（植物营养学专业论文）茶树根际铅、镉的动态过程及其机理研究.pdf

y 7 2 9 2 2 2 关于学位论文原创性和使用授权的声明 本人所呈交的学位论文，是在导师指导下，独立进行 科学研究所取得的成果。对在论文研究期间给予指导、帮 助和做出重要贡献的个人或集体，均在文中明确说明。本 声明的法律责任由本人承担。 本人完全了解山东农业大学有关保留和使用学位论文 的规定，同意学校保留和按要求向国家有关部门或机构送 交论文纸质本和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权山东农业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文和汇编本学位论文。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名：林盛涛 导师签名：善l 钥乏、 日期：埘矽 山东农业大学硕士学位论文 摘要 重金属元素铅、镉对茶叶的污染是影响茶叶质量的重要问题之一。 本文以茶树品种福建鸠坑为供试材料，采用根箱栽培、水培和室内模拟 的方法，研究了茶树根际铅、镉含量的时空动态、根际铅、镉的形态及 转化，铅镉胁迫的根际效应，并探讨了铅镉胁迫下，茶树对有机酸分泌 的调控机制。主要研究结果如下： 1 不施铅镉条件下( 对照) ，土壤铅含量随着离根面距离的降低而不 断升高，在根际表现出铅的富集：土壤镉含量随着离根面距离的降低而 降低，在根际表现出镉的亏缺。施铅条件下，土壤铅含量也随着距根面 距离的降低而升高，在根际表现出铅的富集；施铅能加剧镉的亏缺。施 镉条件下，土壤镉含量也随着距根面距离的降低而降低，在根际表现出 镉亏缺：土壤铅含量也随着距根面距离的降低而升高，但与对照相比， 根际铅含量明显增加：表明旌镉能促进根际铅的富集。对照、分别施加 铅镉以及铅镉共麓条件下，茶树根际铅含量随着生长期的延长呈上升趋 势，而根际镉含量却先降后升。 2 不旋铅镉的处理，茶树生长9 0 天时，根际铅镉主要形态均为交换 态、碳酸盐态、铁锰态和残渣态。根际交换态铅镉的比例分别为5 2 ， 3 6 ，而非根据交换态铅镉的比例分别为2 4 ，1 0 ，交换态铅镉含量也 是根际高于非根际，表明根际铅镉的有效性高于非根际。施铅条件下， 根际交换态铅含量增加，根际交换态镉含量明显增加，碳酸盐态、铁锰 态和残渣态镉含量明显降低，表明，施铅能使根际交换态铅含量增加， 并促使根际镉活化。施镉条件下，根际交换态镉含量增加，根际碳酸盐 态铅含量也明显增加，表明施镉能使根际交换态镉含量增加，并促使根 际铅钝化。铅镉共旌条件下，交换态铅含量减少而碳酸盐态、铁锰态铅 含量增加，交换态、碳酸盐态和铁锰态镉含量均降低而残渣态镉含量增 加，表明，铅镉共施能使根际铅镉的有效性降低。 3 在不施铅镉的条件( 对照) 下，茶树生长9 0 天时，茶树根际d h 由 6 0 4 降至5 7 1 并随生长期的延长呈下降趋势；表明茶树根际存在着酸 化过程。施铅处理茶树根际p h 在9 0 天时，低于对照，而施镉处理根际 p h 高于对照，之后，旌铅、镉的处理根际p h 则均高于对照并随生育期 茶树根际铅、镉动态过程及其机理研究 的延长有不断上升的趋势。水培试验的结果是，高浓度的铅处理下，溶 液的p h 先降后升，而高浓度的镉处理则是一直下降且溶液的p h 均高于 不施铅镉的处理。表明铅、镉均能抑制茶树生长介质的酸化。 4 与不加代谢抑制剂( d n p ) 的处理相比，加d n p 的空白对照、铅处理 和镉处理有机酸分泌总量分别降低了7 3 、2 8 8 和2 4 9 ，但仍有分 泌，表明有机酸的分泌同时有代谢途径和非代谢途径的参与；加入d n p 前，低浓度( 2 0 m g k g 、0 5 m g k g 、) 的铅镉胁迫以及高浓度( 6 0 m g k g 、 8 m g k g 、) 的铅镉胁迫均能使草酸、苹果酸和总有机酸的分泌量增加；但 加入d n p 后，与只加d n p 的空白对照相比，有机酸分泌总量在低浓度的 铅镉胁迫下增加，而在高浓度的铅镉胁迫下减少，表明低浓度的铅镉胁 迫下茶树根系主要通过非代谢途径增加有机酸的分泌，而高浓度的铅镉 胁迫下，茶树根系主要通过代谢途径增加有机酸的分泌。与不加d n p 的 处理相比，加d n p 的空白对照、草酸的分泌量无明显变化，而铅处理和 镉处理草酸分泌量却分别降低了4 7 6 和5 7 2 ：加d n p 的空白和铅处理 苹果酸的分泌量无明显变化，而镉处理却增加了1 7 9 5 ；表明铅镉胁迫 下，茶树根系主要通过代谢途径分泌草酸和镉胁迫下主要通过非代谢途 径分泌有苹果酸。铅镉胁迫下有机酸随对间的变化趋势也能说明这一 点，铅镉胁迫下，革酸分泌量呈下降趋势，而苹果酸的分泌量却呈上升 趋势。 5 有机酸与铅镉的络合试验表明有机酸能络合铅镉，而且络合能力 均为p b c d ；与不加有机酸的对照相比，添加有机酸的处理土壤溶液中 镉的含量增加，而铅的含量降低，表明根系分泌的有机酸能增加土壤镉 的溶解而降低土壤铅的溶解；与不加有机酸的对照相比，添加有机酸的 处理平衡溶液中镉含量增加，而铅含量却减少，表明根系分泌的有机酸 能增加土壤对铅的吸附而减少对镉的吸附。