东南景天(Sedum alfredii Hance)对锌、镉、铅复合污染的响应与金属积累特性

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重金属污染环境植物修复研究是当今国际资源、环境、生物学科交叉领域的前沿和热点。重金属污染的植物修复关键是寻找或培育出能够耐和超积累多种重金属、生物量较大、适应性较广的特异植物材料。因些,研究金属超积累植物对多种金属复合污染的响应及金属积累特性,对重金属污染土壤的植物修复理论与技术体系的形成具有重要的理论和实践意义。本研究以中国东南部的古老铅锌矿上发现的锌、镉超积累植物—东南景天(Sedum alfredii Hance)为试验材料,采用盆栽和大田试验的方法,在铅、锌和镉三种元素复合污染条件下,系统研究了超积累生态型东南景天耐重金属胁迫、吸收和积累锌、镉、铅的特性。获得以下研究结果: 1.在Zn/Cd复合水平为500/100 μmol L-1时,矿山生态型东南景天生长最佳。Zn/Cd在东南景天叶片、茎部和根系中含量随着Zn/Cd处理水平的提高而增高。在Zn/Cd复合水平为50/400μmol L-1时茎、叶中Cd含量达最高,其中叶片和茎Cd含量分别为12.1g kg-1和7.44g kg-1;在Zn/Cd复合水平为1000/50μmol L-1时茎、叶中Zn含量达最高,叶片和茎中Zn含量分别为21.9g kg-1和23.2g kg-1。植株各部位Cd含量的分布为:叶片>茎>>根系,而Zn在体内的分布为:茎>叶片>>根系。Zn、Cd在地上部和根部的积累量也随着处理水平的提高而增加,分别在Zn/Cd复合水平为250/400和500/100μmol L-1时达高峰值。东南景天地上部最高积累Zn和Cd的量分别达11和5g plant-1,比根系的积累量分别大13.6和23.8倍。Zn、Cd对东南景天的生长、吸收积累的相互作用依赖于Zn/Cd复合水平和植物部位。在适宜Zn/Cd处理水平范围内,Zn和Cd的吸收和积累具有相互促进作用。高Zn或高Cd处理均抑制了植物对Zn和Cd的吸收和积累。本研究结果表明,东南景天不仅具有忍耐高Zn/Cd复合污染,而且具有超量积累Zn和Cd的特异能力。 2.在相同的锌处理水平下,矿山生态型地上部Zn远高于非矿山生态型,在Pb/Zn复合水平为100/1000μmol L-1时,矿山生态型东南景天的茎部锌含量高达19.9gkg-1,而非矿山生态型仅为1.3g kg-1;同样,在相同的铅处理浓度下,矿山生态型地上部Pb高于非矿山生态型的,而矿山生态型根系中Pb、Zn含量均低于非矿山生态型。在铅锌复合水平为400/500μmol L-1时,两种生态型的茎中铅含量为最高,均达到0.46g kg-1,两种生态型体内Zn分布不同,矿山生态型的不同器官Zn含量以叶片>茎>>根系,而非矿山生态型则以根系>>茎>叶片;而两种生态型体内不同器官的Pb分布均以根系>>茎>叶片。矿山生态型东南景天的地上部积累最高Zn和Pb的量分别为7.5mg plant-Ⅰ和0.144mg plant-Ⅰ;而非矿山生态型的地上部积累最高Zn和Pb的量 — —分别仅为 023mg plan”’和 0刀56mg plan“l。两种生态型东南景天的生长、Zn/Pb吸收积累依赖于Zn/Pb的复合水平、生态类型和植物部位。在矿山生态型中铅锌交互作用被认为桔抗作用,而适当增加锌处理浓度促进根系吸收铅,高锌处理增加非矿山生态型的根系和叶片中的铅含量,而降低茎中的铅含量,而铅处理降低非矿山生态型的根系和叶锌含量。 3.矿山生态型具有较强的忍耐土壤中高浓度的铅、锌、福和铜的能力,并能从土壤中吸收大量的锌、铜并转移至地上部,地上部锌含量第二年高于第一年,而地上部锅含量第二年与第一年差异不大。如土壤施加有机肥,第二年地上部锌含量高达1.9%,明显高于第一年的 1刀%;地上部的锅含量在第一年高达 200 mgkg“‘,略高于第二年的 180 mg kg”’,农艺措施对地上部锌铜含量的影响不大,施加有机肥促进东南景天的生长,而客土法和翻土法均减少植株生物产量。但粉煤灰改良土壤对东南景天的生物量无显著影响。在土壤的锌、锅的全量分别为 2000 mgkg-’、20ffig kg“’,收获东南景天地上部每季可提取土壤锌量高达 60 kg ha’,而锅量为 0石 kg ha‘。东南景天一般每年可以收获三季,对土壤中重金属复合污染修复具有广阔的应用前景。
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