铜对伴矿景天生长及锌镉吸收性的影响

利用植物生长室水培试验和温室土培盆栽试验相结合,研究了Cu对Zn、Cd超积累植物伴矿景天生长及Zn、Cd吸收性的影响。水培试验结果显示,0.31～50μmol/L Cu处理14天对伴矿景天生长及对Zn、Cd吸收性没有显著影响;但100μmol/L Cu处理显著抑制植物生长,降低地上部Zn、Cd及根中Cd浓度,对根中Zn浓度变化没有显著影响。盆栽试验结果发现,在土壤Cu仅为3.61 mg/kg时伴矿景天生长不良,外加Cu显著促进其生长并随Cu浓度升高效应增加;但施用3 mmol/kgEDDS和再次外加250 mg/kg Cu处理使伴矿景天因体内Cu积累量过高而导致明显毒害,地上部Cu最高达1 068 mg/kg。可见低量Cu处理可促进伴矿景天生长,利于植物对土壤Zn、Cd的吸取修复,但土壤中Cu浓度过高将抑制Zn、Cd超积累植物的生长,降低其Zn、Cd吸收能力,在利用该Zn、Cd超积累植物修复高Cu的Zn和Cd污染土壤时应采取适当措施降低Cu毒害效应。     

等高植物篱/大豆间作根系相互作用对生长和氮素吸收利用的影响

通过15N标记土壤的箱栽试验,探讨了地下部分隔作用对植物篱/大豆间作生长和氮素吸收利用的影响。结果表明,香根草/大豆间作系统中大豆吸N量,无隔和网隔处理比板隔处理分别增加20.1%和0.6%,香根草吸N量分别高出7.4%和24.2%;而紫穗槐/大豆间作系统中大豆吸N量,无隔和网隔处理比板隔处理分别降低28.3%和15.9%,紫穗槐吸N量依次降低14.3%和24.3%。香根草/大豆间作系统中,大豆植株15N丰度网隔处理低于无隔处理,而香根草15N丰度则表现为根系无隔时较高;紫穗槐/大豆间作系统中紫穗槐和大豆的15N丰度都表现为根系无隔时较低。在培栽条件下,间作抑制了大豆生长,影响到大豆N素的吸收利用;与大豆根系间相互作用抑制了紫穗槐生长,但一定程度上改善了香根草生长,推测根系分布在养分吸收利用中占重要地位。     

养分调控对超积累植物伴矿景天生长及锌镉吸收性的影响

采用四因素三水平正交设计温室盆栽试验研究了N、P、K三因素不同水平对Zn、Cd超积累植物伴矿景天的生长及地上部Zn、Cd吸收性的影响。结果表明,增施N肥是伴矿景天地上部干重增加的主要因素,高N配施低P(200 mg/kg N,60 mg/kg P,不施K)处理的伴矿景天地上部干重达最大值31.2 g/盆(1.5 kg土/盆),是不施肥处理的3.15倍。增施K肥是提高伴矿景天地上部重金属尤其是Cd浓度和吸收量的主要影响因子,高量K处理比不施K处理地上部Cd浓度增加28.1%;低量施P也可提高伴矿景天的Zn吸取修复效率。综合考虑伴矿景天生物量及其对Zn、Cd的吸取效率,本试验条件下低量N、P肥配施高量K肥为最佳施肥处理(N1P1K2),种植伴矿景天一季对Zn、Cd的吸取量分别为11.2 mg/kg±0.1 mg/kg和0.12 mg/kg±0.02 mg/kg。     

光照强度对伴矿景天生长和锌镉吸收性的影响

伴矿景天(Sedum plumbizincicola)是生长于浙江铅锌矿地区的一种景天科植物新种,具有超富集锌和镉的特性,是一种多年生草本植物,无性繁殖为主,与其他修复植物相比具有生长速率快、生物量较大的特点[1-2],可用来修复重金属污染土壤[3]。但对伴矿景天的生长习性鲜有研究,限制了其大规模的推广应用。因此,本文以Zn、Cd超积累植物伴矿景天为对象,探讨光照强度对其生物量与Zn、Cd浓度的影响,及可能的光合作用响应机制,旨在探明伴矿景天生长的适宜光照环境,为重金属污染土壤植物修复的农艺调控提供依据。1材料与方法1·1供试材料供试伴矿景天苗采自浙江淳安,将野外植株移至温室生长繁殖,通过株芽     

