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。     

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。     

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.     

高羊茅和黑麦草对污染土壤Cd,Pb,Zn的富集特征

以潮褐土为供试土壤,通过模拟试验研究了高羊茅(Festuca arundinacea)和黑麦草(Lolium multif lorum)对复合污染土壤Cd,Pb,Zn的富集特点。结果表明,在土壤Cd,Pb,Zn复合污染处理条件下,高羊茅Cd,Pb,Zn的平均富集量,地上部分别为5.76,19.77,418.18 mg/kg,地下部分别为129.82,256.66,354.66 mg/kg;黑麦草Cd,Pb,Zn的平均富集量,地上部分别为5.57,26.13,467.18 mg/kg,地下部分别为114.53,155.98,513 48 mg/kg。通过方差分析,这两种草坪草的重金属富集量没有显著差异,并且富集规律呈现较为一致的特点。地上部的富集量和土壤重金属含量的离子冲量呈显著的线性相关。这两种草坪草对其重金属的富集能力顺序为:Zn>Cd>Pb,其中对Zn的吸收呈现富集植物的特性规律,当土壤Zn含量>400 mg/kg时,其转运系数>1,地上部对Zn的富集能力很强,可作为Zn污染土壤的修复植物。通过偏相关和多元回归分析表明,这两种草坪草在土壤Cd,Pb,Zn复合污染条件下均未产生复合效应。     

东南景天提取污染土壤中锌的潜力研究

通过盆栽实验研究了两种生态型东南景天提取污染土壤中锌的能力,结果表明,超积累生态型东南景天具有很强的忍耐土壤中高浓度锌、铅和镉的能力,并能从土壤中吸收和转移大量锌到地上部,超积累生态型东南景天地上部的Zn含量为7062～9558mg／kg,非超积累生态型为256～407mg／kg,超积累生态型东南景天地上部的Zn总积累是非超积累生态型的4l～62倍。矿山土壤添加稻草后,促进了超积累生态型东南景天的生长,地上部生物量显著提高,且锌含量也明显增加。种植超积累生态型东南景天后土壤乙酸铵提取态锌有上升趋势,和种植前比较,在矿山土壤和污染土壤上分别增加了4．3％和9．4％,种植超积累生态型东南景天后土壤交换态锌和有机结合态锌明显增加,残渣态锌减少,而对非生态型,种植前后土壤中锌的化学形态没有什么变化。添加菜籽饼和稻草对两种土壤中Zn的化学形态转化均没有显著性影响,其原因有待进一步研究。这些研究结果表明,超积累生态型东南景天具有较强的修复锌污染土壤的潜力。     

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.     

3种有机酸对伴矿景天修复效率及土壤微生物数量的影响

伴矿景天(Sedumplumbizincicola)是一种Cd和Zn的超积累植物,常用于Cd污染土壤的植物修复。有机酸能够提高土壤重金属的有效性,促进植物对重金属的积累,对重金属污染土壤的植物修复效率具有强化作用,并对土壤微生物数量有重要影响。以河潮土和红黄泥为供试土壤,探讨了乙二胺四乙酸(EDTA)、柠檬酸、草酸对伴矿景天修复效率和土壤微生物数量的影响。结果表明,有机酸能显著提高土壤有效态Cd含量,柠檬酸处理的效果最好,河潮土和红黄泥中有效态Cd含量较单种伴矿景天分别增加72.73%,12.99%(P<0.05);伴矿景天地上部Cd含量在河潮土和红黄泥中以EDTA处理最高,在河潮土和红黄泥中分别比单种伴矿景天增加99.24%和33.32%;与单种伴矿景天相比,添加有机酸处理河潮土和红黄泥中伴矿景天修复效率显著提高。添加有机酸比单种伴矿景天显著增加土壤中微生物数量,其中柠檬酸处理河潮土中细菌和真菌数量分别增加34.38%和68.42%(P<0.05),草酸处理红黄泥中放线菌数量增加150.00%。研究结果可为重金属污染土壤的植物强化修复提供理论支撑。     