与不加有机酸的铅镉处理相 比，加有机酸的处理均能降低叶片中铅镉的含量，而且浓度越高越明 显，但两者的机制不同：有机酸处理能够减少茶树对铅的吸收，从而降 低叶中铅的含量，镉，有机酸处理则增加茶树对镉的吸收，但吸收的镉 主要累积在根部，从而降低了叶中镉的含量。 关键词：茶树根际铅镉动态过程有机酸 山东农业大学倾二仁学位论文 s t u d i e so n d y n a m i c c o u r s ea n dm e c h a n i s mo f l e a da n d c a d m i u mi nt h er h i z o s p h e r eo ft e ap l a n t s l i nh a i - t a i r e s o u r c ea n de n v i r o n m e n tc o l l e g e ，s h a n d o n ga g r i c u l t u r a lu n i v e r s i t y a b s t r a c t t h ep r o b l e mo f p o l l u t i o no fl e a da n dc a d m i n mo nt e ah a sb e e nc a r e db y p e o p l e 。t h er e s e a r c ho f t h eb e h a v i o ra n dm e c h a n i s mo fl c a da n dc a d m i u mi n t h er h i z o s p h e r eo ft e ap l a n t si si m p o r t a n tc r e d e n t i a lt oc o n t r 0 1t h ep o l l u t i o no f 1 e a da n dc a d m i u mo nt e ap l a n ti ns o i la n df o r e c a s ta n de s t i m a t et h ee c o l o g i c a l a n de n v i r o m n e n tr i s ko fi e a da n dc a d m i u mi ns o l l t e ap l a n t st a l c e na se x p e r i m e n tm a t e r i a l ，t h r e ee x p e r i m e n t sw e r em a n a g e d b yr h i z o s p h e r eb o xc u l t u r e s y s t e m 。s o l u t i o nc u l t u r ea n ds i m u l a t i o ni n d o o r st 0s t u d yh - a n s p o r ta n dc o n f o r - m a t i o nt r a n s f o r m a t i o no fl e a da n dc a d m i u mi nt h er h i z o s p h e r eo ft e ap l a n t s a n dt h em e c h a n i s m t h em a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 ，l e a dw a sa c c t t m u l a t e da n dc a d m i u mw a s d e p l e t e di nr h i z o s p h e r eo f t e ap l a n t sa f t e rt h a tw e r ep l a n t e di n 也en a t u r es o i l a d d i t i o no fl e a dc a l l a c c e l e r a t ea c c u m u l a t i o no f1 e a da n da d d i t i o no fc a d m i u mc a nd e c r e a s e d e f i c i e n c yo fc a d m i u m i nr h i z o s p h e r eo ft e ap l a n t s0 nn a t u r es o i l t h e r ew a s d i s t i n c ti n t e r a c t i o nb e t w e e nl c a da n dc a d m i u mi n r h i z o s p h e r e a n dt h e i n t e r a c t i o nw a sd i f f e r e n ti nd i f f e r e n ts o i l t r e a t m e n to fc a d m i u m c a l l a c c e l e r a t ea c c u m u l a t i o no f l c a d ，h o w ，t r e a t m e n to fl c a dc a nd e c r e a s e d e f i c i