锌镉交互作用对伴矿景天锌镉吸收性的影响

采用水培试验、不同Zn、Cd污染程度农田土壤结合外加Zn、Cd基础上的土培盆栽法,研究了不同Zn、Cd浓度交互作用对伴矿景天生长及Zn、Cd吸收和分布的影响.水培试验结果表明,增加溶液中Zn和Cd浓度,伴矿景天各组织中Zn和Cd浓度显著增加,但两个高浓度处理间没有显著差异;Zn在伴矿景天体内呈不均匀分布且与水培溶液中Zn和Cd浓度有关,当溶液中Zn浓度＞Cd浓度时,表现为新叶＞成熟叶＞其他部位＞＞根,反之则为成熟叶＞其他部位＞新叶＞＞根;而Cd在伴矿景天不同部位的分布没有一致的规律性;Zn、Cd交互作用主要体现在伴矿景天新叶上:在溶液中外加Cd时,Zn对伴矿景天新叶中Cd浓度具有“低促高抑”效应,而Cd处理对新叶中Zn浓度具有拮抗效应.土培试验也表明,添加Zn显著促进伴矿景天对土壤中Cd的吸收,外加Cd对伴矿景天Zn吸收具有拮抗效应;但无论Zn或Cd,外加量过大均会显著抑制伴矿景天的生长,降低修复效率.     

伴矿景天重金属吸收与土壤阳离子养分供应的关系——基于中国南方地区土壤大样本的盆栽试验

探究伴矿景天(Sedum plumbizincicola)镉(Cd)、锌(Zn)吸收与土壤阳离子养分元素供应的关系,以期从养分调控角度指导提高超积累植物的修复效率。采用盆栽试验比较了中国南方地区不同类型、不同耕作方式和不同污染程度的49个土壤上伴矿景天生长及重金属吸收情况,利用相关分析、广义梯度增强模型等手段挖掘限制植物重金属吸收的关键阳离子养分因子。结果表明：①土壤全量锰(Mn)和铁(Fe)是影响伴矿景天生长的主要养分因子,贡献率分别为34.61% 和16.31%;②有效态钙(Ca)、全量镁(Mg)与地上部Cd含量及吸收量显著正相关,其对地上部Cd含量的贡献率为16.90% 和10.39%,而有效Mg对地上部Cd含量的贡献率为14.21%;有效Mn对伴矿景天Zn吸收影响最大,其对地上部Zn含量和吸收量的贡献率分别为17.76% 和20.86%。土壤不同阳离子养分元素的供应对伴矿景天生长和重金属吸收能力有一定的影响,其中土壤Mg和Mn是影响伴矿景天Cd和Zn吸收的重要养分元素,今后可通过调控养分供应促进伴矿景天Cd和Zn的吸收,提高修复效率。     

土壤紧实度对伴矿景天生长及镉锌吸收性的影响研究

采集黏土、壤黏土和砂质壤土,分别设置无压实、低紧实度及高紧实度3种处理,通过盆栽试验研究了土壤紧实度对Cd、Zn超积累植物伴矿景天生长和Cd、Zn吸收性的影响。结果表明,与无压实处理比较,砂质壤土、壤黏土和黏土中伴矿景天地上部生物量在低紧实度下显著下降66.8%~83.5%、59.9%~60.4%和57.9%~71.4%;高紧实度处理却显著提高了伴矿景天的根系活力(142%~241%)。高紧实度处理显著降低了壤黏土上伴矿景天地上部Cd和Zn含量,但低紧实度对砂质壤土和黏土上伴矿景天地上部Cd和Zn含量无显著影响。与无压实处理比较,低紧实度显著降低了砂质壤土、壤黏土和黏土上伴矿景天的Cd吸取量,分别下降50.4%~73.8%、61.4%~74.9%和43.4%~63.3%,Zn吸取量下降48.7%~79.5%、73.6%~79.0%和46.1%~63.5%;土壤紧实度对壤黏土上伴矿景天的镉锌吸取效率影响最明显。     

电动修复对土壤铅形态及伴矿景天铅富集的影响

目的研究电动修复对土壤铅（Pb）形态及伴矿景天（Sedum plumbizincicola）Pb富集的影响。方法采集云南会泽县者海镇铅锌矿周边污染红壤,开展一维、二维、三维3种电助植物修复（Electrokinetic-assisted phytoremediation, EKAPR）盆栽试验。结果电动力介导下不同分区土壤pH产生差异（阴极区 > 中间区 > 阳极区）,弱酸可提取态Pb含量提高（最高比试验前增加8.95倍）,在0 ~ 20 V内随电压增大而增加,且阳极区 > 中间区 > 阴极区。适宜电动力介导可促进土壤Pb解吸并提高土壤孔隙水Pb含量,也会促进伴矿景天生长（5 V > 10 V > 20 V、二维 > 三维 > 一维）,植株地上地下Pb含量与富集量均明显增加。结论电动修复促进土壤Pb向弱酸提取态转化,促进伴矿景天对Pb的吸收。     

