摘要：根据桶栽试验结果发现，随着土壤锌含量的增加，棉花（Gossypium hirsutum L.）根、茎、叶、棉絮的锌含量显著增加。锌在棉花体内的富集规律为：当土壤锌浓度较低时，棉花根系吸收转运锌元素至茎叶；土壤锌浓度较高时棉花根系出现锌富集，但同时棉花叶片中锌含量仍然较高；当土壤锌含量大于1 600 mg/kg时，棉花的生殖过程受到抑制。
关键词：棉花（Gossypium hirsutum L.）；锌（Zn）；富集规律；土壤
中图分类号：X592；S562 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2012）21-4733-03
Absorption and Accumulative Rules of Zinc in Cotton Plant
REN Xiu-juan1，ZHU Dong-hai2，WU Hai-qing2，WU Da-fu1
（1. Henan Institute of Science and Technology， Xinxiang 453003，Henan，China；
2. Farmland Irrigation Research Institute， CAAS， Xinxiang 453003，Henan，China）
Abstract：According to tub culture experimental， zinc content in roots， stems， leaves and fibers of cotton increased with the increase of soil zinc content. Zinc enrichment pattern in cotton plant was as follows， when the soil zinc concentration was low， the zinc was absorbed by roots and then transformed to the stems and leaves. When the soil zinc content was high， the zinc could enrich in the root， at the same time， the leaves could contain high content of zinc. When soil zinc content was higher than 1 600 mg/kg， the reproductive process of cotton was inhibited.
Key words： cotton（Gossypium hirsutum L.）； zinc（Zn）；enrichment regularity；soil
由于工业生产的迅猛发展以及农田污灌，大量的Cd、Pb、Zn进入环境中，严重影响了植物生长[1]，因而研究Cd、Pb、Zn对植物的影响具有重要的理论和实践意义。Cd、Pb、Zn在小麦、玉米、水稻、花生等农作物体内的富集规律均有广泛的研究[2-11]，但针对棉花（Gossypium hirsutum L.）的相关研究则较少。棉花不同于粮食作物，其经济产物为非直接食用产品，所以有必要研究Cd、Pb、Zn对棉花生长的影响以及在棉花体内的富集规律，探讨将棉花种植于轻度重金属污染土地的可行性。采集湖南省郴州市矿区0～20 cm的土壤，以非粮食作物棉花为试验对象，研究棉花对锌的富集特征。
1 材料与方法
1.1 试验材料与土壤
供试棉花品种为中棉50。供试土壤采自湖南省郴州市矿区农田0～20 cm耕作层，土壤质地为壤土。土壤基本性质：有机质10.74 g/kg、全氮1.69 g/kg、全磷0.93 g/kg、全钾0.45 g/kg、pH 7.19、土壤全锌含量为85.32 mg/kg。
1.2 试验设计
试验设Zn浓度分别为100、400、800、1 200、1 600 mg/kg 5个处理，每个处理重复3次。所用Zn的化学形态为Zn（CH3COO）2·2H2O。
试验地点设在中国农田灌溉研究所新乡站防雨棚下。污染土壤配制采用分批多次混匀的方式，根据处理要求将称好的醋酸锌混入1 kg过5 mm筛的干土中，接着把这1 kg混合土壤混入10 kg的过5 mm筛的土中，最后把11 kg的土壤混入到104 kg过5 mm筛的土中，经过多次混匀后装桶踏实。将盆栽大桶放入提前挖好的土坑内，大桶上平面与地面平行，然后用土填实桶与周围土壤的空隙，最后将桶内土壤灌水至饱和状态。
1.3 棉花样品的种植、采集与处理
2010年4月每桶移栽2棵棉苗，每桶施尿素12 g，灌水采用地下水，田间管理同一般大田。2010年10月11日将棉花整株拔出带回实验室，用自来水冲洗后再用纯水冲洗，将根、茎、叶、棉絮4个部分分别装入纸质样品袋，在105 ℃的烘箱中杀青10 min，在70 ℃下烘干至恒重，将根、茎、叶样品粉碎过40目筛备用，棉絮烘干后直接称量（棉絮烘干后无法用粉碎机粉碎）。
