通过盆栽试验研究了温室栽培条件下Cd和Cu混合物对胡萝卜和白菜生长和养分的影响。

该研究包括：（a）土壤和土壤动物响应Cd和Cu胁迫的物理化学特性;（b）胡萝卜和白菜的重金属、长度、生物量、糖和胡萝卜素含量的生物累积;（c）通过多元回归分析估计Cd和Cu混合物的影响。

结果表明，重金属对土壤动物密度有负面影响。植物金属含量随土壤中Cd和Cu污染而明显增加。生物量产量和养分随着Cd和Cu含量的增加而下降。

Cd处理使胡萝卜根中糖含量降低最大;添加Cd和Cu混合物后，胡萝卜胡萝卜胡萝卜素含量降低最大，白菜枝上糖含量降低20.1%，维生素C含量降低400.1%。

多元回归分析结果表明，Cd和Cu的组合对胡萝卜和白菜均有负面影响，生长和营养物质均与金属含量呈负相关。结果表明，随着Cd和Cu梯度浓度的增加，Cd和Cu混合物对蔬菜植株造成了毒性损害。

引言

在最近几十年中，由于人为活动，如采矿或工业活动，废水灌溉，不当使用富含重金属的肥料和杀虫剂，农业中的重金属污染成为一个严重的问题。

Sharma等人发现Cd和Cu对当地居民构成健康风险。Cd在自然界中广泛存在，但对生物体不是必需的。由于其高生物利用度和容易进入食物链，这是最大的环境问题之一，这导致对生物体的严重毒性。

铜是微量的必需微量营养素，但在高浓度下可能是一种潜在的有毒物质。它会导致植物的形态、解剖和生理变化，降低食物生产力和质量。

Cd和Cu的混合物尤其在中国东北地区不容忽视，因为由于农用化学品的过量使用，土壤中Cd和Cu的污染变得越来越严重。

新鲜蔬菜对人类健康饮食至关重要，因为它们含有蛋白质、维生素、碳水化合物、矿物质和微量元素等必需营养素。然而，蔬菜容易受到Cd和Cu的影响，并且很容易将它们积聚在根，茎和叶中，然后通过饮食食用蔬菜输送到人体。

因此，食用被重金属污染的蔬菜可能会对人类健康构成风险。许多研究表明，重金属引起慢性中毒和对正常新陈代谢的有害影响，人体内脏功能障碍，给我们的中枢神经系统带来不可逆的损害。

近年来，关于单一重金属对蔬菜的影响的主题已经得到充分调查。然而，文献中关于中国东北地区镉和铜联合污染的报道很少。

尽管如此，在许多土壤污染的情况下，两种或两种以上的重金属元素通常共存，即重金属混合污染。因此，研究Cd-Cu联合污染对蔬菜的影响至关重要。

在本研究中，选择在中国广泛消费的胡萝卜和白菜作为测试蔬菜。通过盆栽试验，研究了Cd和Cu混合物对土壤理化性质、土壤动物种群特征、胡萝卜和白菜生物量和养分含量的影响。

本研究旨在探讨Cd和Cu混合物污染对蔬菜的影响机制;为土壤质量评价和蔬菜栽培重金属混合物污染提供理论依据。

1.材料和方法1.1.实验设计

本实验的温室位于中国科学院东北地理与农业生态研究所，中国长春。在研究期间，温室温度在18-30°C范围内，空气湿度在55%至80%之间变化。

用于蔬菜种植的粘壤土来自中国长春的农田。将土壤样品风干并通过2毫米筛后，然后将80公斤的土壤放入每盆中用于胡萝卜和白菜栽培。

胡萝卜和白菜分别在120天和60天的生长期后收获。所有样品均用去离子水彻底洗涤。

一些新鲜蔬菜样品用于立即测量长度和质量分析，其余的在70-80°C下烘干至恒定重量，用于干燥生物质和进一步的矿物质分析。采集土壤样品以确定pH值、有机质、Cd和Cu浓度以及土壤动物的数量。