不同富集植物与小麦间作对镉吸收转运的影响

为探究不同富集植物与小麦间作对镉（Cd）吸收转运的影响,分析单间作种植模式下植物的Cd吸收转运差异,设置了小麦分别与龙葵、苋菜、黑麦草的单间作盆栽试验。结果表明,相对于单作小麦,与龙葵、苋菜间作的小麦地上部Cd含量分别显著增加1.35、1.34倍,根部分别显著增加46.3%、25.9%,与黑麦草间作的小麦地上部Cd含量显著增加1.30倍;另外,与龙葵间作的小麦地上部Cd累积量增加1.13倍,与苋菜和黑麦草间作的小麦各部分Cd累积量显著降低。     

水分特征对伴矿景天生长和重金属吸收性的影响

利用盆栽试验研究了水分特征对伴矿景天生长和重金属吸收性的影响.结果表明:在70% 土壤最大田间持水量(70%WHC)处理下,伴矿景天生长最好,其地上部鲜重显著高于其他处理;70%WHC处理伴矿景天对重金属吸收能力最强,其茎中Zn的浓度显著高于其他处理,茎中Cd的浓度分别比35%WHC、100%WHC、淹水处理高27.1%、29.0%、63.1%;叶中的Zn浓度表现出与茎中相同趋势,叶中Cd的浓度与茎中不同,以100%WHC处理最高.70%WHC处理下,植物提取Zn、Cd的效率最高,其修复效率均显著高于其他处理.这些结果表明,土壤水分状况在土壤重金属污染伴矿景天植物吸取修复中起着重要作用.     

镉污染中性土壤伴矿景天修复的硫强化及其微生物效应

采用田间微区试验研究了施硫处理对中性镉污染农田上伴矿景天镉吸取修复效率、土壤p H、有效态镉、有效态硫以及微生物群落变化的影响。结果发现:土壤p H随时间和硫用量的增加而显著下降,有效态镉和有效态硫含量随时间和硫用量的增加而显著增加。在360 g/m²硫处理下,伴矿景天地上部镉含量为70.9 mg/kg,较不施硫对照(38.3 mg/kg)增加85.1%,耕层土壤全量镉去除率为19.4%,是对照(10.5%)的1.85倍。施硫处理150 d后,土壤Thiomonas和Rhodanobacter细菌相对丰度显著高于试验前土壤和对照处理。本试验结果表明,中性土壤施加适量硫磺不仅可显著提高污染土壤中镉的生物有效性,也可通过调节与硫代谢相关的功能微生物,显著增强镉的植物吸取修复效率。     

酸性土壤上伴矿景天铝毒的缓解技术研究

酸性土壤上易产生铝（Al）毒害作用,缓解Al毒对于污染土壤上超积累植物的生长及重金属有效削减具有重要意义。本研究比较了不同措施对镉（Cd）超积累植物伴矿景天的Al胁迫缓解作用,结果发现：① 在水培条件下,锌添加可促进了Al胁迫下伴矿景天根表Cd2+吸收速率,而添加氯化钙或柠檬酸没有显著的缓解作用;② 在盆栽试验条件下,添加石灰处理显著提高了土壤pH,促进了伴矿景天生长和地上部对Cd的吸收,但添加生物质炭或柠檬酸没有显著缓解Al毒对伴矿景天生长和Cd吸收的抑制,添加柠檬酸反而加剧了土壤酸化,提高了土壤Al的活性;③在伴矿景天与荞麦间作条件下,其一定程度上降低了土壤的Al活性,在合适的种植密度下并未显著影响伴矿景天单株地上部Cd吸收量。综上,酸性土壤上耐Al作物与修复植物间作、结合添加改良剂调控Al毒,能够不显著降低土壤Cd的有效性和修复植物的Cd吸收,进而实现污染土壤的边生产边修复。     

里氏木霉FS10-C对伴矿景天吸取修复镉污染土壤的强化作用

为提高伴矿景天对Cd污染土壤的修复效果,通过盆栽模拟试验,研究了木霉(Trichoderma)对伴矿景天生和Cd修复效率的影响.结果表明:Cd的加入抑制了伴矿景天的生长;伴矿景天在Cd含量为5 mg/kg模拟污染土壤中对Cd提取效率最高.在不同Cd污染水平下,里氏木霉(T.reesei)FS10-C使伴矿景天地上部干重比对照组增加了17.1％ ～42.5％,显著提高伴矿景天地上部对Cd的积累;在15 mg/kg Cd处理下,里氏木霉FS10-C处理组植物地上部Cd积累量高于对照组46.2％但对于土壤中NH4OAc提取态Cd含量影响不显著.说明里氏木霉FS10-C能提高伴矿景天对Cd的抗性,增加其生物量,从提高其修复效率.因此,里氏木霉FS10-C具有强化伴矿景天修复Cd污染土壤的应用潜力.     