e n c yo f c a d m i u m i nr h i z o s p h e r eo f t e a p l a n t si nn a m r e s o i l i nt h es o i lo f l c a da n dc a d m i u mt r e a t m e n t ，e x i s t e n c eo fc a d m i u ma d v a n c e da c c u m u l a t i o no f l c a di nr h i z o s p h e r eo ft e ap l a n t s ：t h ee f f e c to fl e a do nc a d m i u mw a sd i f f e r e n t w i t ht h ec o n c e n t r a t i o no fl c a d w h e nl e a d c o n c e n t r a t i o nw a s 2 5 0 m g k g ，e x s i s t e n c e o fl e a da c c e l e r a t e d d e f i c i e n c y o fc a d m i u m ，w h i l e ， d e f i c i e n c y o fc a d m i u mw a sd e c r e a s e d b y l e a dw h i c hc o n c e n t r a t i o nw a s 3 5 0 m g k g u n d e rt h ec h e c k ，s i n g l ea n dc o m p o u n dt r e a t m e n t so fl e a da n d c a d m i u m ，c o n t e n to f l e a di nr h i z o s p h e r ei n c r e a s e dw i t l lt i m e ，w h i l ec o n t e n to f c a d m i u mi nr h i z o s p h e r ed e c r e a s e d f i r s t l ya n dt h e n i n c r e a s e dw i t ht i m e 2 t h e r ew e r ep h e n o m e n ao fa c t i v a t i o np r o c e s so fl c a da n dc a d m i u mi n r h z o s p h e r eo ft e ap l a n t si nn a t u r es o i l ，p e r c e n to fe x c p ba n de x c c d ( 1 e a d a n dc a d m i u me x c h a n g e a b l e ) w a sd i s t i n c t l yh i g h e r ，w h i l ep e r c e n to fc a r b p b 3 茶树根际铅、镉动态过程及其机理研究 a n dc a r b c d ( b o u n dt oc a r b o n a t e s ) p ba n dc dr e s i d u a ia n do ff m o p ba n d f m o c d ( b o u n dt oi r o na n dm a n g a n e s e ) w e r ed i s t i n c t l yl o w e r i nr h i z o s p h e r e s o l lt h a ni nb u l ks o i l 、t h es a n a e 丑sc o n t e n t t r e a l m e n t so fl e n da n dc a d m i u m h a dd i s t i n c t i ye f f e c t so nc o n t e n t so fe x c p ba n de x c c da n dt h e i rc o n t e n t s i n c r e a s e dw i t h 血ec o n c e n t r a t i o no fl c a da n dc a d m i u ma d d e d t h e r ew a s d i s t i n c ti n t e r a c t i o nb e t w e e nl e a da n dc a d m i u mi n r h i z o s p h e r e a n dt h e i n t e r a c t i o nw a sd i f i e r e n ti nd i f f e r e n ts o i l t i l ci n t e r a c t i o nb e t w e e nl e a da n d c a d m i u mi nr h i z o s p h e r ei nn a t u r es o l lr e s u l t e di nt h ec o n t e n