铅是重金属污染中对动植物毒性较大的一种元素，对植物的形态、生长及光合作用都会产生不利的影响(Mishra，2006).近几年，随着我国工业进程的不断加快，我国重金属污染现状也不容乐观，全国受重金属污染的耕地多达2000万hm²，约占耕地总面积的1/5，我国每年出产受重金属污染的粮食多达1200万t，水稻是我国第一大粮食作物，近2/3 的人口以稻米为主食(张宪虎和孙传青，1995；王焕校，2000；卫泽斌等，2005).近年来，以磷来进行铅污染土壤的原位修复治理是铅污染土壤治理的有效方法之一，该方法可有效控制土壤重金属污染，且经济有效，易于实施，因此，正得到越来越多的应用(Oste，2002).磷肥施入土壤后是一个较为复杂的化学过程，在土壤中主要以H₂PO^-₄和HPO^2-₄两种形式存在，土壤中施入H₂PO^-₄和HPO^2-₄后会使土壤对铅的吸附加大，原因在于土壤颗粒表面的阴离子电性增加，提高土壤供磷量可能影响植物体内铅的生物利用率、提高植物抗逆性和耐受力(杨志敏等，1999；黄益宗，2004).研究结果发现(陈世宝和朱永官，2004)不同含磷化合物加入铅污染土壤中可降低土壤中铅的有效性，减少植物茎叶和根组织中铅的含量；磷肥的施用普遍降低了铅在土壤中的生物有效性，从而降低了玉米根系对铅的吸收(焦鹏等，2011).然而，有研究表明过磷酸钙中的Ca²⁺会和Cd²⁺竞争土壤中及根细胞膜表面的吸附位点，从而从土壤中释放活化的镉(Zhu and Alva， 1993；Harter and Naidu， 1995)；研究发现(甲卡拉铁等，2009)磷酸二铵由于NH⁺₄的酸化作用可促进水稻对Cd的吸收，因而本研究选取过磷酸钙和磷酸二铵两种磷肥，以探究两种不同磷肥对土壤及水稻重金属积累的影响及其机理.同时，随着植物吸收土壤养分，重金属也进入植物体内，一些超富集植物富集重金属的特殊能力与其在细胞和亚细胞水平上对有毒金属的区隔化密切相关(Küpper，1999)，因此，亚细胞分布可为植物对重金属的解毒和生物富集机制提供必要信息(Liu and Kottke， 2004).重金属进入植物体内后，各组织对铅、镉等产生胁迫影响，为了抵制大量铅进入细胞内产生毒性，自身还启动了一套保护系统，如铅与细胞壁结合，限制铅进入细胞内等(李丹丹等，2010；王芳等，2010)； Cd 在细胞壁固持和可溶组分的液泡区隔化可能是长柔毛委陵菜耐 Cd 的机制之一(周小勇等，2008)，有关镉等重金属在水稻、蔬菜中的吸收目前已有一些报道，然而有关磷对铅胁迫下水稻亚细胞分布及运转机理却鲜有报道.

本试验采用室外盆栽试验，通过分析水稻的生物量，不同生育期铅在水稻茎叶中的亚细胞分布及成熟期水稻各部分铅含量，明确磷对铅在水稻体内的吸收、运转及分布的影响，为合理施用磷肥降低铅污染的危害提供理论依据，以期寻求有效的措施保障铅污染农田稻米的质量安全.

供试水稻品种为沈稻47；供试土壤为稻田土，土壤基本理化性质(鲍士旦，2000)见表 1.外源添加Pb(Pb(NO₃)₂)浓度为0、800 mg · kg^-1，试验选取过磷酸钙(SSP)和磷酸二铵(DAP)两种磷肥.

