7．41，肥力水平中上等，背景值土壤全量Cd含量为0．650 mg／kg，超过秦皇岛地区褐土土壤背景值0．14 mg／kg的含量水平(刘明华等，1997)。Cd污染土壤采用人工模拟方法制备(夏增禄，1989)，Cd污染土壤处理设0(背景土壤)、3．0(轻度污染)、6．0mg／kg(中度污染)共3个浓度梯度水平，以3CdSO4·8H20配成溶液向背景土壤中均匀投加，土壤混合均匀后放置60 d备用。不同程度Ｃd污染土壤中Ｃd含量水平见表1（略）。供试作物为春小麦品种冀张春3号。

1．2 试验方法

施肥设3种处理方式，浸种：以100 mg／L的腐植酸钠(纯度为99％ ，腐植酸含量≥60％)水溶液浸种6 h；灌施：以500 mg／L的腐植酸钠溶液进行灌施，一次施用100 mL，相当于每千克土壤中施用腐植酸钠100 mg；混施：每千克土壤中投加500 mg腐植酸钠与背景土壤充分混合，以清水为对照(CK)。

盆栽试验在网室内进行。将不同程度的Cd污染土壤分别装入塑料盆钵中，每盆装土500 g，每6盆为一处理，3次重复。以春播小麦为指示作物，9)q 1013播种，待小麦长出第一片真叶后定苗，每盆l5株，其中灌施处理在幼苗生长10 d后灌施一次，各加入腐植酸钠处理液(500 mg／L)100 mL，小麦幼苗生长期间按常规管理，10月12日采集小麦幼苗，用去离子水将小麦幼苗茎叶洗净后105 ℃杀青处理15min，然后在70—80℃条件下烘干并称其干物重，将烘干样品研磨后保存待测。

土壤中全量Cd含量测定采用王水一HCIO4 消化处理；土壤有效态Cd含量采用马建军(1998)分析方法进行测定；小麦茎叶中Cd含量测定采用HNO3一HCIO4(3：1)进行消化处理，样品测定采用3200型原子吸收分光光度计分析；数据采用SPSS软件进行统计分析。

2 结果与分析

2．1 不同施肥处理对Cd胁迫小麦幼苗生物产量的影响

由图1可以看出，随着Cd胁迫程度逐渐加重(由轻度至中度)，小麦幼苗正常生长发育明显受到抑制，表现植株矮小，叶片黄化，小麦幼苗干物重明显下降，在对照处理(CK)中，轻度污染土壤小麦幼苗干物重较背景土壤下降8．91％ ，方差分析未达显著水平(190．05)；中度污染土壤小麦幼苗干物重较背景土壤下降23．76％，达极显著水平(P0．01)。表明Cd胁迫污染指数达到一定程度时，对植物的正常生长发育产生阻碍作用。

由图1还可以看出，腐植酸钠可以缓解Cd胁迫小麦幼苗的毒害作用，促进小麦幼苗干物质的积累，增加干物质产量。在背景土壤中，腐植酸钠不同施肥处理方式以混施处理小麦幼苗干物重增加幅度最为明显(P0．05)，较对照增加20．79％，其次为灌施方式，干物重较对照增加14．85％(P0．05)；在轻度污染土壤中，腐植酸钠不同施肥处理小麦幼苗干物重增加幅度均较低(P0．05)，其中浸种处理较对照增}JI4．35％ ；在中度污染土壤中，腐植酸钠不同施肥处理小麦幼苗干物重增加幅度均较高，且以混施处理增加幅度极显著(PO．O1)，较对照增加22．08％ ，小麦幼苗干物重达轻度污染土壤对照含量水平，其次为浸种处理，较对照增加11．69％。在不同程度Cd污染土壤中，灌施处理较混施处理小麦幼苗干物重增加幅度均较低，这可能与该两种Cd污染土壤中腐植酸钠施用量有关。

2．2 不同施肥处理对Cd胁迫小麦幼苗Cd、Cu、Zn、Fe、Mn元素吸收的影响

2．2．1 对Cd元素吸收的影响 由图2(略)可以看出，Cd胁迫条件下随Cd污染程度加重，小麦幼苗茎叶中Cd的质量分数和累积量(元素的质量分数与干物重的乘积)呈明显增加趋势(PO．O1)，小麦幼苗中Cd元素大量富积，是造成小麦幼苗生长发育受阻致使干物重下降的主要原因。

结果显示(图2略)，腐植酸钠不同处理可缓解重金属Cd元素在植物体中的吸收和积累，并且在不同程度Cd污染土壤中的抑制能力存在差异。在背景土壤中，3种施肥处理方式较对照均使小麦幼苗中Cd的质量分数和累积量明显下降(PO．O1)，表现出较好的抑制Cd元素吸收和累积的效果，浸种处理Cd累积量较对照低22．22％ ，灌施处理Cd累积量较对照低55．56％，混施处理Cd累积量较对照低33．33％ ；随着土壤Cd污染程度的加重，腐植酸钠不同处理抑制小麦幼苗吸收和累积Cd的能力呈逐渐下降趋势，表明腐植酸钠在一定施用量条件下，腐植酸对重金属元素Cd的络(螯)合能力随土壤Cd浓度增加而下降。