to f e x c p b b e i n g h i g h e ri nt h ep r e s e n c eo fc da n dt h a to fe x c c db e i n ga l s oh i g h e ri nt h e p r e s e n c eo f p b w h e r e a st h e r ee x i s t e d 血et r a n s f o r m a t i o no fe x c - p bt oc a r d p b ，f m 0 - p ba n dl c a dr e s i d u a li nt h ep r e s e n e e o f c d ，o f e x c c d ，c a r d c da n d f m o c dt oc a d m i u mr e s i d u a li nt h ep r e s e n c eo fp bi nr h i z o s p h e r ei ns o l l t r e a t e db yl e a da n dc a d m i u m 3 ，t h ep h e n o m e n o nw a so b s e r v e dt h a tp hi nr h i z o s p h e r ei nn a t u r es o i l f e l lw i t ht i m e ，h o w e v e r ，p hi nr h i z o s p h e r ei ns o i 】t r e a t e db yl c a dm a dc a d m i u m f i r s t l y f e i la n dt h e nr i s e nw i t ht i m e t h ee f f e c t sw e r ed i f f e r e n to fl c a da n d c a d m i u mo n p h i nr h i z o s p h e r e ，a tt h eb e g i n n i n g ，p hi nr h i z o s p h e r ew a sl o w e r i ns o l lo fi c a dt r e a t m e n tt h a nt h a ti nn a t u r es o i l ，w h i l e ，t h eo n ew a s h i g h e ri n s o l lo fc a d m i u mt r e a t m e n tt h a nt h a ti nn a t u r es o i l ，a n dt h e nt h e p hj n r h i z o s p h e r eb e t hi ns o i lo fl c a dt r e a t m e n ta n di ns o l lo fc a d m i u mt r e a t m e n t w a sh i g h e rt h a nt h a ti nr l a t u l es o i l t h eh y d r o p o n i ce x p e r i m e n t ss h e w e dt h a t t h e r ew a saa c i d i f y i n g p r o c e s si nr h z o s p h e r eo f t e ap l a n t s ，w h i l et r e a t m e n t so f l e a da n dc a d r n i u mc o u l dr e s t r a i na c i d i f i c a t i o n ，b u t ，l e a dt r e a t m e n to fh i g h e r c o n c e n t r a t i o nc o u l da d v a n c et h ea c i d i f i c a t i o na tt h eb e g i n n i n g 4 ，s t r e s s e so fl c a da n dc a d m i u mh a v ed i s t i n e te f f e c t so ne x u d a t i o no f o r g a n i ca c i d si nr o o t so f t e ap l a n t s b o t hl e a do f 2 0 m k ga n d6 0 m g k ga n d c a d m i u mo f 0 5 m g k ga n d1 m g k gc o u l dm a k ee x u d a t i o na m o u n t so fo x a l a l e a c i d ，m a l a t ea c i d ，s u c c i n a t ea c i da n dt o t a io r g a n i ca c i d si n c r e a s e ，w h i l et i l e a n l o u n to fc i t r a t ea c i dd e c r e a s e du n