1.4 测定方法
根据文献[12，13]对棉花样品进行处理与测定分析。
1.4.1 样品前处理 称取样品0.500 0 g放入聚四氟乙烯消解罐，加入5 mL浓HNO3浸泡过夜，再加入3 mL H2O2，在微波消解系统中消解18 min，温度设置为3档，即120 ℃（360 s）、120～150 ℃（360 s）、150～180 ℃（360 s）。待消解完全后在电热板上赶酸至溶液为1～2 mL，用2% HNO3多次稀释后转移到25 mL容量瓶中，最后用2% HNO3溶液定容后待测。同时设空白对照。
1.4.2 仪器设备及工作参数 Optima 2100DV型电感耦合等离子发射体，美国Perkin Elmer公司。其工作参数为：等离子体气流量15 L/min，辅助气流量0.2 L/min，雾化器气流量0.8 L/min，射频功率1 300 W，试样流量1.5 mL/min。Zn元素选择的分析线为 213.9 nm。XT-9912型微波消解仪，上海新拓分析仪器科技有限公司。 1.4.3 测量方法 Zn混合标准溶液由德国Merck公司提供，试验用水为二次去离子水，用0.45 mol/L HNO3逐级稀释为0.0、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 mg/L的标准系列。依次上机测定，采用外标法定量，仪器自动完成校正曲线，测定样品液时，仪器根据校正曲线自动给出各元素的含量值。
1.5 数据分析与计算
利用SPSS 11.5进行基本的统计分析及LSD检验。
锌富集系数=不同部位锌含量/土壤锌含量；
锌转运系数=地上部各部位锌含量/根系锌含量。
2 结果与分析
2.1 棉花不同器官的锌含量
由表1可知，随着土壤锌浓度的增加，棉花根、茎、叶、棉絮中的锌含量显著增加，不同锌处理棉絮的锌含量最低。
当土壤锌含量为100 mg/kg时，棉花各部位锌含量顺序为叶>茎>根>棉絮；土壤锌含量为400～800 mg/kg时，棉花各部位的锌含量顺序为叶>根>茎>棉絮；土壤锌含量为1 200～1 600 mg/kg时，棉花各部位的锌含量顺序为根>叶>茎>棉絮；当土壤锌处理浓度为1 600 mg/kg时，棉花根的锌含量最高为135.694 3 mg/kg，棉花没有结出棉铃。锌污染处理条件下，锌在棉花体内的分布规律为：土壤锌浓度等于100 mg/kg时，棉花叶和茎的锌含量较高；土壤锌浓度大于400 mg/kg时，锌则主要富集在棉花的叶和根中；各处理中棉絮的锌含量最低，当土壤锌浓度达到1 600 mg/kg时，棉花的生殖过程受到抑制。
2.2 棉花不同部位的锌富集系数
由表2可知，棉花不同部位的锌富集系数均小于1，随着土壤锌含量的增加，锌在根、茎、叶、棉絮中的富集系数逐渐降低。当土壤锌含量为100 mg/kg时，棉花叶片的锌富集系数最高为0.654，其次为茎、根和棉絮。土壤锌含量在800 mg/kg及以上时，棉花各部分锌富集系数均小于0.1。
2.3 棉花不同部位的锌转运系数
植物对金属的转运系数是表征其根系对某种金属的转运能力及其地上部对金属的富集能力的指标之一。表3的数据显示，茎、叶、棉絮的锌转运系数随着土壤锌含量的增加而降低。土壤锌含量等于100 mg/kg时，棉花茎、叶的锌转运系数均大于1，棉花叶片的锌转运系数最高为1.981，这说明在土壤锌浓度较低的情况下，棉花叶片对锌具有一定的富集作用。
3 小结与讨论
随着土壤锌浓度的增加，棉花根、茎、叶、棉絮中的锌含量呈显著增加的趋势，不同锌处理棉絮的锌含量最低。土壤锌含量为100 mg/kg时，锌元素主要富集在棉花的叶和茎中，锌元素在棉花体内分布特征为地上部含量大于根系含量；当土壤锌含量大于400 mg/kg时，锌则主要富集在棉花的叶和根中，棉花根、茎、叶、棉絮的锌富集系数均小于1。土壤锌含量小于1 200 mg/kg时，棉花叶片锌的转运系数均大于1，说明棉花对锌具有一定的富集转运能力，可以尝试在锌污染农田种植棉花来修复其锌污染。当土壤锌含量为100 mg/kg时，棉花叶片的锌转运系数最高为1.981，这说明在土壤锌浓度较低的情况下，棉花叶片对锌具有较高的富集作用。棉花为双子叶植物，锌在棉花体内的分布特征为：当土壤锌浓度较低时，棉花根系吸收转运锌元素至茎叶；土壤锌浓度较高时，棉花根系出现锌富集，但同时棉花叶片中锌含量仍然较高。
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收稿日期：2012-03-13
作者简介：任秀娟（1976-），女，河南许昌人，讲师，硕士，主要从事土壤污染及治理研究，（电话）13782591241（电子信箱）singrule@163.com；
通讯作者，吴大付（1967-），男，河南确山人，教授，博士，主要从事重金属在土壤中的生态效应研究，（电子信箱）uau@hist.edu.com.cn。