表 1(Table 1)

表 1 土壤基本理化性质 Table 1 Basic properties of soil used in the experiment

表 1 土壤基本理化性质 Table 1 Basic properties of soil used in the experiment pH值 有机质/ (g · kg-1) 碱解氮/ (mg · kg-1) 有效磷(P2O5)/ (mg · kg-1) 速效钾(K2O)/ (mg · kg-1) 全氮 / (g · kg-1) 全磷 / (g · kg-1) 全钾 / (g · kg-1) 全铅 / (mg · kg-1) 5.75 28.9 115 11.8 42.3 1.26 0.96 16.1 27.5

试验采用室外盆栽试验，试验均采用20 cm×25 cm塑料桶，每盆装2 mm筛的风干土4 kg，施N(CO(NH₂)₂)0.2 g · kg^-1，K₂O(KCl)0.15 g · kg^-1，试验共分3个磷水平，P含量分别为0.15(根据大田统施磷肥标准进行换算所得)、0.45和0.90 g · kg^-1；6个处理：SSP0.15、SSP0.45、SSP0.90、DAP0.15、DAP0.45和DAP0.90.每个处理3次重复，在底肥加入后2周播种，每盆定苗2株，在网室正常光照生长，收取分蘖期植物样品，测定水稻亚细胞分布，并于成熟期收获，测定地上部分(茎、叶、籽粒)和地下部分(根)的铅含量.

对水稻成熟期的产量及其构成因素进行调查.在成熟期，对每盆苗株进行平均株高、秸秆生物量、每盆有效穗数、单穗穗粒数、千粒重进行测量，对水稻脱壳处理后，称量籽粒生物量.

于分蘖期采集水稻地上部分，将水稻分为茎和叶两部分(去穗部分)，并用去离子水冲洗.亚细胞组分的分离参照Weigel和Jager(1980)和Rathore等(1972)研究方法建立的亚细胞分级方法，并略作改动(李枝，2009).提取沉淀部分为细胞壁部分(F1)，底层碎片为细胞器组分(F2)，上层清液为胞液组分(F3)，包括细胞质及液泡内大分子有机物及无机离子(周卫等，1999).采用HNO₃-HClO₄消煮法对样品进行处理，用ICP-OES(VISTA-MPX，USA)测定Pb的含量.

植物及土壤样品处理后，加V(HNO₃)∶ V(HClO₄)=87 ∶ 13，消煮直至澄清，定容过滤，用等离子发射光谱仪ICP-OES(VISTA-MPX，USA)测定铅的含量.

所有数据采用Excel软件进行统计处理，采用SPSS17.0进行处理间差异显著性及相关性分析.

通过定量的探讨在铅污染土壤上施入不同种类及用量的磷肥对水稻产量指标的影响，从而确定最佳的施磷肥方案以及对在铅污染土壤中种植水稻的改良作用.

由表 2可知，在不添加铅污染的情况下，施加SSP的水稻各部分生物量均减少，但随着施加SSP的浓度加大，水稻各部分生物量的减少幅度降低，降幅差异最小的是水稻茎叶部位的生物量，分别下降了12.64%和10.48%；施加DAP的水稻各部分的生物量随着DAP浓度的增大而先减少后增大，在施加DAP的浓度为0.45 g · kg^-1时，水稻各部分生物量均减少，水稻籽粒生物量降幅最大，为24.2%；在施加DAP的浓度为0.90 g · kg^-1时，水稻各部分浓度均增加，水稻籽粒生物量增幅最大，为13.31%.

表 2(Table 2)

表 2 两种磷肥对水稻生物量生产的影响 Table 2 Influence of two phosphates on the biomass production of rice

表 2 两种磷肥对水稻生物量生产的影响 Table 2 Influence of two phosphates on the biomass production of rice Pb水平/ (mg · kg-1) P水平 / (g · kg-1) 生物量/(g · 钵-1) 籽粒 根 茎叶 合计 SSP DAP SSP DAP SSP DAP SSP DAP 注：不同字母表示水稻同一器官同种磷肥不同浓度之间有显著差异. 0 0.15 67.57a 56.57b 15.63a 13.56a 63.45a 57.13a 146.65a 127.26b 0.45 57.60c 55.20c 13.32c 13.23a 55.43b 57.10a 126.35c 125.53c 0.90 62.10b 64.10a 14.36b 15.36b 56.80b 63.05b 133.36b 142.51a 800 0.15 57.15c 63.45c 9.11b 10.68b 45.87c 56.65c 112.31c 130.78c 0.45 60.30b 68.25b 9.83a 11.49a 50.03b 64.45b 119.96b 144.19b 0.90 61.40a 71.95a 9.79a 11.11a 52.73a 81.67a 123.92a 165.73a