d e rt h es t r e s s e so fl c a do f6 0 m g k ga n d c a d m i u mo f l m g k g n l ee x u d a t i o na m o u n to f m a l a t ea c i dh a di n c r e a s e dw i t h t i m em o v i n go n ，w h i l et h o s eo fo t h e ro r g a n i ca c i d sa n dt o t a lo r g a n i ca c i d sh a d d e c r e a s e dw i t ht i m em o v i n go n t h eh y d r o p o n i c e x p e r i m e n t ss h o w e dt h a tr o o t s o ft e ap l a n t sc o u l di n i t i a t i v e l yr e g u l a t et h ee x u d a t i o no fo r g a n i ca c i d su n d e r t h es t r e s s e so fl c a da n dc a d m i u m a n db e t hm e t a b o l i s mp a t h w a ya nn o n 4 山东农业大学硕士学位论文 m e t a b o l i s m p a t h w a y t o o kp a r ti nt h er e g u l a t i o n t h er e g u l a t i o np a t h w a y sw e r e r e l a t e dt os t r e s s e sc o n c e n t r a t i o no fl e a da n dc a d m i u m , t h e yw e r em a i n l y m e t a b o l i s mp a t h w a yu n d e rh i g h e rc o n c e n t r a t i o ns t r e s s e s ，w h i l eu n d e rl o w e r c o n c e n t x a t i o ns t r e s s e s ，t h e yw e r em a i n l yn o n m e t a b o l i s m ；i na d d i t i o n ，t h e r e g u l a t i o np a t h w a y w e r ea l s or e l a t e dt ok i n d so f o r g a n i ca c i d s ，t h er e g u l a t i o n p a t h w a yw a sm a i n l ym e t a b o l i s mp a t h w a yf o ro x a l a t ea c i d ，w h i l ef o rm a l a t e a c i di tw a s m a i n l yn o n m e t a b o l i s mp a t h w a y 5 r o o te x u d a t e so f t e ap l a n t sa n do r g a n i ca c i d sh a dd i s f i n e te f f e c t so nt h e c h e m i c a lb e h a v i o ro fl e a da n dc a d m i u mi nr h i z o s p h e r e ，r o o te x u d a t e sa n d o r g a n i ca c i d sb o u n dh e a v ym e t a l st o e x t e n tt h a td e p e n d e dt h eh e a v ym e t a l i n v o l v e d t h ea b i l i t yo ft h eb i n d i n gf o l l o w e dt h eo r d e rp b c d ；t h e yc o u l d i n c r e a s et h es o l u t i o no fc a d m i u mi ns o l la n dd e c r e a s et h a to fl e a di ns o i l ；t h e a b s o r p t i o no fl e a di i l s o i li n c r e a s e di nt h ep r e s e n c eo ft h e m w h i l et h a to f c a d m i u mi ns o i ld e c r e a s e di nt h ep r e s e n c eo ft h e m t h e r ew e r el o w e rc o n t e n t o fl e a da n dc a d m