重金属对植物的影响-柑橘环境质量控制

2023-12-02 理论教育版权反馈

【摘要】：重金属的污染还可使土壤中微生物的总量成倍地降低，阻碍植物的生长和固氮作用。另外，砷、镉、铅等重金属对土壤酶活性产生影响，使一些淀粉酶和β—葡萄苷酶的合成受到抑制。重金属在土壤—植物系统中的迁移直接影响到植物的生理生化和生长发育，从而影响作物的产量和质量。过量的砷对植物有严重危害，表现为叶片脱落，根部生长受阻、坏死。镍对植物的危害，主要是抑制植物生长。多种重金属的复合污染也是如此。

二、重金属对植物的影响

资料表明，土壤中的重金属只有很少一部分随作物地上部分的收获而被移去，经历20年的耕种与收获，也只能减少大约0.5%～2%的蓄积量（童健,1989）。因此，这些重金属一旦进入土壤，就可能存留几千年。有实验证明，重金属可完全抑制土壤中的共生固氮过程，使三叶草的产量减少40%，这是因为高浓度的金属引起共生质粒的丢失，导致植物丧失根瘤结节的能力。重金属的污染还可使土壤中微生物的总量成倍地降低，阻碍植物的生长和固氮作用。另外，砷、镉、铅等重金属对土壤酶活性产生影响，使一些淀粉酶和β—葡萄苷酶的合成受到抑制（谢思琴等, 1987）。重金属在土壤—植物系统中的迁移直接影响到植物的生理生化和生长发育，从而影响作物的产量和质量。

农田土壤一旦遭受汞污染，汞将大部分残留于土壤中，且对农作物构成严重的危害。汞对植物的危害表现在它能抑制植物细胞分裂和根系伸长，降低光合作用和呼吸作用（Spalding等, 1979），抑制作物生长，降低作物的产量（瞿爱权等,1980；杨克斌, 1984；马成仓等,1997）。汞对作物生长发育的水培、砂培试验研究已有一些报道（林舜华,1984；张义贤,1997），在土培试验条件下汞对植物生长的影响机理还有许多尚未阐明，王新等（2001）研究了草甸棕壤外源汞毒害对大豆生长发育、叶绿素合成及蒸腾强度的影响。

镉是作物非必需元素，镉的危害不仅表现在人体上，而且如果作物大量吸收镉还会导致严重的减产（Panwar等,1999）。在镉胁迫下，小麦中大多数的镉结合在细胞壁上使中胶层的果胶交联（Prasad等,1995；Leita等,1996；周青等,1998；苏玲等,2000），从而抑制细胞伸长生长。镉还是光合作用的有效抑制剂，使叶绿素总含量和叶绿素A/B比例下降（蒋文智,1986）。此外，镉还能增加植物的气孔阻力（罗立新等,1998），降低植物对水分的耐性，引起阳离子外流，如使K⁺从细胞释放出来，小麦叶片中超氧阴离子的积累显著增加，伴随MDA含量增加，膜脂发生过氧化，从而导致活性氧清除系统功能紊乱。据进一步证实，镉的破坏性影响主要来源于对基因转录的干扰，且镉干扰基因表达的效应是间接的（罗立新等,1998；吕朝晖等,1998）。

铅进入植物体后首先影响根细胞的有丝分裂速度，从而影响根系的生长，铅还影响植物（玉米和大豆）的光合和蒸腾作用，导致植株矮小、叶量、生物量、产量下降，蔬菜受铅污染后叶片褪绿、老化，植株矮小，生物量下降。植物铅中毒时细胞核和染色体会发生畸变。

一般认为低浓度的砷对许多作物有刺激作用，Stewart发现土壤添加25mg/kg的砷使菜豆、碗豆、马铃薯、小麦生长发育好于对照，砷达75mg/kg时对碗豆和小麦还有刺激作用。但其原因可能是砷消除了土壤中的有害微生物之故。过量的砷对植物有严重危害，表现为叶片脱落，根部生长受阻、坏死。燕麦表现症状为叶身变细，叶色变淡；小麦则根枯死，叶片细硬，叶色变深绿色；水稻叶黄枯死，根部发育不良、褐色，矮小不分裂，不抽穗结实；菜豆叶缘坏死，根变软发红或暗红；桃树老叶边缘卷曲，叶子有褐斑；橘树叶脉失绿。

