N_P_K肥對(duì)香根草修復(fù)土壤鎘_鋅污染效率的影響

1、 西北植物學(xué)報(bào),2007,27(3 :0560-0564文章編號(hào):100024025(2007 03205602053N 、P 、K 肥對(duì)香根草修復(fù)土壤鎘、鋅污染效率的影響鄭小林1,2, 朱照宇1, 黃偉雄1, 梁志偉1, 黃妃本1(1湛江師范學(xué)院生物系, 廣東湛江524048;2中國科學(xué)院植物研究所光合作用與環(huán)境分子生理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 100093摘要:通過盆栽試驗(yàn)研究在30mg/kg 鎘(Cd 污染土壤條件下CO 2 2:100200300、P (P 2O 5:50、100、200mg/kg 土 和K (KCl :100、200、300mg/(Zn 。結(jié)果表明:3種N , Cd 和Zn 含

2、量, 導(dǎo)致其修復(fù)效率, 但300mg/kg K 和50、200mg/kg P 處理卻顯著降低Cd 、Zn 修復(fù)效率Cd 、Zn 污染的修復(fù)效率, 應(yīng)對(duì)香根草適施N 肥, 并控制或者不施P 、K 肥為佳關(guān)鍵詞:香根草; N 、P 、K 肥;Cd ;Zn ; 修復(fù)效率中圖分類號(hào):Q948.116文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AE ffects of N, P , K Fertilizer on Phytoremediation E ffectiveness ofC admium and Zinc Pollution in V etiver G rassZH EN G Xiao 2lin 1,2,ZHU Zhao 2

3、yu 1, HUAN G Wei 2xiong 1,L IAN G Zhi 2wei 1, HUAN G Fei 2ben 1(1Biology Depart ment of Zhanjiang Normal University ,Zhanjiang , Guangdong 524048,China ;2Key Laboratory of Photosynt he 2sis and Environmental Molecular Physiology ,Institute of Botany ,Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100093,China

4、 Abstract :Effect s of different levels of N CO (N H 2 2:100,200and 300mg/kg , P (P 2O 5:50,100and 200mg/kg and K (KCl :100,200and 300mg/kg treat ment s on p hytoremediation effectiveness of cadmium (Cd and zinc (Zn in vetiver grass (V eti veri a z i z anioi des Nash growing in Cd contaminated soil

5、(30mg Cd/kg were investigated by pot experiment. The result s showed t hat t he biomass and content s of Cd and Zn in shoot ,especially in leaves ,significantly enhanced wit h t hree N t reat ment s ,which resulted in signifi 2cant increases in Cd and Zn p hytoremediation effectiveness ,wit h t he C

6、d p hytoremediation effectiveness be 2ing 1. 60,2. 67and 2. 50times and t he Zn p hytoremediation effectiveness being 1. 81,2. 66and 2. 60times in 100,200and 300mg/kg N , respectively , as compared wit h t he cont rol. Moreover , wit h 200mg/kg K t reatement ,Zn p hytoremediatio n effectiveness also

7、 significantly increased wit hout impact ment of Cd p hy 2toremediation. However ,t he p hytoremediation effectiveness of Cd and Zn decreased significantly wit h 50, 200mg/kg P and 300mg/kg K t reatement s ,while no significant differences were presented in 100mg/kg P and 100mg/kg K t reatement s re

8、spectively. Thus ,it was suggested t hat utilization of N fertilizer rat her t han P and K could efficiently improve t he Cd and Zn p hytoremediation effectiveness of vetiver glass under sterile soil.K ey w ords :vetiver grass (V eti veri a z i z anioi des Nash ; N , P , K fertilizer ;cadmium ;zinc

9、; Phytoremediation effectiveness3收稿日期:2006209208; 修改稿收到日期:2007201230基金項(xiàng)目:廣東省農(nóng)業(yè)攻關(guān)資助項(xiàng)目(2003C201071作者簡介: 鄭小林(1966- , 男(漢族 , 博士, 副教授, 主要從事植物生理學(xué)教學(xué)及研究工作。E 2mail :zheng9393163. com3期鄭小林, 等:N、P 、K 肥對(duì)香根草修復(fù)土壤鎘、 鋅污染效率的影響561香根草(V eti veri a z iz anioi des Nash 根系發(fā)達(dá), 生長快, 生物量大, 抗逆性好(如耐貧瘠, 耐強(qiáng)酸或強(qiáng)堿、抗旱和抗鹽等 , 對(duì)重金屬的耐受

10、力強(qiáng)124。目前, 許多研究證明:香根草是一種較好的土壤重金屬污染修復(fù)植物, 而且其老葉粗, 老莖硬, 動(dòng)物不愿啃食, 地上部分易于收割處理, 能夠有效地防止二次污染, 因此, 在重金屬污染土壤的修復(fù)和尾礦區(qū)植被重建等方面具有巨大的應(yīng)用前景528。N 、P 、K 是植物生長的“三要素”, 單獨(dú)施用N 、P 、K 肥, 或者三者以一定的比例混合施用都能提高1. 2地上部生物量和Cd 、Z n 含量測定植株經(jīng)N 、P 、K 處理后130d 時(shí), 測量香根草的株高和每株的分蘗數(shù), 再將每株香根草地上部分(距土面5cm 葉和莖分開采收, 先用自來水洗凈污泥, 再用蒸餾水沖洗3次, 將樣品剪碎、烘干、稱