i u m 洫t e ap l a n tl e a v e st r e a t e db yl e a da n dc a d m i u mw i t h a d d i n go r g a n i c a c i d st h a nt h o s ew i t h o u ta d d i n g o r g a n i c a c i d s ，a n dt h e p h e n o m e n o nw a sm o r ea n dm o r ed i s t i n c tw i t hi n c r e a s eo fc o n c e n t r a t i o no f 1 c a da n d c a d m i u m m a y b e t h e vw e r ed i f f e r e n t o ft h em e c h a n i s m so f d e c r e a s i n gc o n t e n to fl c a da n dc a d m i u mi nt h e i e a v e si nt h e p r e s e n c eo f o r g a n i c sf o rl e a da n dc a d m i u m ，a sf o rl e a d ，t h ee x i s t e n c eo fo r g a n i ca c i d s d e c r e a s et h ea b s o r p t i o no fr o o t st ol c a d w h i c hr e s u l t e di nf a o fl e a dc o n t e n t i nl e a v e s ；a sf o rc a d m i u m , i ti n c r e a s et h ea b s o r p t i o no fr o o t st oc a d m i u m b u t 。 t h ec a d m i u ma b s o r b e dw a s m a i n l y r e s t r a i n e di nr o o t s ，w h i c hr e s u l t e di nf a l lo f c a d m i u mc o n t e n ti nl e a v e s k e yw o r d s ：t e ap l a n t s ，r h i z o s p h e r e ，l e a da n dc a d m i u m ，d y n m n i cc o u r s e ， o r g a n i ca c i d s ，m e c h a n i s m 5 茶树根际铅、镉动态过程及其机理研究 英文缩略表 缩写英文说明 中文说明 c a p t i o ne x c h a n g ec a p a c i t y a d e n o s i n e t r i p h o s p h o r a t e d i n i t r o d h e n o l l e a d e x c h a n g e a b l e l e a db o u n dt oc a r b o n a t e s l e a db o u n dt oi r o na n d m a n g a n e s e c a d m i u m e x c h a n g e a b l e c a d m i u i nb o u n dt oc a r b o n a t e s c a d m i u mb o u n dt oi r o na n d m a n g a n e s e a c c t t m u l a t i o nc o n s t a n t 6 阳离子交换量 三磷酸腺苷 二硝基酚 交换态铅 碳酸盐结合态铅 铁锰氧化物结合态铅 交换态镉 碳酸盐结合态镉 铁锰氧化物结合态镉 累积常数 b p b d c d叩卜叩吒卜弋 c p p c r o c r o ， 锄册眦眦(莹肿眦哳眦郾 山东农业大学硕= l ：学位论文 1 引言 1 1 研究背景 茶树是我国主要经济作物之一，全国有2 1 个省、市、自治区产茶， 目前我国茶叶出口已达1 0 0 多个国家和地区，成为我国出口创汇的主要 农产品，同时也是我国最重要的传统饮品之一。在我国茶业得到巨大发 展的同时，由化肥、农药的大量施用以及其它污染源造成的茶叶重金属 污染的问题目益突出( 陈宗懋，2 0 0 0 ；陈宗懋，2 0 0 1 ) ，据2 0 0 2 年6 月 国家公布对4 2 2 种茶叶的测试结果，铅超标率( 超过国家标准2 m g k g ) 达 1 6 8 ，其中名优茶占1 2 5 ，而且有日益加重的趋势，1 9 8 9 年农业部 名茶评比茶样超标率仅为3 3 3 ，而1 9 9 9 年“中华杯”名茶评比茶样 超标率则已达8 4 1 ( 石元值，2 0 0 0 ) ；目前，虽然没有茶叶镉超标的报 道，但有证据表明茶树对镉奄较强的富集链力( 吴永刚，2 0 0 2 ) 。有研究 表明，土壤中的重金属是茶叶重金属的主要来源( 石元值，2 0 0 3 ) ，因此 控制土壤中的重金属对茶叶的污染成为保护人体健康和茶业发展所亟待 解决的问题。 