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.     

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。     

镉污染土壤伴矿景天的萃取强化-螯合剂和植物激素的叶面调控

为提高Cd超富集植物伴矿景天(Sedum plumbizicola)的植物萃取能力,采用盆栽试验研究螯合剂乙二胺四乙酸(EDTA)和植物激素脱落酸(ABA)单独和联合作用的叶面调控对伴矿景天生长和Cd吸收转运的影响,并通过大田试验进行验证。结果表明:盆栽试验叶面喷施EDTA、ABA均能提高伴矿景天对Cd的转运,地下部至地上部的Cd转运系数为EDTA＞ABA,但叶面EDTA处理对生长旺盛期伴矿景天的生长有抑制。伴矿景天各部位Cd富集浓度差异很大,呈现新叶＞地下部＞茎＞老叶,新叶中Cd浓度是老叶的3.6~5.4倍,且主要富集在细胞壁和细胞器中,占总富集量的88%~94%。EDTA处理新叶细胞器中Cd浓度剧增,ABA处理新叶细胞壁中Cd浓度增加,ABA和EDTA联合使用可以缓解EDTA对生长的抑制,且更有利于Cd从根系向地上部转运。大田小区试验叶面诱导强化伴矿景天Cd萃取是可行的,ABA和EDTA联合处理显著增加伴矿景天总Cd积累量,增幅达到37.87%。研究结果为伴矿景天修复Cd污染土壤提供理论指导。     

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.     

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。     

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.     

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.     

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。     

伴矿景天和鹅掌柴间作系统中根系相互作用对植物生长和镉锌吸收的影响

为明确不同物种根系间的相互作用对植物生长和重金属元素吸收的影响,以Cd、Zn超积累植物伴矿景天与花卉植物鹅掌柴为材料,研究二者根系相互作用及对植物生长和Cd、Zn的影响。结果发现,二者根系具有相互抑制生长的作用。单作条件下伴矿景天的Cd、Zn吸收量最高,分别达0.812、19.6 mg/盆;较单作相比,无分隔间作条件下伴矿景天对土壤Cd、Zn吸收降低分别达30.0%和30.6%。两种植物根系改变了土壤养分性质,对土壤钾和磷的利用分别具有竞争和互补作用,但其有效态含量并未降低到亏缺水平,养分竞争可能不是两种植物根系相互作用的主要因素。水培试验表明鹅掌柴根系分泌物对伴矿景天的生长和Cd吸收具有抑制作用。     

植物吸取修复及钝化处理对后茬水稻镉吸收的影响

采集湖南湘潭县某地镉(Cd)污染酸性农田土壤及其经伴矿景天分别吸取修复两季和三季后的土壤,采用盆栽试验研究了经伴矿景天修复及钝化改良与否对土壤pH、有效态Cd、Zn以及水稻生长和稻米Cd、Zn浓度的影响。结果表明:未改良的处理,随着修复次数的增加,土壤pH显著降低,降低幅度为0.26~0.38个单位;且修复两季、三季土壤CaCl_2提取态Cd浓度较未修复土壤分别降低19.4%、24.0%;修复后土壤种植水稻品种W184,其糙米中Cd浓度显著降低,但依然超标;修复三季土壤种植低积累水稻品种IRA7190,其糙米中Cd由0.47 mg/kg降为0.03 mg/kg。施加钝化剂海泡石和石灰(10 g/kg+1 g/kg)后,修复两季、三季土壤的pH显著升高,较未施钝化剂处理土壤pH分别提高0.95、0.72;土壤CaCl_2提取态Cd浓度分别降低79.8%、79.5%;修复两季、三季土壤上水稻W184糙米的Cd浓度与未施加钝化剂相比,分别降低27.3%、44.4%,均降至国家食品安全限值0.2 mg/kg以下;无论是否添加钝化剂,伴矿景天吸取修复三季的土壤上水稻IRA7190糙米中Cd浓度均仅0.03 mg/kg。     

Bioavailability and Accumulation of Cadmium and Zinc by Sedum plumbizincicola after Liming of an Agricultural Soil Subjected to Acid Mine Drainage