不同生境下锌镉在伴矿景天不同叶龄叶中的富集与分布特征

田间试验、温室盆栽和生长室水培试验研究了Zn和Cd超富集植物伴矿景天不同叶龄叶片的Zn、Cd富集和分布特征。结果显示,田间条件下伴矿景天新叶中Cd浓度高于成熟叶、但新叶中Zn浓度低于成熟叶。温室盆栽试验发现,连续种植伴矿景天,第4季时低污染土壤（S1）上新叶中Zn浓度低于成熟叶,但高污染土壤（S4）上新叶中Zn浓度高于成熟叶;而到了第6季,S1、S4上新叶中Zn浓度均低于成熟叶,且在S1上两者达到显著水平;第4和第6季,伴矿景天新叶中Cd浓度始终高于成熟叶（除S1成熟叶中Cd浓度略高于新叶外）。水培试验结果发现,无论在高Zn（600 mmol/L）、高Cd（100 mmol/L）,还是低Zn（10 mmol/L）、低Cd（1 mmol/L）处理,新叶中Zn、Cd浓度均高于成熟叶;而且随着处理时间的延长,新叶和成熟叶中Zn、Cd浓度均明显上升。水培条件下,新叶和成熟叶中Zn最高分别为43 107、33 774 mg/kg（以干重计）（600 mmol/L,处理56 天）;新叶和成熟叶中Cd的最高浓度分别为15 057、9 060 mg/kg（以干重计）（100 mmol/L Cd,处理56 天）。这些结果表明,Zn、Cd在伴矿景天新叶和成熟叶中富集和分布与其生长介质中Zn、Cd的浓度尤其是有效态浓度、处理时间及植物所处的生长阶段等有关,同时也表明Zn、Cd优先分布于新叶可能与伴矿景天超富集Zn、Cd的机制有关。     

调控剂对锌镉污染土壤植物修复效率及后茬蔬菜重金属吸收的影响

采用盆栽试验,在连续12年高量施用污泥有机肥引起的Zn、Cd污染土壤上种植伴矿景天,并向土壤中添加亚氨基二琥珀酸(IDS)、乙二胺二琥珀酸三钠(EDDS)、硫磺等化学调控剂及稳定剂钙镁磷肥,研究调控剂对伴矿景天吸收Zn、Cd及施用钙镁磷肥对后茬蔬菜重金属污染风险的影响,以期探索出既可提高超积累植物重金属吸取修复效率又能降低后茬农作物重金属污染风险的植物修复模式.结果表明,施用120 mmol/kg硫粉(Sed+S)处理可显著增加伴矿景天地上部生物量,分别比未加调控剂的对照处理伴矿景天(Sed)、伴矿景天添加有机调控剂(Sed+OE)处理增加34.7％和47.9％.施用3 mmol/kg IDS则显著降低了伴矿景天地上部Cd浓度,比Sed处理降低了35.5％.施用钙镁磷肥稳定剂可有效降低后茬蔬菜苋菜体内Zn、Cd浓度,降幅为57％、63％,施用4 g/kg钙镁磷肥后土壤醋酸铵提取态Zn、Cd分别较对照降低66.1％、72.4％.可见,适当施用硫肥能促进伴矿景天的生长,添加钙镁磷肥降低土壤有效态重金属浓度,减少后茬作物污染风险.     

柠檬酸活化协同伴矿景天-玉米套作对镉轻微污染土壤的修复效果

伴矿景天-玉米套作是一种原位、绿色、边生产、边修复Cd污染土壤的有效方式,土壤中添加柠檬酸可有效提高伴矿景天的修复效率。该研究通过田间微区试验,探究了柠檬酸不同添加方式协同伴矿景天-玉米套作模式对Cd轻微污染稻田土壤修复机理及修复效果。结果表明：1）同一种植模式,添加柠檬酸可提高土壤Cd有效性,显著提高伴矿景天的修复效率;5次添加柠檬酸,伴矿景天单作时修复效率提高了2.09%,套作时提高了10.54%。2）柠檬酸添加量相同时,套种与伴矿景天单种相比,修复效率提高了3.42%～4.27%,同时减少了玉米对土壤Cd的吸收。3）5次添加柠檬酸协同伴矿景天-玉米套作,伴矿景天Cd移除量可达18.59 mg/m2,该处理伴矿景天对轻微Cd污染土壤的修复效果最佳。因此,柠檬酸协同伴矿景天-玉米套作的联合修复模式可强化伴矿景天修复效率,可运用于Cd轻微污染稻田土壤的修复,并可实现边修复边生产。