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三峡工程完成蓄水后,库区形成面积达349km2,反复经历“淹没-干旱-淹没”过程的消落带,采用植被重建的方式是治理受损的消落带生态系统行之有效的方法。此外,三峡库区消落带土壤重金属污染处于警戒状态,主要生态风险元素为Cd。在对三峡库区消落带进行植被重建的同时,联合进行重金属植物修复将达到事半功倍的效果。以耐水淹和耐重金属的秋华柳(Salix variegata Franch.)作为试验材料,从土壤角度出发,对土壤化学性质、Cd全量及各形态Cd含量、土壤微生物数量以及酶活性等生化特征进行了研究,探究秋华柳在水淹条件下对Cd污染土壤的修复能力。设置无植物和种植秋华柳两个处理组,分别对两组设置两个水分处理组:正常供水组(CK)及土壤表面以上5cm水淹组(FL),四个镉浓度处理组:对照组(0 mg·kg-1)、低浓度(0.5mg·kg-1)、中浓度(2 mg·kg-1)及高浓度(10 mg·kg-1)。主要研究结果如下:1.水淹条件下秋华柳种植对Cd污染土壤主要化学性质的影响与无植物组土壤相比,种植秋华柳均显著降低30 d和60 d土壤pH值,使其更加趋于中性(P<0.01);水淹显著降低第60 d土壤pH值(P<0.01);30 d土壤中,无植物正常供水(CK)及种植秋华柳正常供水组(PCK)土壤pH值均呈现出随Cd处理浓度增大而增大的趋势。种植秋华柳显著降低第30 d全氮和60 d土壤全氮及全钾含量(P<0.05);水淹显著降低第30 d全磷含量,60 d土壤全氮、全磷及全钾含量(P<0.05)。水淹对土壤营养元素有较强的溶出效应,且随时间延长,其溶出效应有可能越强,有增加水体富营养化风险。但秋华柳对土壤营养元素全量有较好的吸收能力,能在一定程度上减缓土壤中氮磷向水体的释放,降低水体富营养化风险。种植秋华柳显著提高第60 d土壤碱解氮含量(P<0.05);水淹显著提高第30 d、60 d土壤碱解氮含量(P<0.05)。水淹显著降低第30 d土壤有效磷含量(P<0.05),植物及水分处理均显著影响第30 d和60 d土壤速效钾含量(P<0.05)。除30 d土壤pH值外,Cd浓度处理对种植秋华柳土壤化学性质均无显著影响(P>0.05)。方差分析表明Cd浓度处理与植物或水分的交互作用对土壤化学性质有一定显著影响(P<0.05),说明土壤Cd的存在对土壤营养元素会有一定影响,其具体机理尚需进一步探究。从土壤营养元素吸收的角度亦可反映出秋华柳对土壤Cd胁迫有较好的耐受和适应能力。2.水淹条件下秋华柳种植对土壤Cd含量及形态的影响Cd处理浓度越高,土壤中Cd活性态浓度越高,生物毒性越强。水淹显著降低土壤活性态Cd浓度(P<0.05),增大Cd污染土壤植物修复难度。种植秋华柳对30 d土壤Cd全量及各形态Cd浓度均无显著影响(P>0.05);对第60 d土壤中交换态、碳酸盐结合态的Cd浓度以及60 d水淹组土壤Cd全量均有显著影响(P<0.05)。秋华柳种植显著降低土壤Cd迁移系数,30 d正常供水组、水淹组以及60 d正常供水组和水淹组平均降幅分别为2.0%、4.12%、9.71%、9.32%,二组降幅差异不大。处理时间过短和试验用苗生物量偏小可能是秋华柳对土壤全量Cd影响不大的主要原因。本研究表明:水淹生境下,秋华柳对Cd污染的土壤仍有较好的修复能力,且随时间延长,其修复效果有可能越好。3.水淹条件下秋华柳种植对Cd污染土壤微生物数量的影响种植秋华柳显著提高第60 d土壤细菌数量(P<0.05)。水淹显著降低第60 d土壤中细菌数、真菌数,显著降低第120 d土壤放线菌数及真菌数(P<0.05)。高浓度的Cd浓度处理组土壤中各微生物数量低于对照组和低浓度处理组,但方差分析表明Cd浓度处理对土壤各微生物数量的影响未达到显著水平(P>0.05),Cd处理浓度不够高可能是其主要原因。种植秋华柳对土壤微生物数量有一定改善作用,其成效不如前人以超富集植物为研究对象的改善效果明显,Cd处理浓度较低,对微生物未造成严重胁迫,可能是其主要原因。4.水淹条件下秋华柳种植对Cd污染土壤酶活性的影响种植秋华柳显著提高了60 d土壤磷酸酶活性以及120 d土壤脲酶和蔗糖酶活性(P<0.05);水淹显著降低第60 d土壤磷酸酶活性及第120 d土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性(P<0.05);各处理组土壤酶活性随Cd处理浓度的增大均大致表现出先增高后降低的趋势,高浓度处理组(10mg·kg-1)酶活性均低于对照组(无外源Cd添加处理组)。其中,60 d土壤磷酸酶活性及120 d脲酶活性对Cd浓度处理的响应达到显著水平(P<0.05)。秋华柳对正常供水及水淹组土壤中酶活性均有一定程度的提高,表明秋华柳对土壤酶活也有一定改善作用。土壤微生物数量与酶活性相关性较大,且对土壤Cd胁迫均较为敏感,将这两类指标结合起来作为判断土壤Cd污染程度和治理成效指标更为合理。综上,本研究发现,在进行水淹和Cd双重胁迫的情况下,秋华柳在试验处理期间存活率达100%。水淹对土壤营养元素有较强的溶出效应,但秋华柳对土壤营养元素全量有较好的吸收能力,故能在一定程度上降低水体富营养化风险。短期时间内秋华柳对水淹组的Cd吸收不逊于正常供水组,并能显著降低生物活性高的Cd形态含量;种植秋华柳对正常供水组及水淹组土壤微生物数量和酶活性均有一定的改善作用。以上结果表明:水淹生境中,秋华柳对Cd污染土壤具有较好改善作用,在其修复方面有一定的应用前景。