重金属是土壤中来源广、危害性大的累积性污染物。尤其是矿区废弃地造成的重金属污染问题,严重危及到当地人们和生态系统的健康。植物修复技术是一种新兴的污染土壤修复技术,主要是采用能够对一种或多种重金属具有耐性、以及能够吸收富集重金属的植物,达到移除土壤中重金属的目的。植物修复技术因其环境友好性,目前已受到国内外学者普遍关注而成为研究热点。课题组前期研究调查中发现类芦能在稀土矿废弃地上较好地生长,并保持较高的生物量,是矿区废弃地主要的优势种之一,并且保持较高的生物量,株高和根深最高能达到3 m左右,生物量远远高于普通的超富集植物。通过研究发现类芦能富集铅、镉等重金属,对重金属有一定的耐性,但是目前国内外对类芦的研究主要集中在水土流失治理、根系固土作用及其对干旱胁迫、酸胁迫的响应等方面,而关于类芦对重金属胁迫的内在机理以及修复效果等方面并不明确。类芦能在酸度低、重金属污染的长汀稀土矿废弃地正常生长,是其在此环境上长期进化过程中形成的特殊适应性,可能存在着特殊的生态学意义,但目前国内对类芦适应矿区废弃地的内在机制还了解得不多,成为限制类芦在废弃地上应用的主要技术瓶颈。因此,本论文以类芦为研究对象,通过室内水培模拟试验研究类芦对Pb、Cd的吸收和耐性机制,解释类芦对Pb、Cd的吸收、累积分布机理,Pb、Cd在类芦体内的亚细胞分布,进而对根细胞壁进行化学改性后进行吸附动力学试验以及利用傅里叶红外光谱研究类芦根细胞壁不同组分对Pb2+的吸附动力学特征,分析细胞壁组分及官能团对吸附固定Pb2+的能力,揭示类芦根细胞壁吸附固定Pb的内在机理。此外,采用盆栽试验,以龙岩连城铅锌矿黄背场附近的农田土为供试土壤,研究类芦对Pb-Zn矿区废弃地污染土壤的修复能力,以及螯合剂EDTA与蚯蚓对提高类芦吸收富集重金属能力的效果。主要研究结果如下:(1)类芦对Pb、Cd的吸收量和吸收速率可利用Freundlich方程和Michaelis-Menten方程进行拟合。通过拟合发现,类芦吸收的Pb、Cd等重金属主要存贮于根部。其中,类芦对Pb的吸收能力更强(最高含量达到4687.87 mg·kg-1),但对Cd的吸收速率增长更为明显,即类芦在吸收Cd有一定的潜力。就亚细胞分布而言,2种重金属均主要分布在细胞壁和可溶组分中,类芦在受到重金属胁迫时,部分Pb、Cd向可溶组分转移,这说明类芦可通过改变重金属的亚细胞分布来降低重金属的毒害作用。(2)类芦对重金属胁迫的应答机制表现为:在Cd,Pb胁迫下,类芦根系H2O2和O2·-含量显著增加,伴随MDA含量升高,发生膜脂质过氧化,造成植物氧化损伤,酶系统功能紊乱。SOD、POD活性随着Pb胁迫浓度的增加呈现先上升后下降的趋势;Cd胁迫下,SOD活性的应答与Pb处理中的变化趋势相似,但是POD活性呈下降趋势。根系非蛋白巯基化合物含量方面,Cd,Pb处理下,GSH和PCs均呈先增加后下降的趋势。类芦根系对不同重金属的不同浓度胁迫响应不一,其能通过调节抗氧化酶活性和植物螯合肽等的合成水平,降低重金属毒性及其对植物的伤害。(3)初步揭示出类芦根细胞壁吸附固定重金属的内在机理。类芦根细胞壁对Pb2+具有较高亲和力,类芦根细胞壁经酯化改性处理后对Pb2+的吸附量相对降低了 68.1%。羧基和氨基是Pb2+的主要结合位点,细胞壁中的物质如纤维素和半纤维素、果胶、以及蛋白质及为Pb2+提供了羧基、羟基以及氨基官能团等结合位点。可见,根细胞壁及其各组分对Pb2+具有较高的吸附固定能力是类芦根系Pb耐性的重要机制。(4)EDTA-蚯蚓联合应用明显促进了类芦对重金属的吸收,提高了类芦对铅锌矿区废弃地污染土壤中重金属的吸收富集和治理效果。其中,高浓度EDTA-蚯蚓处理组中类芦吸收富集Pb的效果最佳,但是抑制了类芦对Cd和Zn的吸收;低浓度的EDTA对Cd、Zn的吸收富集效果最好。由于EDTA存在一定环境风险,其能够活化土壤中的重金属,使蚯蚓体内的重金属富集量增加,在施加时要严格控制其浓度,降低生态风险。