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铜污染土壤的超富集、富集植物筛选

赵达伟  
【摘要】:近年来,由于“三废”排放、含铜矿产的开采、含铜杀菌剂的长期大量使用和城市污泥的堆肥利用,使某些地区土壤含铜量增加,一旦超过了土壤环境容量,就会影响生态系统的安全。对于土壤重金属铜污染修复问题,植物提取修复技术由于费用低廉、不破坏土壤结构、实施方式简便、容易操作的特点广受环境科学工作者的青睐。而超富集、富集植物的筛选是植物提取修复的关键所在,同时也是环境污染修复领域研究的热点之一。针对我国目前已发现的铜超富集植物种类与数量较少的现状及修复实践的需求,本文根据铜超富集、富集植物科属分布的特点,选取了罗勒(Polygala chinensis L.)、金盏菊(Calendula officinalis L.)、油麦菜(Lactuca sativa L.)、白晶菊(Chrysanthemum paludosum)、高羊茅(Festuca arundinacea Schreb.)、苋菜(Amaranth)、雁来红(Amaranthus tricolorL.)、松叶牡丹(Portulaca pilosa)、石竹(Dianthus chinensis L.)、白三叶(Trifolium repens Linn)等10种前人未研究过的植物,设定了不同的浓度梯度,进行了室外盆栽模拟试验。对不同铜浓度处理下它们的生长状况、生物量、植物体内的铜含量、对外源铜的吸收总量(对铜的总积累量)、富集系数和转运系数分别做了比较系统的研究,探索不同种类植物对铜的吸收及富集特点,以期筛选铜的超富集或富集植物,为铜污染土壤的植物修复提供参考。主要研究结果如下 (1)不同种类的供试植物对铜的耐性程度有差别。按植物对铜耐受程度的强弱,可将供试植物分为两类:①耐性较强植物,如油麦菜、高羊茅、白三叶、金盏菊可在铜含量为1000mgkg-1时正常生长;②耐性一般的植物,如罗勒、白晶菊、苋菜、雁来红、松叶牡丹、石竹在试验所设置的最高浓度1000mg kg-1均不能正常生长。 (2)铜处理对供试植物生物量的影响因植物种类不同而异。铜处理浓度与植株生物量之间的关系为:①低浓度促进生长,高浓度抑制生长。如高羊茅、白三叶、苋菜、松叶牡丹、石竹;②在任何铜处理浓度下,生物量都远小于对照。即铜的敏感种,如白晶菊;③植株生物量随着土壤中铜浓度的增加有两个高峰。如罗勒、金盏菊、油麦菜、雁来红。 (3)10种供试植物对铜的吸收能力因种类和植株部位的不同而各异。分为以下几类:①植株地上部分铜含量大于400 mg kg-1,如高羊茅和白三叶最大值分别为434.07 mg kg-1、465.89 mg kg-1;②植株地上部分铜含量大于100 mg kg-1,如罗勒、苋菜分别达到138.07mg kg-1和235.03 mg kg-1;③植株地上部分铜含量较低(小于100mg kg-1)。如金盏菊、白晶菊、油麦菜、雁来红、松叶牡丹和石竹的铜含量分别为73.51 mg kg-1、64.24 mg kg-1、52.45 mg kg-1、52.01 mg kg-1、21.90 mg kg-1和21.54 mg kg-1。但总体上所有供试植物都没有达到铜超富集植物的地上部分铜含量必须超过1000mg-kg-1的筛选标准。 (4)植物生物量的大小对铜吸收总量有一定的影响。按植株对土壤中铜的吸收量不同,可以分为以下两种:①生物量较大的植物可从土壤内大量吸收铜。如高羊茅生物量最大,干重达4.39g,铜的吸收质量最高达到2.5 mg;②生物量较小的植物从土壤内吸收的铜总量较低。如金盏菊干重为2.45g,铜的吸收质量最大仅为0.20mg。 (5)不同植物对铜的富集能力系数不同。具体规律如下:①植株地上部富集系数大于或接近1,如高羊茅、白三叶;②植株地上部分富集系数小于1,如罗勒、金盏菊、油麦菜、松叶牡丹、苋菜、白晶菊、雁来红、石竹。 (6)所有供试植物对铜的转运能力主要归纳为以下3种:①转运系数在各个铜处理浓度下都大于1。生物转运能力较强。代表植物:雁来红、石竹;②植物转运系数在各个铜处理浓度下都小于1。生物转运能力较弱。代表植物:高羊茅、金盏菊、油麦菜;③转运系数在各个铜处理浓度下大于或小于1,无规律性。代表植物:罗勒、白晶菊、苋菜、松叶牡丹和白三叶。 (7)综上所述,本试验未发现铜超富集植物,但高羊茅、白三叶因其生物量较大,植株地上部对铜的吸收总量相对较高,对铜有较强的耐性,地上部富集系数大于或接近1,可将其作为铜耐性植物,可用作铜污染区绿化用途。


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