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镉污染土壤的超积累植物研究

梁娜  
【摘要】: 土壤是人们进行农业生产的主要场所,土壤重金属污染具有隐蔽性、积累性、长期性、不可逆性,直接涉及食物链的安全和人类健康,研究和治理土壤重金属污染具有重要的理论和现实意义。近几年发展起来的植物修复技术受到广大环境科学工作者的青睐,超积累植物的筛选作为一种修复重金属污染土壤的主要途径,成为国内外学者研究的热点之一。为了寻找能在污染土壤中生长较好并能对土壤中的镉具有较强吸收、富集和转运能力的植物,作者在前人研究的基础上,选取黄心乌、曼陀罗、羽衣甘蓝、地肤、辣椒、黑麦草、西芹、葱、早熟禾、大花月见草等10种植物,设置不同浓度的镉污染土壤进行盆栽模拟试验,通过测定植物不同部位的生物量、镉含量,计算植物不同部位的富集系数和转运系数,分析研究了试验植物对镉的吸收、富集和转运能力的差异状况,并对不同时期(70d和100d)收割的同种植物的各项指标进行对比,研究种植时间对植物吸收镉的能力的影响。研究结果如下: (1)土壤中镉浓度对10种供试植物生物量的影响 大致表现为以下四种情况:①波动式增长型植物:黄心乌、曼陀罗的生物量随着土壤中镉的浓度的增加总体呈波动式增长趋势;②递减型植物:地肤、大花月见草、黑麦草和早熟禾的生物量随着土壤中镉的浓度的增加而减少;③凸型植物:羽衣甘蓝、葱、西芹在低浓度的镉(土壤中镉浓度低于50mg·kg~(-1))环境中其生物量随土壤中的镉浓度增加而增加,在高浓度的镉(土壤中镉浓度高于75mg·kg~(-1))环境中其生物量会随土壤中的镉浓度增加而减少;④凹型植物:辣椒的生物量随着土壤中镉的浓度的增加其生物量先减少后增加。 (2)10种供试植物对镉的吸收能力的差异 表现出以下几种情况:①大花月见草、西芹、黑麦草和早熟禾地下部分镉含量很高,而地上部分的镉含量较低。大花月见草地下部分的镉含量在0.37~68.63mg·kg~(-1)之间,富集系数在0.06~0.46之间,而地上部分的镉含量在0.012~4.3mg·kg~(-1)之间,富集系数在0.003~0.029之间,说明植物根部可以吸收土壤中一定量的镉并将其滞留在地下部分,致使地上部分镉含量较低。与大花月见草对镉的吸收特征相似的植物还有西芹、黑麦草和早熟禾,说明这类植物对镉的转运能力非常差。 ②地肤地上部分富集镉的含量较高,而地下部分镉的含量非常低。在土壤镉的浓度小于75mg·kg~(-1)时,其地上部分的镉含量在0.26~74.00mg·kg~(-1)之间,而地下部分的镉含量仅为0.07~0.63mg·kg~(-1)之间,具有非常强的转运能力。 ③黄心乌和曼陀罗地上和地下部分的镉含量都较高,且植物能正常生长并不表现出受毒害的症状。当土壤中镉浓度为25mg·kg~(-1)时,黄心乌地上部分的镉含量为82.37mg·kg~(-1),低于100mg·kg~(-1),但其富集系数大于1;当土壤中镉的浓度从50mg·kg~(-1)依次增加到150mg·kg~(-1)时,黄心乌地上部分的镉含量均超过了镉超积累植物的标准,其富集系数也均大于1,但转运系数均小于1,可见,黄心乌对镉具有较好的积累、富集能力,但对镉的转运能力较差。曼陀罗对镉的吸收表现出和黄心乌相似的状况。 (3)每种植物对镉的吸收都存在着一个富集量最高(峰值)的浓度,当土壤中镉浓度达到这一值时,植物对镉的吸收能力最强,其修复效果最好。 本试验中对镉具有较强吸收能力的植物,如黄心乌、曼陀罗、地肤其地上部分的镉含量都在试验设计的镉浓度75mg·kg~(-1)时,达到最大值。植物对镉的吸收能力在某一个适宜浓度条件下表现最佳,当土壤中镉的浓度低于或超过这一值时,其修复效果会有所降低。 (4)种植时间对植物吸收镉的影响 地肤、大花月见草生物量较低,因此在70d时就将其全部收获,没有根据种植时间的长短做对比试验。而其它8种植物则通过对不同时期的各项指标进行对比分析,发现随着生长时间的增加,每种植物生物量、镉含量、富集系数、转运系数都有各自的变化规律: ①生物量的变化规律:曼陀罗、羽衣甘蓝、辣椒、黑麦草、西芹、葱地上部分和地下部分的生物量随着种植时间的增加而增加;黄心乌地上部分的生物量随着种植时间的增加而减少,地下部分的生物量随着种植时间的增加先减少后增加;早熟禾地上部分的生物量随着种植时间的增加先增加后减少,地下部分的生物量随着种植时间的增加而减少。 ②镉含量和富集系数的变化规律:镉含量和富集系数随着时间的变化规律是相一致的。随着时间的增加,辣椒、羽衣甘蓝、西芹地上部分和地下部分的镉含量、富集系数都降低;黑麦早、早熟禾地上部分和地下部分的镉含量、富集系数都增加;葱地上部分的镉含量、富集系数增加,地下部分的镉含量、富集系数降低:黄心乌、曼陀罗地上部分的镉含量、富集系数降低,地下部分的镉含量、富集系数增加。 ③转运系数的变化规律:黄心乌、曼陀罗、早熟禾的转运系数随着时间的增加在所有测试浓度下都有所降低;葱、西芹的转运系数随着时间的增加在所有测试浓度下都表现出增加趋势;辣椒在土壤镉浓度浓度为0~50mg·kg~(-1)时转运系数有所增加;羽衣甘蓝在土壤镉浓度为50mg·kg~(-1)~75mg·kg~(-1)时转运系数增加明显:黑麦草在土壤浓度为50mg·kg~(-1)~125mg·kg~(-1)时转运系数有所增加。 (5)关于镉的超积累植物筛选的结论 综合分析供试的10种植物地上部分的镉含量、富集系数和转运系数,并以此作为筛选镉超积累植物和衡量植物对镉的吸收能力强弱的指标,结果发现没有一种植物完全符合镉超积累植物的标准,但是黄心乌、曼陀罗、羽衣甘蓝对镉的吸收能力是这10种植物中最强的,地肤、辣椒、葱对镉的吸收能力较强,黑麦草、西芹、早熟禾、大花月见草等对镉的吸收能力较差。虽然本试验没能筛选出一种理想的超富集植物,但也为今后的筛选提供了珍贵的资料。


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