铅是对人体具有累积性和多亲和性的有害元素，长期食用受铅污染 的食品易导致老年痴呆，若人体每天吸收的铅量大于l o g ，即可引起死 亡( s c h r o d e r ，1 9 7 3 ；谢永泉，1 9 9 8 ) 。茶叶作为我国传统饮品之一，在我 国具有很大的消费群体，因此我国对茶叶铅卫生标准也做了详细规定。 镉是一种严重污染性元素，具有累积、致畸、致癌性，能够引起动脉硬 化性肾萎缩或慢性球体肾炎等。食入过多的镉会引起骨骼软化和变形， 严重者引起自然骨折，甚至死亡。基于铅、镉的严重危害性和铅污染的 普遍性，铅镉污染成为茶叶重金属污染中的首要问题。 土壤中的铅镉主要通过根系吸收对茶叶产生污染的，前人对茶树中 铅镉的吸收与累积特性做了大量工作( 吴永刚，2 0 0 2 、石元值，2 0 0 3 ) ， 并指出茶树对铅、镉的吸收与铅、镉在土壤中的形态有关。有研究表 明，铅镉在红壤土壤中形态以氧化物结合态和残余态为主，有机质结合 态的比例也较高( 章明奎，2 0 0 4 ) 。前人分别从茶树和土壤两个方面做了 大量工作，但却忽视了两者问的界面即根一土界面的性质以及茶树自身 的调控对铅、镉吸收的影响，因而不能为控制茶叶的铅、镉污染提供 茶树根际铅、镉动态过程及j c 机理研究 理论依据。 根际是植物根系与土壤接触的直接界面，也是土壤重金属进入植物 体内必经的门户，根际由于在物理、化学、生物学性质上与原土体存在 很大差异，而且与植物生长有着十分密切的关系，因而对进入根际的重 金属的迁移和形态转化产生重要影响。对盆栽茶树根际土壤性质的研究 表明，茶树根际土壤明显酸化( 阮建云，2 0 0 3 ) ，根际p h 的下降将影响根 际铅、镉的形态( 章明奎，2 0 0 4 ) ，从而影响茶树对土壤铅、镉的吸收。 近来的研究表明，茶树根系在生长的过程中会向土壤中分泌有机酸( 王晓 萍，1 9 9 4 ) ，并且其它作物上的研究表明，有机酸的分泌量和组成受自身 的调控和外界胁迫的影响( 沈宏，2 0 0 2 ；d el af u e n t ej m ，1 9 9 7 ； d e k h a i z ee ，1 9 9 5 ；m aj f ，1 9 9 7 a ，1 9 9 7 b ) ，由于根系分泌的有机酸能 与铅、镉络合并能影响根际的p h 从而对根际铅镉的迁移和形态转化产生 影响( 刘文菊，2 0 0 0 ；杨仁斌，2 0 0 0 ；曾清如，2 0 0 1 ；林琦，2 0 0 1 ， 2 0 0 3 ：周东美，2 0 0 2 ；李瑛，2 0 0 4 ；) ，因此，研究茶树根际性质和茶树 对根系分泌作用的调控，以及根际性质和这一调控对根系铅镉的迁移、 形态转化以及对根系吸收和累积铅镉的影响不仅为预测土壤铅、镉有效 性的变化趋势、茶园土壤铅镉的生态环境风险评价提高了基础资料，而 且为利用茶树自身的调控作用进行低铅镉吸收品种的筛选以及模拟这种 调控作用进行的人为调控来控制茶叶的铅、镉污染提供了理论依据。 1 2 国内外相关研究概况 1 2 1 茶园土壤中铅、镉的来源 1 土壤母质本底含量 土壤含铅量差异很大，一般土壤铅的背景值在2 - - 2 0 0 m g k g 之间，平 均l o m g k g ，我国部分地区农业土壤的背景值为1 6 8 - - 2 8 8 m g k g 。土壤 含铅量与成土母质有关。据j o h n - s o n 等( 1 9 8 5 ) 提供的资料，片麻岩、花 岗岩、石灰岩、砂岩、页岩等含铅l o - - 5 0 m g k g 之间，平均为1 6 m g k g 。 火成岩的含铅量般高于砂岩和石灰岩等沉积岩，酸性岩高于基性岩。 地壳中镉的含量平均为0 1 5 m g k g ，正常土壤含量0 0 3 m g k g o 3 m g k g ， 通常不超过l m g k g 。 8 山东农业大学硕士学位论文 2 含铅、镉肥料的施用 由化肥特别是工业副产品微肥中带入的铅不可忽视( 符建荣， 1 9 9 3 ) 。据测定，加拿大5 一1 0 5 型复肥含铅7 0 9 m g k g ，氯化钾含铅 i 0 5 m g k g ，来自工业副产品的锌肥含铅量可高达5 0 5 2 0 0 0 m g k g 。过磷 酸钙中含铅2 2 5 m g k g 磷肥是土壤镉的一个主要来源( 鲁如坤，1 9 9 2 a ， 1 9 9 2 b ；马榕，2 0 0 2 ) 据全国3 0 个主要磷肥生产厂家生产的磷肥测定，平 均含镊量为0 ，6 1 m g k g ，含量范围在0 1 2 ，9 m g k g 。美国为7 。4 1 5 6 m g k g ，加拿大为2 1 - - 9 3 ，澳大利亚为1 8 9 1 m g k g 。 3 汽车尾气及大气沉降物 铅作为汽油的抗暴剂，以四甲( 乙) 基铅地形式溶于汽油中，其中 有7 0 随废气排入环境。在公路两旁的茶园，土壤中的铅含量随距公路 距离的增加而逐渐降低，表现出明显受空气沉降物的影响( 吴永刚， 2 0 0 2 ；张寿宝，2 0 0 0 ；石元值，2 0 0 1 ) 。 