在添加800 mg · kg^-1铅污染的情况下，施加SSP和DAP的水稻各部位生物量都有所增加，以施加DAP的水稻茎叶生物量增幅最大，增加了13.77%和44.17%；施加SSP的水稻茎叶生物量增幅较明显，分别为9.07%和15.00%.同时，在表 2中当Pb含量为800 mg · kg^-1时，相同P水平下施加DAP的水稻籽粒和茎叶生物量大于无铅污染条件下，造成此结果的原因可能是因为低浓度的Pb能够促进植物的生理代谢活动，如茎叶内叶绿素含量、可溶性糖含量均有不同程度的增加(刘秀梅等，2002)，而本实验设置的Pb浓度未达到对水稻产量影响的高浓度，又因DAP中含有氮元素，因而DAP在铅污染条件下对水稻产量的作用优于SSP.

土壤中铅的含量直接影响水稻对铅的吸收以及水稻的生长，由表 3得出，在铅污染浓度为800 mg · kg^-1时，施加两种磷肥均降低了土壤有效铅含量，随着磷肥浓度的增加，土壤中有效铅含量分别下降39.67%和29.62%，由此表明施加SSP改良土壤铅污染的效果略优于DAP，因而施加SSP和DAP，有效“固定”了土壤中铅，并在水稻内部被阻隔在细胞壁中，从而降低铅对植物的毒害.

表 3(Table 3)

表 3 各处理下土壤有效态铅含量 Table 3 The content of heavy metals in soil

表 3 各处理下土壤有效态铅含量 Table 3 The content of heavy metals in soil P水平/ (g · kg-1) 土壤有效态Pb含量/(mg · kg-1) SSP DAP 0.15 735 757 0.45 579 622 0.90 443 533

由图 1可见，不同的磷肥对不同器官的Pb含量的影响差异显著，铅被水稻吸收以后，大部分停留在根部，少量向地上部分转移，Pb在水稻体内的分布表现为根＞茎＞叶＞籽粒，即Pb在水稻体内的分布主要以在新陈代谢旺盛的植物体部分蓄积量较大，而营养储存器官，如茎叶、籽粒中的蓄积量则较少.两种磷肥对水稻同一器官中Pb含量的影响差异显著，Pb在植物体内的含量随着外源添加P的浓度增加而减少.

图 1(Fig.1)

图 1 Pb在水稻各器官的浓度(不同字母表示水稻同一器官同种磷肥不同浓度之间有显著异) Fig.1 Pb concentration in rice organs(Different letters(a and b)indicated significant difference in concentrations of phosphate fertilizers in rice)

由表 3和图 1可以看出，SSP和DAP都有效的降低了土壤及植株根、茎、叶及籽粒对于Pb的吸收，在水稻的根、茎、叶、籽粒4部分分别降低了41.88%和24.68%、14.95%和78.22%、29.89%和21.41%、38.36%和33.69%，SSP与DAP相比总体效果显著，但DAP在降低水稻茎Pb的积累上有明显效果.