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。     

谷氨酸N,N-二乙酸及液体肥联合强化对东南景天修复重金属污染土壤的影响

化学强化可提高超富集植物对土壤重金属的提取效果。采用盆栽试验,研究了可生物降解螯合剂谷氨酸N,N-二乙酸(GLDA)、液体肥的不同用量及复配使用对超富集植物东南景天吸收土壤重金属Cd、Zn的影响,并探讨了其渗滤液对环境的风险。结果表明:单一使用GLDA或者液体肥均能提高东南景天对土壤Cd、Zn的提取效率,其中1.25 mmol/kg GLDA处理的Cd、Zn提取量分别是空白处理的1.36,1.46倍,0.5 g/kg液体肥处理的Cd、Zn提取量分别是空白处理的1.40,1.43倍,这2种低用量单独使用的处理对Cd提取效率最高,达到41%～42%,且对应的渗滤液重金属含量均比空白处理要低,其环境风险较小。GLDA与较高用量(2 g/kg土)液体肥复配时,其东南景天对土壤Cd、Zn的提取量与空白处理相比有所下降。结果表明,GLDA和液体肥在强化植物修复方面有明显潜力,而且以低剂量单独使用强化效果较佳,值得进一步的田间试验核实。     

镉处理根表铁膜对水稻吸收镉锰铜锌的影响

本试验利用营养液和土壤培养系统,研究不同Fe、 Cd处理下根表铁膜对水稻吸收Cd、 Mn、 Cu、 Zn的影响。土壤中Fe的水平为0、 1、 2 g/kg Fe（以FeSO47H2O的形式供应）,Cd 的水平为0、 2、 10 mg/kg Cd（以3CdSO48H2O的形式供应）。营养液中Fe和Cd的水平分别为0、 10、 30、 50、 80、 100 mg/L Fe 和 0、 0.1、 1.0 mg/L Cd。收获后测定水稻根表、 根中和地上部Cd、 Fe、 Mn、 Cu、 Zn 含量。试验结果表明,两种培养方式下,随着介质中Fe浓度的增加,水稻根表铁膜（DCB-Fe）逐渐增多。土壤培养方式下,根表铁膜中Cd 和 Mn 含量随铁膜量增加而略有增加,所有元素含量均表现为根中大于铁膜中。营养液培养条件下,根表铁膜中Mn和Cu含量在高量 Fe 供应时有所增加, Mn、 Cu、 Zn表现为铁膜中大于根中。根表铁膜中Zn含量在两种培养方式下均未呈现一定规律性变化。根中和地上部 Cd、 Mn、 Cu、 Zn 含量一般都随介质中Fe浓度的增加而下降,Cu和Zn含量在加Cd处理中下降。以上结果证明,铁膜对Cd 的吸附阻挡能力有限,对Mn、 Cu、 Zn 的吸附作用因培养方式和元素种类不同而有所差异,植株体内微量元素含量的下降主要与它们之间的相互抑制作用有关。     

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。     

不同pH值混合螯合剂对土壤重金属淋洗及植物提取的影响

为了得出混合螯合剂（MC）淋洗去除重金属的最佳pH值以及对后续植物提取重金属的影响,用Ca(OH)2将pH值为2.75的MC提高至pH值5、7和9,对重金属污染土壤进行了盆栽淋洗试验,而后种植东南景天（Sedum Alfredii）,测定淋出液及植物重金属含量。另外,通过浸提试验研究了含有不同阳离子的MC对重金属淋洗效果的影响。结果表明,pH值为5和7的MC显著提高了Cd、Pb和Cu的淋出率。与Na+、K+离子相比,Ca2+的存在能够提高MC对重金属的淋洗去除。pH值7和9的MC淋洗土壤后提高了东南景天的生物量,但是降低东南景天中Cd和Zn的浓度,导致其植物提取率低于无淋洗剂对照。在化学淋洗+植物提取联合技术中,Cd和Zn主要靠植物提取去除,植物提取率分别可达土壤Cd的30%～40%和土壤Zn的6.5%～6.9%;而Pb和Cu主要靠混合螯合剂淋洗去除,去除率分别为2.3%～2.6%和1.6%～2.0%。综合来说,如果需要同时去除Cd、Zn、Pb和Cu,降低土壤重金属有效态含量,用pH值9的MC淋洗土壤联合植物提取较为合适。     

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。     

Pig manure vermicompost (PMVC) can improve phytoremediation of Cd and PAHs co-contaminated soil by Sedum alfredii

Purpose

A major challenge to phytoremediation of co-contaminated soils is developing strategies for efficient and simultaneous removal of multiple pollutants. A pot experiment was conducted to investigate the potential for enhanced phytoextraction of cadmium (Cd) by Sedum alfredii and dissipation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in co-contaminated soil by application of pig manure vermicompost (PMVC).

