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.     

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.     

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。     

收获方式对污染土壤上伴矿景天锌镉吸收性的影响

植物修复是20世纪80年代末兴起的一种新型环境治理技术,因其具有低成本、环境友好等特点成为修复重金属污染土壤的重要方法之一[1]。该技术的修复效率受修复植物生物量和生长周期限制[2～5],因此,越来越多的研究关注于提高超积累植物修复效率的强化措施,包括育种、生物技术等提高修复植物本身的吸收性能,施加螯合剂和调节土壤pH、氧化还原电位等改变土壤环境间接提高植物吸收效率等[6～9]。农艺措施,如合理的种植制度、灌溉、施肥等可改善作物生长环境,提高产量。该技术也被运用到植物修复中,以改善修复植物生长环境,增大生物量,进而提高修复效率[10,11]。对于多年生、再生能力强的超富集植物,可以借鉴在牧草种     

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。     

硫对超积累植物东南景天生长和镉累积的影响

通过营养液培养试验研究了不同硫镉水平对超积累东南景天生长和镉累积的影响。结果表明,不同处理下东南景天根、茎和叶片的生物量、镉含量、镉累积量均以叶片>茎>根,且以Cd100>Cd10,显示出东南景天对镉的超积累特性。供硫1.5~2.25 mmol/L显著提高超积累东南景天根、茎和叶片的生物量、镉含量、镉累积量及整株镉累积总量。超积累东南景天地上部分(叶片 茎)镉累积量/地下部分(根)镉累积量的比值(S/R)远大于1,表明东南景天植株体内可能存在"增硫诱导镉需求"现象,而从植物修复角度来说,利用增硫手段提高超积累东南景天生长和地上部镉的积累能力具有重要的应用价值。超积累东南景天Cd的吸收速率和转运速率随营养液中硫(S)浓度的增加而增加,二者可分别用对数方程和直线方程来描述。     

中国景天科植物一新种——伴矿景天

本文描述了景天属(景天科)一新种,即伴矿景天(SedumplumbizincicolaX.H.GuoetS.B.Zhousp.nov.)。     

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。     

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.     

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。     

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.     

氮对超积累植物东南景天生长和镉积累的影响

通过水培试验,研究了氮素水平对超积累植物东南景天植株生长和镉吸收积累的影响。结果表明,在一定范围内供氮（4.0-16.0 mm ol/L）能明显促进东南景天的生长,随着氮素水平的升高,地上部和根系的生物量也提高,在供氮水平为16.0 mm ol/L时达到最大值,而当供氮水平≥32.0 mm ol/L时,东南景天的生长受到严重的抑制,其地上部和根系的生物量开始下降,各项根系形态的指标（包括根系长度、根系表面积、根系直径、根系体积）均有所降低。氮对东南景天体内镉积累有一定的促进作用,随着氮素用量的增加,体内镉含量逐渐升高,与生物量不同,镉含量在氮水平32.0 mm ol/L条件下达到最大。研究结果表明,适当提高营养液氮素水平,有利于东南景天的生长和镉吸收,为进一步利用东南景天修复镉污染土壤,提高修复效率提供科学依据。     

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.     

可溶性磷肥对重金属复合污染土壤东南景天提取锌/镉及其养分积累的影响

施肥能显著提高植物产量,改变土壤环境中元素的生物有效性,已成为植物修复过程中必要的强化措施。针对长期自然老化的重金属复合污染土壤,采用盆栽试验研究了KH2PO4、Ca(H2PO4)2、NaH2PO4和NH4H2PO4在P2O5 0～352 mg/kg时,对东南景天（Sedum alfredii H.）地上部锌（Zn）、镉（Cd）积累和养分元素吸收的影响。结果表明,外源施入磷酸二氢盐促进了东南景天生长,P2O5 352 mg/kg显著增加了地上部干物质重;地上部磷（P）含量显著增加,Zn含量随着P浓度的增加而显著升高,而Cd含量显著下降。磷肥降低了植物地上部氮（N）、中量元素钙（Ca）、镁（Mg）、硫（S）和微量元素锰（Mn）、铁（Fe）、铜（Cu）的含量,对钾（K）含量的影响不显著,地上部总碳（C）含量随P浓度增加而升高。一季收获后,东南景天地上部对Zn的提取量在施P2O5 88和352 mg/kg时显著增加,Cd提取量仅在高浓度时显著升高。KH2PO4和NH4H2PO4两种磷肥在施P2O5 352 mg/kg时对东南景天提取土壤Zn、Cd的效果最为明显,可在实际修复应用中使用。因此,合理磷酸盐施用能增加植物对C的生物固定,提高东南景天对Zn/Cd复合污染土壤的修复效率,缩短修复周期。