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鱼腥草对铅锌复合污染的响应与金属累积特性

李铮铮  
【摘要】: 重金属复合污染是土壤污染的主要存在形式。植物修复现已被普遍认为是治理重金属复合污染土壤的有效技术之一,而具有潜在重金属耐性和超富集能力的植物是重金属污染土壤植物修复技术的基础。本文以鱼腥草(Houttuynia cordata Thunb)作为研究材料,通过土壤培养试验和营养液培养试验,分别就Pb、Zn及其交互作用对鱼腥草生长发育及Pb、Zn在鱼腥草体内积累和分配的影响,鱼腥草对Pb、Zn的迁移转运和富集能力,土壤Pb、Zn形态变化与鱼腥草吸收累积Pb、Zn的关系,Pb、Zn及其交互作用对鱼腥草生理生化特性的影响以及鱼腥草的土壤修复潜力等进行了研究。结果表明: 1.低浓度Pb对鱼腥草生长发育有一定刺激作用,尤其是促进了鱼腥草的生殖生长;高浓度Pb(≧2000mg/kg)抑制了鱼腥草的生长,但影响不显著,未表现出明显受毒害症状,表明鱼腥草具有较强的耐Pb毒性能力。Zn在一定浓度时可以促进鱼腥草生长,但高浓度Zn(本实验中为≧500 mg/kg)会显著抑制其生长,对鱼腥草的生长发育产生明显的毒害作用。Pb-Zn交互作用对鱼腥草生长发育的影响取决于不同的浓度组合,低浓度Pb对Zn的毒害表现为拮抗作用;而高浓度Pb对Zn的毒害表现为协同作用。Pb、Zn及其交互作用对鱼腥草生长发育的影响大小为:Zn>Pb>Pb-Zn。 2.单一Pb胁迫下,鱼腥草根、茎、叶中Pb含量均随Pb处理浓度的增加极显著升高,Pb在鱼腥草体内的累积量为茎>根>叶。单一Zn胁迫下,鱼腥草根中Zn含量随Zn处理浓度的增加极显著升高,鱼腥草茎和叶中的Zn含量都是随着Zn处理浓度的增加先上升到Zn浓度达1000mg/kg后急剧下降,说明外源高浓度Zn处理抑制了Zn在鱼腥草体内向地上部的转运,明显影响到Zn在鱼腥草各部位的分配。鱼腥草根、茎、叶中累积Pb含量规律均以二次方程拟合最好,累积Zn规律在根部以对数方程拟合最佳,茎和叶累积Zn规律则较符合二次方程,说明鱼腥草不同部位对Pb和Zn具有不同的累积规律。Zn对鱼腥草累积Pb表现为拮抗作用;Pb对鱼腥草累积Zn则是随着Pb添加量的增加表现为先促进而当Pb添加量超过1000mg/kg后转为抑制。可以看出,Pb、Zn在不同的浓度比及组合下对鱼腥草的生长和重金属积累等会产生不同的交互作用类型。 3.外源Pb浓度的增加促进了鱼腥草体内的Pb从根部向地上部的转运,Pb胁迫下,鱼腥草地上部与根部Pb累积量的比值均大于1,表明鱼腥草对Pb具有较强的迁移转运能力;Zn胁迫下,鱼腥草地上部与根部Zn累积量的比值随处理浓度的增加先增大后在Zn浓度达1000mg/kg时急剧减小,表明在鱼腥草正常生长的土壤Zn浓度范围内,鱼腥草根系对Zn的吸收为主动吸收,具有较强的向地上部转运Zn的能力,但高浓度Zn对鱼腥草产生了较强毒害作用,根系吸收的Zn不能主动向地上部转运,变为被动吸收,导致鱼腥草对Zn的转运能力急剧减弱。Pb胁迫下,鱼腥草对Pb的富集系数均较高,表现出对Pb较强的富集能力;鱼腥草对Zn的富集系数随Zn浓度的增加先显著升高而在Zn浓度≧500 mg/kg后急剧下降至明显低于对照,说明鱼腥草在能正常生长的介质Zn浓度范围内对Zn的富集能力普遍较强,但在高浓度Zn胁迫下鱼腥草已受到明显毒害,富集能力较弱。 4.随外源Pb、Zn浓度的增加,土壤中总Pb、Zn含量和各形态Pb、Zn含量均显著增加。土壤中各形态Pb含量关系为:交换态>碳酸盐结合态>残渣态>铁锰氧化物结合态>有机结合态;土壤中各形态Zn含量关系为:交换态>碳酸盐结合态>铁锰氧化物结合态>残渣态>有机结合态。鱼腥草累积土壤Pb的主要形态为交换态,而有机结合态、铁锰氧化物结合态和碳酸盐结合态在一定条件下均可被鱼腥草吸收,残渣态则难以被鱼腥草利用,土壤中各形态Pb对鱼腥草累积Pb的贡献为:交换态>有机结合态>铁锰氧化物结合态>碳酸盐结合态;鱼腥草累积土壤Zn的主要形态为交换态和有机结合态,碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态在一定条件下也可被鱼腥草吸收,残渣态Zn难以被鱼腥草利用,土壤中各形态Zn对鱼腥草累积Zn的贡献为:交换态>有机结合态>铁锰氧化物结合态>碳酸盐结合态。 5.随Pb浓度的增加(50~400mg/L),鱼腥草叶绿素含量逐渐降低但无显著变化;Zn在一定浓度下能提高鱼腥草叶绿素含量,而在高浓度Zn(50mg/L)胁迫下,叶绿素含量急剧下降。鱼腥草叶片中SOD、POD和CAT三种酶活性都是随Pb浓度的增加先上升后下降;随着Zn浓度的增加,SOD和CAT也是先上升后下降,POD则是逐渐上升。Pb-Zn交互作用增加了鱼腥草叶绿素含量,对SOD和POD活性具有抑制作用,对CAT活性影响不明显。单一Pb、Zn胁迫对鱼腥草叶绿素含量和抗氧化酶系统的影响大于Pb、Zn二者的共同作用。


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