A glasshouse pot experiment was conducted to study the effects of liming on plant growth and zinc (Zn) and cadmium (Cd) accumulation by Sedum plumbizincicola in a heavy-metal-contaminated acidified paddy soil. Lime application significantly increased the soil pH, which reached a maximum of 5.53 after addition of 4.0 g kg^?1 lime to soil, about 1.4 units more than that of the control. Sedum plumbizincicola grew larger after lime application but aboveground biomass did not increase significantly with increasing soil pH. Liming significantly reduced shoot Zn and Cd concentrations and uptake except at the lowest lime application rate (0.5 g kg^?1 lime to soil). This indicates that S. plumbizincicola can grow well in acidic soil at a soil pH of 4.15, and application of lime did not increase plant heavy-metal extraction. Consequently, it is promising to use this plant for Cd and Zn phytoextraction from agricultural soils polluted with acid and metals.     

朝天委陵菜的重金属耐性与吸收性研究

利用植物生长室水培试验和温室土培盆栽试验的方法,研究了朝天委陵菜在不同浓度Pb水培条件下和Cu、Zn、Pb、Cd复合污染土壤条件下的重金属耐性和吸收性,结果表明,水培条件下随着处理浓度的增加,朝天委陵菜均生长良好,虽高浓度Pb处理下出现植株矮小、叶渐黄、根系变黑等毒害症状,但植株并未死亡,表明在水培条件下朝天委陵菜对Pb具有极强的耐性;在最高浓度3 600μmol/L Pb处理下地上部和根中Pb浓度达到最大值,分别为947 mg/kg和71 053 mg/kg。在温室土培盆栽条件下,朝天委陵菜在外加Cu、Zn、Pb和Cd分别为200、1 000、1 000和5 mg/kg的土壤上较对照生长受到抑制,地上部Cu、Zn、Pb和Cd浓度分别达到741±164、18 248±2 222、1 543±483和29.4±5.2 mg/kg;外加重金属更高时则导致植株死亡。朝天委陵菜对Pb胁迫和Cu、Zn、Pb、Cd复合污染土壤具有较强的耐受性,可作为重金属尤其是Pb污染土壤的修复植物。     

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。     

Cadmium and zinc accumulation in willow and poplar species grown on polluted soils

Woody plant species that produce high biomass have been proposed for use in phytoremediation technology. We investigated the accumulation of cadmium (Cd) and zinc (Zn) in Salix babylonica, S. caprea, S. dasyclados, S. matsudana × alba, S. purpurea, S. smithiana, Populus tremula, and P. nigra clones grown in a pot experiment on a Calcaric and a Eutric Cambisol (pH 7.2 and 6.4) of different levels of contamination (total metal concentrations in mg kg^–1 in soil A: 32.7 Cd, 1760 Zn; soil B: 4.34 Cd, 220 Zn). Generally, the tested clones tolerated large metal concentrations in soils and had larger Cd and Zn concentrations in leaves compared to the roots. The largest Cd concentrations in leaves were found in two clones of S. smithiana (440 mg kg^–1 on soil A; 70 mg kg^–1 on soil B). One of the S. smithiana clones had also the largest Zn concentrations (870 mg kg^–1) on soil B but accumulated slightly less Zn than a S. matsudana × alba clone (2430 mg kg^–1) on soil A. The Cd concentrations in leaves of both S. smithiana clones on soil A are the largest ever reported for soil‐grown willows. The bioconcentration factors of the best performing clone reached 15.9 for Cd and 3.93 for Zn on the less contaminated soil B. Also based on the metal contents in leaves, this clone was identified as the most promising for phytoextraction. The metal concentrations in leaves observed in the pot experiment do not reflect those found in a previous hydroponic study and the leaf‐to‐root ratios are clearly underestimated in hydroponic conditions. This demonstrates the need for testing candidates for phytoextraction crops on soils rather than in hydroponics. Our data also show that the phytoextraction potential should be tested on different soils to avoid misleading conclusions.     

镉污染中性土壤伴矿景天修复的硫强化及其微生物效应

田间微区试验研究了施硫(S)处理对中性镉污染农田上伴矿景天镉吸取修复效率、土壤pH、有效态镉(Cd)、有效态硫以及微生物群落变化的影响。结果发现,土壤pH值随时间和硫用量的增加而显著下降,有效态镉和有效态硫随时间和硫用量的增加而显著增加。在360 g/m_²硫处理下,伴矿景天地上部镉浓度为70.9 mg/kg,较不施硫对照(38.3 mg/kg)增加85%,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天后,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。