土壤中1～50mg/kg的铬可促进玉米、大豆、黄瓜、亚麻、胡萝卜、小麦、棉花的生长。铬浓度过高即可以抑制种子萌发，使植物生长矮小，叶绿素含量降低（王贵深,1985），干扰植物酶系的活动，严重时使作物减产，品质恶化（曹仁林,1988）。牟树森、青长乐等（1990）研究了紫色土中添加铬对植物的影响，发现莴苣老叶枯黄腐烂，幼叶颜色暗并卷曲，根系短小且根毛少，根为浅褐色或褐色，株高和叶片数下降，100mg/kg的添加量造成减产13%。铬在根中含量远远大于茎和叶，但在莴苣叶片中的含量却比茎中高。减产10%时的土壤铬临界浓度为0.085mg/kg（水提）和160mg/kg（全铬）。(www.chuimin.cn)

铜是植物必需的微量元素，但过量的铜会对植物产生毒害作用（Nagalakshmi,1998；Ouzounidou,1994,1992）。铜对植物的毒性作用，归根结底在于铜对植物体内正常的物质代谢的干扰，以及对细胞结构和功能的干扰和破坏（Stiborova,1987）。在美国的佛罗里达州，土壤的含铜量超过50mg/kg时，柑橘幼苗生长受到影响，若土壤含铜量再高，则出现叶片褪绿呈枯黄色现象，根系短而疏，生长不良。土壤含铜量达200mg/kg时，小麦枯死（廖自基,1992）。

锌是植物必需的营养元素，同时，作为重金属元素，锌又是世界公认的有害物质之一。一般认为植物含锌量大于400mg/kg时，就会出现锌的毒害。解剖学研究表明，锌营养过剩时细胞结构被破坏，叶肉细胞严重收缩，叶绿体明显减少。从形态上来看，锌过量时植株矮小，叶片黄化（褚天铎等,1995）。李惠英等（1994）指出，锌在作物中的富集主要在根部，而地上部则相对较少，籽实中的含量更低。锌在籽实中的积累随土壤中投加梯度的增加而升高，皆呈直线关系。当土壤中锌投加量为100mg/kg时，籽实产量比对照减产57.2%，但籽实中含锌仅为29.75mg/kg，未超过食品卫生标准50mg/kg（GB13106—91）。可见锌对植物的危害，首先是抑制作物的生长，降低产量，而富集次之。近年来，有人发现过量施锌对植物光合作用中电子传递与光合磷酸化有抑制作用。

镍对植物的危害，主要是抑制植物生长。镍主要是抑制铁向地上部分转移而产生急性铁亏缺，引起褪绿症，叶子上还有白色坏死斑点；同时还使根部受害，常出现萎蔫，严重影响根部发育和代谢；并且不会开花和结果（廖自基,1992）。

在自然界中，单个污染物质构成的环境污染虽时有发生，但事实上绝对意义上的单一污染是不存在的，污染多具有伴生性和综合性，即多种污染物形成的复合污染。多种重金属的复合污染也是如此。重金属复合污染的机制十分复杂，在复合污染状况下，影响重金属迁移转化的因素涉及到污染因素（包括污染物的种类、性质、浓度、比例及时序性）、环境因素（包括光、温度、pH、氧化还原条件等）和生物种类、发育阶段及其所选指标等（余国容等, 1995）。在其他条件相同，仅考虑污染物的情况下，某一元素在农作物体内的积累，除元素本身性质的影响外，首先是环境中该元素的存在量，其次是共存元素的性质与浓度的影响。美国Vallece等将元素的联合作用分为协同、竞争、加和、屏蔽和独立等作用。

在重金属复合污染中，重金属浓度不同，复合效应也不同。周启星等（1994）研究了Cd和Zn复合污染对水稻的生态效应，试验结果表明，土壤中Zn的浓度不同，Cd和Zn的联合作用也不同，当土壤中Zn含量为100mg/kg时，生物量因Cd增加而增加，Cd和Zn之间存在协同效应；当Zn含量为200mg/kg和400mg/kg时，生物量随Cd增加而减少，Cd和Zn之间存在拮抗效应。

重金属对植物的影响-柑橘环境质量控制

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