2.土壤分析2.1.土壤中的重金属

将土壤样品在室温下风干，粉碎，通过0.149毫米尼龙筛，然后与HF，HClO的混合物一式三份消化4和HNO3用于分析Cd和Cu的总含量。采用石墨炉原子吸收光谱法。采用火焰原子吸收光谱法。

土壤中有效重金属的分析是通过含有0.05molL的混合物提取有效Cd和Cu，0.01摩尔L−1氯化钙2和0.1摩尔L−1三乙醇胺。

简而言之，10毫升EDTA-CaCl2-TEA混合物加入聚丙烯管中，其中含有5g土壤样品。将聚丙烯管在往复振荡器上以150rpm振荡3小时，将悬浮液以3000rpm离心20分钟，然后使用0.45mm膜过滤器过滤。采用石墨炉原子吸收光谱法和火焰原子吸收光谱。

2.2.蔬菜分析2.2.1.蔬菜中的重金属

干胡萝卜和白菜的根和芽用HNO消化盐酸的方法。采用石墨炉原子吸收光谱法。通过火焰原子吸收光谱法。

2.2.2.胡萝卜素

新鲜胡萝卜洗净并擦干后，去除胡萝卜最外层最薄的部分和中央白色部分。将剩余的成分切片，然后将部分放入研磨机中，直到变成细糊。

在黑暗中向40.0克胡萝卜糊中加入5毫升丙酮以提取胡萝卜素，然后离心提取。上清液通过滤纸。在紫外-可见分光光度法中估计提取物的吸光度为2011nm波长。

2.2.3.糖

蒽酮-硫酸法用于测定胡萝卜和白菜的总糖含量。将破碎的胡萝卜和白菜新鲜样品分别放入试管中，加入10ml蒸馏水，然后用水浴煮沸20分钟。

将上述样品冷却，离心，上清液通过滤纸。将5ml蒽酮加入1.0ml提取液中，然后在紫外-可见分光光度法中以620nm波长测量。

2.3.统计分析

使用基于单因素方差分析的最小显著差异（LSD）检验对数据进行统计分析，使用在P小于0.05或P小于0.01水平进行。

使用皮尔逊相关系数评估相关性。采用软件进行多元回归分析。所有的数字都是使用软件绘制的。

3.结果和讨论3.1.镉和铜混合物对土壤的影响3.1.1.Cd和Cu混合物对土壤中Cd和Cu含量的影响

本研究测定了土壤中Cd和Cu的总含量和速效含量，下图结果表明，不同处理的土壤样品之间存在较大的差异。

随着土壤中Cd和Cu添加量的增加，Cd和Cu的总含量和速效含量增加。各重金属速效浓度远低于其总浓度。

3.1.2.Cd和Cu混合物对被测土壤理化性质的影响

土壤pH值是土壤最重要的物理化学性质之一。据报道，土壤pH值是影响流动性和生物利用度的主要因素。

pH值低于7.0的土壤很容易重金属从土壤固体成分迁移到土壤溶液中，正如对Cu所观察到的那样。添加重金属的pH值略低于对照处理。重金属离子与H离子竞争吸附位点，导致吸附的H离子减少，这可能是pH值降低的原因。

有充分的证据表明，有机物是土壤中的有利成分。由于其高阳离子交换能力（CEC）以及与土壤中重金属离子形成螯合化合物的能力，它在保护土壤方面发挥了重要作用，这导致重金属的生物利用度降低和植物吸收的风险。

3.1.3.Cd和Cu混合物对土壤动物的影响

土壤动物作为土壤生态系统的重要组成部分，在有机物质降解、养分循环、土壤结构和质地方面对地下生态系统的功能非常重要。

它们具有数量大、品种多、运动范围小、对Cd、Cu等重金属敏感度高等特点，主要土壤动物物种信息在各方面与土壤生态系统密切相关。在这方面，土壤动物被认为是土壤干扰、养分富集或土壤污染的潜在生物指标，因为它们与土壤的各种物理和化学特征有关。