由表 4可见，两种磷肥对铅胁迫下的水稻茎叶(鲜重)亚细胞分布的影响差异显著.从Pb的分配比例来看，对于施加SSP的水稻茎叶亚细胞中，细胞壁所占的比例最高(43.03%~77.94%)，其次是细胞器部分(16.90%~38.18%)，少量分布在可溶性部分(5.16%~18.79%)，即细胞壁＞细胞器＞可溶性部分，表明SSP对水稻茎叶亚细胞中的Pb有较强的束缚能力；对于施加DAP的水稻茎叶亚细胞中，细胞壁所占比例较高(44.33%~80.23%)，其次是可溶性部分(13.49%~37.11%)，少量分布在细胞器中(6.28%~19.83%)，即细胞壁>可溶性部分>细胞器. Pb污染浓度由0增加到800 mg · kg^-1时，SSP和DAP处理下的水稻茎叶中，细胞壁中Pb浓度急剧上升，细胞器和可溶性部分中Pb浓度下降.在SSP和DAP两个处理中，随着两处理磷肥浓度的增加，细胞壁的分配比例上升，分别上升6.23%和3.88%，而SSP处理下细胞器和可溶性部分平均下降了16.61%和9.60%，DAP处理下两部分平均下降了0.41%和0.66%；说明SSP和DAP均对于Pb有较强的束缚能力，且SSP和DAP浓度的增加增强了其对于Pb的束缚能力，从而减轻铅对组织的损伤.

表 4(Table 4)

表 4 水稻茎叶细胞各组分中铅的含量 Table 4 Plumbum content in rice leaf cell components

表 4 水稻茎叶细胞各组分中铅的含量 Table 4 Plumbum content in rice leaf cell components Pb水平/ (mg · kg-1) P水平 / (g · kg-1) 铅的含量/(mg · kg-1) SSP DAP F1 F2 F3 F1 F2 F3 注：F1：细胞壁部分； F2：细胞器部分； F3：可溶性部分，数据用Mean±S.D.(n=3)表示，括弧内的数字为分布百分率. 同一种含磷化合物相同组分内不同小写字母表示不同浓度间差异显著(p<0.05). 0 0.15 1.42±0.01c 1.26±0.01a 0.62±0.02a 1.72±0.01b 0.72±0.01a 1.44±0.01a (43.03%) (38.18%) (18.79%) (44.33%) (18.56%) (37.11%) 0.45 1.42±0.24c 1.15±0.10a 0.49±0.08a 1.59±0.01b 0.71±0.03a 1.41±0.02a (46.25%) (37.46%) (15.96%) (42.86%) (19.14%) (38.00%) 0.90 1.44±0.01c 1.02±0.02c 0.39±0.03b 1.42±0.02b 0.68±0.03a 1.33±0.01a (50.53%) (35.79%) (13.68%) (41.40%) (19.83%) (38.78%) 800 0.15 2.78±0.03b 1.02±0.01b 0.33±0.11c 3.60±0.01a 0.31±0.02b 0.92±0.01b (67.31%) (24.70%) (8.00%) (74.53%) (6.42%) (19.05%) 0.45 3.64±0.21b 0.99±0.01b 0.32±0.01c 3.56±0.01a 0.29±0.04b 0.69±0.03b (73.54%) (20.00%) (6.46%) (78.41%) (6.39%) (15.20%) 0.90 4.38±0.13a 0.95±0.10a 0.29±0.02a 3.45±0.01a 0.27±0.11c 0.58±0.13c (77.94%) (16.90%) (5.16%) (80.23%) (6.28%) (13.49%)

本实验在Pb污染条件下，水稻对添加不同种类、不同浓度的磷肥的反应不同.对于同种浓度的不同磷肥，施加SSP的水稻各部位生物量均大于施加DAP的水稻各部位生物量；而施加同种磷肥的不同浓度，水稻各部位生物量变化呈现不同趋势，以施加DAP的茎叶生物量增幅最为明显，但总体比较施加SSP的水稻生物量变化明显.说明不同种类及适量浓度的磷与Pb的拮抗作用能够缓解Pb对水稻生长的抑制，同时，磷作为作物生长的必需营养元素之一，是作物体内许多重要化合物的组成部分，如核酸、蛋白质、磷脂等，同时参与蛋白质和碳水化合物的合成，增强了作物的抗逆能力，促进了水稻的生长、增加了水稻的产量，从而在一定程度上缓解污染土壤Pb的毒害作用(杨居荣等，1993).但在铅污染条件下，根的生物量明显减少，根的生物量随着磷浓度的增加先增大后减少，这可能是由于植物在生长过程中缺乏磷素，为了有较大空间获取磷素，根系不断生长，而随着已获取的磷素足够多时，根系就不需要伸长就能获得足够的磷素，这是一种适应性的变化(刘辉等，2009).