2．2．2 对Cu、zn、Fe、Mn营养元素吸收的影响 结果(图3，图4略)显示，Cd胁迫使小麦幼苗中Cu、Zn元素的吸收和累积呈下降趋势，Fe元素无明显变化(图5略)，Mn元素吸收和累积呈增加趋势(图6略)。腐植酸钠不同施肥处理方式在不同程度Cd污染土壤中对Cu、Zn、Fe、Mn营养元素吸收和累积的影响存在差异。浸种处理：除轻度污染土壤中Cu的质量分数和累积量低于对照外，在不同程度Cd污染土壤中均促进了Cu、Zn、Fe、Mn营养元素的吸收和积累，其元素累积量均高于各自对照水平，元素质量分数低于对照的原因可能与腐植酸钠促进植物旺盛生长，由于稀释作用而使营养元素含量降低有关。灌施处理：背景土壤中小麦幼苗Cu、Zn、Fe、Mn元素的累积量高于对照，随着Cd污染程度加重，Cu、Mn元素累积量均低于对照，Zn、Fe元素累积量均高于对照。混施处理：背景土壤和中度污染土壤均表现为Cu、Zn、Fe、Mn元素的累积量高于对照，而在轻度污染土壤中，Cu、Zn、Fe元素的累积量均低于对照，这可能与轻度污染土壤中腐植酸钠对小麦幼苗的生长促进作用不显著有关(图1)。由此可以看出，腐植酸钠不同施肥处理促进植物营养元素吸收与增加干物质积累之间表现出较好的正相关，可能与腐植酸钠促进根伸长及侧根形成，增加根有效吸收面积、增加营养元素的吸收和积累有关。

3 讨论

3．1 腐植酸与植物生长发育效应

腐植酸是一种生理活性物质，具有类生长素和细胞分裂素的活性(陈玉玲，2000)，在适宜浓度条件下，对植物生长有促进作用，尤其对植物根系的生长有明显的刺激作用，进而扩大营养物质的吸收面积，促进植物的旺盛生长(袁瑞江等，2009)。本研究结果表明，土壤重金属Cd胁迫明显抑制小麦幼苗的生长发育，在背景土壤和Cd胁迫土壤中施用腐植酸钠均不同程度促进了小麦幼苗干物质的积累，促进生物产量增加，其增产幅度大小因腐植酸钠施用方式和土壤Cd胁迫程度不同有所差异，表明腐植酸对植物的刺激作用能力不仅与腐植酸的施用浓度有关，同时也与腐植酸肥料的施用方式和土壤营养环境的变化有关，但其作用机制尚有待进一步研究。

3．2 腐植酸与重金属胁迫效应

腐植酸对重金属污染土壤具有缓冲和净化作用(李纯等，2001)，其作用机制是参与土壤中离子的交换作用，吸附固定在土壤中的重金属离子，或与土壤中重金属离子络(螫)合反应，阻止重金属离子大量进入植物体系，降低有毒元素的毒害，从而促进植物的生长(白玲玉等，2000)。本研究结果表明，土壤重金属胁迫造成小麦幼苗重金属Cd的超量累积，这是造成小麦幼苗生物产量下降的主要原因；而腐植酸能够明显改善重金属Cd胁迫的生理负效应，在增加小麦幼苗干物质积累的同时，抑制土壤中重金属Cd元素向地上部茎叶转移吸收，同时促进了小麦幼苗对矿质营养元素Cu、Zn、Fe、Mn的吸收和积累，并且随着土壤Cd胁迫加重，抑制Cd累积的能力逐渐下降，这可能与腐植酸吸附固定土壤中的重金属离子，或与土壤中重金属离子络(螯)合反应能力降低有关，其作用机制正在进一步研究中。

由于本研究结果仅为网室内盆栽方式的研究结论，尚需要田间试验进一步研究证实。有关腐植酸钠适宜的农艺措施(施用方法、施用浓度、施肥量、施肥时间等)尚有待进一步深入研究。

4 结论

土壤Cd胁迫对小麦幼苗正常生长发育产生抑制作用，植株矮小，叶片黄化，同时造成干物重显著下降，中毒效应与小麦幼苗重金属cd累积密切相关。腐植酸钠不同施肥处理方式(浸种、灌施、混施)对Cd胁迫小麦幼苗生长发育表现出较好的抗逆效应，促进了小麦幼苗干物质的积累，抑制了重金属Cd元素向地上部茎叶转移吸收，降低重金属Cd进人生物循环所造成的伤害，其抗逆效应大小与施用浓度、施肥方式以及土壤重金属胁迫环境有关。腐植酸钠不同施肥方式还能明显改善土壤营养环境状况，促进小麦幼苗对矿质营养元素Cu、Zn、Fe、Mn的吸收和积累。在重金属污染土壤中增施腐植酸肥料，可以明显减轻重金属元素对植物造成的伤害，这对于改善土壤环境和实现农业绿色生产具有重要应用价值。

基金项目：河北省自然科学基金项目(C2005000502)；河北秦皇岛市科技支撑项目(201101A184)