Materials and methods

Soil contaminated by Cd (5.53?mg?kg^?1 DW) was spiked with phenanthrene, anthracene, and pyrene together (250?mg?kg^?1 DW for each PAH). A pot experiment was conducted in a greenhouse with four treatments: (1) soil without plants and PMVC (Control), (2) soil planted with S. alfredii (Plant), (3) soil amended with PMVC at 5?% (w/w) (PMVC), and (4) treatment 2?+?3 (Plant?+?PMVC). After 90?days, shoot and root biomass of plants, Cd concentrations in plant and soil, and PAH concentrations in soil were determined. Abundance of PAH degraders in soil, soil bacterial community structure and diversity, and soil enzyme activities and microbial biomass carbon were measured.

Results and discussion

Application of PMVC to co-contaminated soil increased the shoot and root dry biomass of S. alfredii by 2.27- and 3.93-fold, respectively, and simultaneously increased Cd phytoextraction without inhibiting soil microbial population and enzyme activities. The highest dissipation rate of PAHs was observed in Plant?+?PMVC treatment. However, neither S. alfredii nor PMVC enhanced PAH dissipation when applied separately. Abundance of PAH degraders in soil was not significantly related to PAH dissipation rate. Plant?+?PMVC treatment significantly influenced the bacterial community structure. Enhanced PAH dissipation in the Plant?+?PMVC treatment could be due to the improvement of plant root growth, which may result in increased root exudates, and subsequently change bacterial community structure to be favorable for PAH dissipation.

Conclusions

This study demonstrated that remediation of Cd and PAHs co-contaminated soil by S. alfredii can be enhanced by simultaneous application of PMVC. Long-term evaluation of this strategy in co-contaminated field sites is needed.     

Effects of multiple heavy metal contamination and repeated phytoextraction by Sedum plumbizincicola on soil microbial properties

The threat of heavy metal contamination to food and human health in south and east China has become a public concern as industrial development continues. The aims of this study were to investigate the influence of repeated phytoextraction over a two-year period by successive crops of the Zn and Cd hyperaccumulator Sedum plumbizincicola on multiple metal contaminated soils and to assess recovery of soil quality. Total and NH₄OAc-extractable Zn and Cd concentrations were significantly reduced in planted soils compared to unplanted soils. Microbial biomass C (C_mic), basal respiration and microbial quotient (qM) were significantly and positively correlated and soil metabolic quotient (qCO₂) was negatively correlated with heavy metal concentrations in unplanted soils (P < 0.05). However, C_mic, basal respiration and qM values increased significantly after phytoremediation by five crops over two years compared to unplanted soil. Urease, β-glucosidase, neutral phosphatase and arylsulfatase activities also increased significantly with decreasing heavy metal contents and hydrolase activity was enhanced in planted soil (P < 0.05) compared to the unplanted control. The data indicate the capacity of S. plumbizincicola to extract Zn and Cd from contaminated soil and also that phytoremediation had beneficial effects on soil microbial and hydrolase activities, with the metal phytoextraction procedure restoring soil quality.     

超积累植物东南景天根际土壤酶活性研究

通过野外调查和盆栽试验研究了超积累植物东南景天根际土壤酶活性变化及其与重金属有效态的关系。研究结果表明,在矿山土壤、重度污染土壤和轻度污染土壤上,种植超积累生态型东南景天后,根际土壤有效态Zn分别比非根际减少了14.3%,7.9%和47.4%,有效态Cd分别比非根际减少25.1%,21.9%和20%。在铅锌矿区,东南景天生长地段土壤蔗糖酶、酸性磷酸酶、脱氢酶活性高于其它植物生长地段。在矿山土壤和重度污染土壤中,超积累生态型东南景天根际土壤酶活性明显高于非根际土壤,同时也高于非超积累生态型根际土壤。Pb、Zn、Cd、Cu4种重金属对东南景天根际土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶活性均有抑制作用,而Pb对磷酸酶有一定的刺激作用。东南景天根际土壤脱氢酶、酸性磷酸酶活性与重金属有效态含量呈极显著相关。