重金属在土壤中的存在形态较多，有效态重金属对作物吸收最为重要，磷肥的施用普遍降低了土壤中有效态Pb的含量(Chen et al., 2007).本实验研究表明两种不同的磷肥对于抑制Pb污染水稻各部分的积累有明显效果，Pb在水稻体内的分布规律为根＞茎＞叶＞籽粒，Pb在植物体内的含量随着土壤中Pb含量的增加而增加，同时随着外源添加P浓度的增加而减少，但是SSP与DAP相比总体效果显著，这是因为SSP和DAP 属水溶性磷肥，施入土壤后会被快速分解，且易被植物吸收，因此，土壤速效磷含量随施入磷肥量的增加而迅速增加(陈青云等，2011)，同时SSP含有丰富的Ca²⁺，而DAP没有，Ca可能对P-Pb沉淀反应有促进作用(刘秀梅等，2002).磷可降低土壤中Pb的生物有效性，污染土壤中Pb的有效性主要取决于其化学形态，可溶性磷加入土壤后，土壤溶液中Pb²⁺与磷肥、土壤中的其他化学成分(OH^-、HPO^2-₄等)发生化学反应形成沉淀而被土壤互相固定，导致P对Pb的吸收在土壤和植物体内形成难溶的磷酸铅类化合物(陈世宝等，2007)，从而降低水稻对于土壤Pb的吸收.

重金属对植物的毒害作用及植物的耐受性，主要与植物对重金属的积累与迁移、重金属在植物体内各部分的分配以及与植物体内物质结合形态有关(杨居荣等，1993).因此，众多学者研究发现植物内部解毒主要以重金属在植物细胞壁的沉淀以及细胞内的区隔化分布为主.本实验研究发现，两种含磷化合物在铅胁迫下的水稻茎叶亚细胞分布中差异显著.施加SSP的水稻茎叶亚细胞组分Pb含量表现为细胞壁＞细胞器＞可溶性部分，而施加DAP的水稻茎叶亚细胞中细胞壁＞可溶性部分＞细胞器.这可能是因为施加SSP和DAP的水稻细胞中Pb²⁺被束缚在细胞壁中，只有当细胞壁上的Pb²⁺达到一定浓度时，Pb²⁺才会穿过细胞壁进入细胞器和细胞液中，施加DAP的各亚细胞组分中，Pb²⁺很好的被束缚在细胞壁中(侯晓龙等，2012)，因此在Pb胁迫下，水稻茎叶中的绝大部分Pb被分配在细胞壁部分，其次是可溶性部分，细胞器中Pb较少，这与大部分前人的研究结果一致；而施加SSP的细胞器部分分配比例高于可溶性部分，这可能是因为Pb的浓度高于可溶性部分的固定能力，向细胞器的转移可以降低Pb在可溶性部分的毒性，并加快Pb的转移.同时，磷可能与植物中的铅形成磷酸盐沉淀，由于磷酸盐的难溶性使得部分铅离子附着在细胞壁上，而SSP中Ca²⁺也可能与磷形成磷酸盐沉淀，使得更多的铅离子形成磷酸盐等难溶性物质附着在细胞壁上，因此两种磷肥对于降低水稻中铅的积累影响差异较大.

1)在铅胁迫下，水稻各部分生物量随着磷施用浓度的增大而增大，施加DAP的水稻叶生物量增幅最大，增幅为44.17%，施加SSP的水稻茎、叶生物量增幅为9.07%和15.00%.

2)两种磷素都有效地抑制了水稻对重金属Pb的吸收，以SSP的效果最为显著，其有效地降低了水稻籽粒Pb的含量，对于调控Pb污染土壤中水稻安全生产有着重要作用.

3)两种磷肥在铅胁迫下的水稻茎叶亚细胞分布中差异显著，施加SSP的水稻茎叶中，Pb的分布整体上表现为细胞壁＞细胞器＞可溶性部分；而施加DAP的水稻茎叶中，表现为细胞壁＞可溶性部分＞细胞器.