土壤重金属污染日益加剧,严重威胁农产品安全和人体健康,成为困扰现代社会的主要环境问题之一。另一方面,由于人类大量使用石油、煤炭以及大量砍伐森林等,使大气中二氧化碳浓度不断升高。自然生态系统中,大气CO2浓度的升高和土壤重金属污染往往同时存在,二者的互作必将对植物的生长和重金属吸收积累产生深刻影响。东南景天(Sedum alfredii Hance)是我国原生的进行景天酸代谢(CAM)的锌/镉超积累植物,是用于重金属污染土壤植物修复的良好材料。本文采用水培和土培等方法,运用根系扫描、调制叶绿素荧光、PCR-DGGE. ICP-MS等技术手段,较系统地研究了超积累植物东南景天对高浓度CO2(800μL L-1)的响应特征,探讨高浓度CO2对东南景天根系形态、光合作用、根际生态特征的影响及其与镉积累之间的关系,为预测重金属污染条件下,CO2浓度升高对植物生长带来的潜在影响提供科学参考。同时为利用CO2施肥强化重金属污染土壤植物修复提供理论支持。本研究取得的主要研究结果如下：一、采用水培和土培试验,研究了高浓度CO2对超积累植物S. alfredii生物量、根系生长、矿质养分吸收和镉积累的影响。试验结果表明,不同镉浓度条件下,高浓度CO2均明显促进东南景天的生长,地上部和根系生物量分别比对照(350μL L-1)提高24.6%-36.7%和35.0%-52.1%,根冠比提高10.7%-18.4%。50μM镉浓度条件下,高浓度CO2处理的植株根系总长度、根系表面积、根系体积、根尖数量分别增加31.5%、50.5%、35.0%和23.8%。高浓度CO2显著促进东南景天细根(直径介于0-0.1mm的根系)的生长,尤其是侧根和根毛的发育,从而显著提高根系表面积,促进植物对矿质养分和镉的吸收。高浓度CO2通过增加S. alfredii地上部的生物量(24.6%-36.7%)和地上部的镉浓度(2.7%-17.1%),进而增加S. alfredii对镉的总提取量(37.5%-41.2%),并有利于提高S. alfredii在镉污染土壤中对镉的提取效率(34.2%-48.3%)。本研究表明利用CO2施肥提高S. alfredii对重金属污染土壤的修复效率是可行的。二、采用水培和土培试验,研究了高浓度C02对超积累植物S. alfredii光合色素含量、净光合速率、蒸腾速率、呼吸速率、量子效率、羧化效率和叶绿素荧光参数的影响。试验结果表明,与对照CO2(350μL L-1)处理相比,不同镉浓度条件下,高浓度CO2显著增加了S. alfredii的净光合速率Pn(105%-149%)和最大净光合速率Pnmax (38.8%～63.0%),提高碳固定效率。另一方面,不同镉浓度条件下,高浓度CO2显著降低了S. alfredii的暗呼吸Rd(17.4%-67.3%)和光呼吸Lcp(38.0%-75.8%),降低了碳损耗。不同镉浓度条件下,高浓度C02使S. alfredii的光合羧化效率降低(11.1%-22.7%)而量子效率增加(20.0%-34.8%)。50μM镉浓度条件下,高浓度CO2显著增加了S.alfredii的有效量子产量(Φ(Ⅱ)). PSⅡ最大量子产量(Fv/Fm)和最大光合能力(Pm)。本研究表明,高浓度C02条件下,S. alfredii对光合作用的控制由羧化速率控制转为电子传递速率控制,并通过增强S. alfredii的光合电子传递活动,促进S. alfredii的碳积累,从而促进其在镉污染土壤中生长和生物量增加；高浓度CO2增强了镉污染条件下的光系统Ⅱ活性,使S. alfredii更好地适应镉污染环境,从而为其提高对镉的积累提供良好的生理基础。三、通过盆栽试验研究了高浓度CO2对东南景天根系生物量、根际碳氮含量、根际微生物量和多样性以及根际土壤中镉、锌有效态含量的影响。试验结果表明,镉锌复合污染条件下,东南景天根际土壤中可溶性有机碳含量(DOC)都比未种植物的土壤中高,但两种CO2水平间DOC含量均无显著差异。然而高浓度CO2却使超积累生态型东南景天根际土壤中的可溶性总氮(TSN)含量显著减少13%。CO2浓度升高后,东南景天根际土壤的pH值有降低趋势。PCR-DGGE分析表明,高浓度C02使东南景天根际土壤细菌多样性有增加趋势,而根际土壤微生物量无显著影响。与对照C02(350μL L-1)处理相比,高浓度CO2使超积累生态型东南景天根际土壤中的有效态镉、锌含量分别提高16.6%和5.9%,但对非超积累生态型东南景天根际土壤中的有效态镉、锌影响不显著。本研究表明,高浓度CO2对稳定态碳(如根系)的贡献比对可溶性碳的贡献大,高浓度CO2可能通过增加根际微生物多样性和营造根际酸性环境来活化镉和锌,从而促进东南景天对镉、锌的吸收和积累。