添加单镉后，土壤动物数量减少了。虽然Cu是必需的微量元素之一，但Cu对土壤动物有不利影响。结果表明：土壤动物的多样性和丰度随Cd和Cu污染物的降低而降低;

3.2.镉和铜混合物对蔬菜的影响3.2.1.胡萝卜和白菜可食用部分的生物量和长度

单次Cd添加量与胡萝卜根系Cd速效含量呈显著负相关。在植物中，Cd通过从金属结合蛋白和转录因子中取代必需金属来破坏它们，通过抑制光合作用，呼吸和矿物质吸收以及干扰植物水分状态来影响根系生长和生物量产生。

土壤中单次添加Cu略微增加胡萝卜根干生物量，而铜含量较高减少了13.84%。原因可能是Cu是植物生长发育的必需元素，因此低浓度的Cu可以增强胡萝卜的生物量。

高铜危害植物的机制可能是通过参与植物代谢的酶刺激的生理作用。高浓度的Cu限制了根系的生长，导致Mg和Fe的缺乏，并导致植物中叶绿素的减少，从而对植物生长产生毒性作用并失去生物量。

3.2.2.胡萝卜和白菜中镉和铜的生物累积

随着土壤中Cd浓度的增加，胡萝卜植株中Cd积累量逐渐增加，这意味着土壤中重金属含量高会增加蔬菜对这些金属的潜在吸收。

大多数胡萝卜Cd的易位因子（TF）均低于1.0，表明胡萝卜根部积累的Cd多于上部。结果表明，在大多数植物中，Cd向木质部的转运受到限制，并且在种子，果实和块茎等地上部分较低，因此认为Cd在韧皮部中不容易易位。

在土壤中金属添加量高的情况下，蔬菜和土壤中重金属的比例降低。原因是即使在剧毒条件下，植物也有调节木质部汁液中铜络合的机制，最大限度地减少高浓度游离Cu离子造成的潜在损害。

3.2.3.在镉和铜污染土壤中生长的胡萝卜和白菜的营养成分

与对照处理相比，单次添加Cd或Cu显著降低了胡萝卜中糖含量。当土壤被Cd和Cu混合物污染时，随着土壤中Cu和Cd梯度浓度的增加，糖含量逐渐降低。

胡萝卜中胡萝卜素含量受单次添加Cd的影响显著，降低量分别高达31.3%，47.1%和68.3%比较对照治疗。

单次铜的添加也略微降低了胡萝卜素的含量。当向土壤中添加Cd和Cu混合物时，随着土壤中Cd和Cu混合物的浓度，胡萝卜素含量降低。

3.3.相关性分析

采用多元回归分析，揭示胡萝卜和白菜中Cd和Cu含量对其生长和养分含量的多重影响。多元回归分析结果表明，胡萝卜和白菜食用部分胡萝卜和白菜的生物量、长度和营养物质含量与Cd和Cu含量呈负相关。

结果表明，随着蔬菜中Cd和Cu含量的增加，蔬菜生长和营养合成受到抑制，产量和品质均有所下降。

4.结论

本研究研究了Cd和Cu联合污染对蔬菜生理和生长指数的影响。结果表明，Cd和Cu对土壤的联合污染导致土壤动物生物多样性丧失，土壤质量退化，可能不利于植物生长。

随着土壤中Cd和Cu梯度含量的增加，蔬菜植株的长度、生物量和养分含量逐渐降低。

结论

应采取有效方法控制土壤中的重金属污染，特别是毒性严重的重金属;否则，食用蔬菜可能会对蔬菜产生负面影响，甚至对人体健康构成巨大威胁。

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