1 2 2 铅、镉胁迫下植物的根际效应及其对铅、镉行为的影响 1 根际ph 、e h 特征及其对铅、镉行为的影响 根际ph由于植物根系和微生物的作用，根际ph 状况明显不同于土 体，其变化范围可高于或低于土体l 2 单位( n y e ，1 9 8 5 ) 。不同植物种 类之间根际dh 的变化存在很大差异，对一些耐低营养的基因型植物的 研究发现，在养分贫瘠的条件下，植物根系往往分泌出大量的有机酸， 使得根际环境酸化，从而使根际铁、磷等养分得到活化( 旌卫明，1 9 8 9 ： 张福锁，1 9 9 8 ) 。阴阳离子吸收的不平衡是造成根际的ph 变化的主要原 因。此外，肥料的类型、土壤缓冲性能、根系砰吸和微生物代谢产生的 c 0 2 等也将对根际p l 产生一定的影响( 张福锁，1 9 9 3 ) 。研究发现，重金 属环境胁迫对根际ph 也将产生较大的影响。k e n n e d y 等的研究明，c d 对根系透根电位( t r a n s r o o tp o t e n t i a l ) 和根系h + 分泌存在抑制作用，在培 养液中5 0um o l l “的c d 2 + 能使质子泵受抑6 0 ，丽根系质子的原初主 动分泌( 质子泵) 为细胞膜上的a t p 酶所催化，是阴阳离子透过质膜的次 级运转的动力来源( h a y n e s ，1 9 9 0 ) 。林琦( 2 0 0 0 ) 等人在小麦上的研究也 得出相似的结论，铅、镉胁迫都有减轻根际酸化的作用，此外，镉胁迫 还能抑制根系对氮素的吸收，从而也会抑制根际p h 的下降( 强维亚， 9 茶树根际铅、镉动态过程及其机理研究 2 0 0 3 ) 。这表明了p b 、c d 等重金属可通过影响根系对阴阳离子的吸收平 衡来影响根系代谢，进而影响根际环境特征。 p h 是影响根际行为的重要因素。酸度几乎可以影响铅、镉的所有形 态，有研究表明，水溶态铅、镉随土壤p h 的升高而下降，交换态铅、镉 在一定p h 范围内随p h 的升高而增加，有机结合态铅、镉也随p h 的升高而 增加，闭蓄态镉先缓慢增加后迅速增加( 王孝堂，1 9 9 1 ) 。c h e n 等的研究 发现随着黄棕壤根际p h 的提高或红壤根际ph 的下降，根际土对c d 的 吸附也将相应地增强或减弱( c h e l ah a i m a n ，1 9 9 8 ) 。当p h 从7 0 降至4 5 5 时，c d 的交换态增加，碳酸盐结合态减少，铁锰结合态稍有减少，而有 机结合态和残余态不受影响( x i a n ，1 9 8 9 b ) 。根际p h 环境的变化，将直接 或间接地对铅、镉在根际中的固定和活化状况产生影响，同时也是植物对 铅、镉毒害抗性的重要机理之一。就一般重金属而言，p h 的降低可导致 碳酸盐和氢氧化物结合态蘑金属的溶解、释放，同时也趋于增加吸附态 金属的释放。因此，根际的酸化将导致重金属的活化，使其毒性增强，反之 p h 的增加，则有利于重金属的固定，使其迁移能力降低，毒性减弱。 根际e h 根际氧化一还原状况与原土体也存在显著差异。研究表明，由 于根系和微生物的呼吸作用以及根系分泌物中的还原物质的作用，旱作植 物的根际氧化一还原电位一般可低于土体5 0 一l o o m v 。植物类型的差 异、生育期的不同以及营养元素状况对根际的e h 都将产生一定的影响。 在铅、镉胁迫下，植物根系分泌物的组成和量会发生变化( t h e nh a i m a n ，1 9 9 8 ：x ud b ，1 9 8 9 ) ，根系和根际微生物的生长和活动也会受到 影响，从而间接影响了根际的氧化还原电位。根际e h 虽然不能直接影响 根际铅、镉的形态但可以影响铁锰氧化物的活性从而影响根际铅镉铁锰 氧化物结合态的含量，通过铅、镉硫化物和硫酸盐的氧化或还原来影响 根际铅、镉的行为。此外，根际e h 通过影响微生物的活性从而影响根际 铅、镉的形态。 2 根系分泌物 在植物的生长过程中，根系除了溢泌质子和其它的无机离子外，还不 断地向根际环境中释放大量的有机物质。据估测，这些物质的数量可以占 到植株光合作用产物的1 5 4 0 。它们不仅提供了丰富的能源物质，而 0 山东农业大学顺士学位论文 且对根际环境中土壤理化性质的改变，根际微生物活性，重金属的固定 方面都具有举足轻重的作用。 根系分泌物的组成和成分通过近年来人们的研究表明，根系分泌物的组 成以有机物为主，据估计，根系分泌的有机化合物一般在2 0 0 种以上 ( e l r o y & t m e l o v e ，1 9 8 6 ) ，按分子量大小可分为低分子和高分子分泌物， 低分子分泌物主要有有机酸、糖类、酚类和各种氨基酸，高分子分泌物 主要包括粘胶合外酶，其中粘胶有多糖和多糖醛( m a r s c h n e r , 1 9 9 5 ) 。 铅、镉胁迫对根系分泌物的影响植物在重金属胁迫下，根系分泌物的 组成和量会发生变化，如小麦在镉胁迫下，根系分泌的糖类、氨基酸以 及其它一些次生代谢物质都有所变化，在低浓度c d ”处理下( 0 5 m g l ) 随处理浓度的升高，糖类、氨基酸分泌量增加，而次生代谢物分泌种类 减少( 张玲，2 0 0 2 ) ；小麦有机酸分泌量在低浓度c + 处理下，变化不明 显，但随c d 2 + 处理浓度的升高，有机酸分泌量增加( 王宏纸，2 0 0 2 ) 。大 豆在镉胁迫下，其根系有机分泌物增加( 强维亚，2