11、重, 然后混勻置聚乙烯薄膜袋內(nèi), 放入干燥器保存待用。稱試樣1. 00g 置于坩堝中, 在馬福爐中經(jīng)200250炭化后, 以每小時(shí)50升溫, 最后在500灰化h 。4mL 2(, , 使其緩慢, 直至硝化完全無碳, 然后用0. 5mol/L 的HNO 3定容至25mL , 用火焰原子吸收光譜儀(Aust ralia , G BC 932 測定Cd 和Zn 的含量。1. 3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析香根草根的生物量和根香油的含量9,10。等11報(bào)道施用N 的Pb/Zn N P 、K 4種植物在煉油廠廢渣堆集區(qū)上的成活率, 并顯著提高地上部分的生物量而改善對(duì)重金屬的修復(fù)效率; 使用一些生活垃圾和/或N P K

12、復(fù)合肥料能促進(jìn)香根草在尾礦上的生長, 并改善對(duì)重金屬的修復(fù)效率5,13。本研究通過盆栽試驗(yàn), 探討不同水平的N 、P 、K 處理對(duì)香根草在Cd 污染條件下的地上部分生長和Cd 、Zn 含量的影響, 為利用施肥提高香根草對(duì)Cd 、Zn 的修復(fù)效率提供理論依據(jù)。數(shù)據(jù)取3次重復(fù)的平均值, 用SPSS 11. 5(SPSS Inc. ,Chicago ,IL ,U SA 軟件分析處理平均值間的差異顯著性。2結(jié)果與分析2. 1N 、P 、K 處理對(duì)香根草地上部生長的影響N 、P 、K 處理對(duì)香根草在Cd 污染土壤下生長130d 后的株高、分蘗數(shù)和地上部的生物量影響見表1。1材料和方法1. 1材料培養(yǎng)與處

13、理表1顯示與對(duì)照相比,100mg/kg N 處理顯著提高香根草株高,200、300mg/kg N 和200mg/kg K 處理的香根草株高、分蘗數(shù)和地上部干重均顯著增加。3種P 和2種K (100和300mg/kg 處理對(duì)香根草地上部生長沒有表現(xiàn)出顯著的促進(jìn)作用, 其中200mg/kg P 和300mg/kg K 處理卻使葉干重顯著降低, 以致地上部干重顯著低于對(duì)照。說明施用N 肥和適量K 肥能顯著促進(jìn)香根草地上部生長, 而P 和K 濃度過高時(shí)反而抑制香根草葉的生長。2. 2N 、P 、K 處理對(duì)香根草地上部Cd 含量和Cd 總量的影響由表2可知, 香根草在各種處理中葉的Cd 含量遠(yuǎn)高于莖的,

14、 說明香根草中Cd 主要分布于葉片。在300mg/kg N 處理中, 香根草植株莖的Cd 含量顯著高于對(duì)照, 其它處理則與對(duì)照無顯著差異;200、300mg/kg N 處理莖的Cd 總量顯著高于對(duì)照, 但50、200mg/kg P 和300mg/kg K 處理都顯著低于對(duì)照。葉的Cd 含量、Cd 總量和地上部Cd 總量在3種N 處理中均顯著高于對(duì)照, 而50、200mg/kg P 和300mg/kg K 處理則顯著低于對(duì)照。以效比(每處理單株地上部Cd 總量/對(duì)照單株地上部Cd 總本實(shí)驗(yàn)所用香根草采自廣東省吳川, 系野生香根草, 待盆栽植株長至1517cm 后, 間苗、選出生長狀況一致的苗作為

15、盆栽試驗(yàn)材料。供試土壤采于湛江師范學(xué)院試驗(yàn)基地, 土壤偏酸性(p H 5. 6 , 全N 、P 、K 分別為463、187和380mg/kg , 速效N 、P 、K 分別為103、13和79mg/kg , Zn 含量為195mg/kg ,Cd 未檢測出, 土壤肥力較貧瘠。將土樣風(fēng)干, 過1mm 篩, 裝入直徑25cm 和高30cm 聚乙烯盆, 每盆裝土為6kg , 然后移栽香根草3株, 移栽時(shí)苗尖超出土面5cm 。植株經(jīng)過10d 恢復(fù)生長后, 每盆進(jìn)行30mg CdCl 2/kg 的土壤污染處理, 即將180mg CdCl 2(分析純 溶解于1. 5L 水中后澆灌于每盆中。2d 后再分別進(jìn)行不

16、同的N CO (N H 2 2:100、200、300mg/kg 土、P (P 2O 5:50、100、200mg/kg 土 和K (KCl :100、200、300mg/kg 土 處理(N 、P 、K 均采用分析純, 溶于水后澆灌于盆中 , 以不施肥為對(duì)照。每處理均為3盆。在整個(gè)生長過程中根據(jù)土壤干濕狀況每盆澆灌等量的水, 滿足植物生長對(duì)水分的需求。562西北植物學(xué)報(bào)27 卷量 衡量不同N 、P 、K 水平對(duì)香根草Cd 污染修復(fù)效率的影響, 其中3種N 處理分別為1. 60、2. 67和2. 50,3種P 處理分別為0. 64、0. 93和0. 50,3種K 處理分別為0. 84、1. 10

17、和0. 44。結(jié)果表明N 處理顯著提高香根草的Cd 修復(fù)效率, 而P 和K 處理沒有顯著的促進(jìn)效果, 特別是P 、K 水平過高反而顯著降低香根草的Cd 修復(fù)效率。2. 3N 、P 、K 處理對(duì)香根草地上部Z n 含量和Z n 總量的影響本實(shí)驗(yàn)土壤沒有設(shè)置Zn 污染, 因?yàn)閆n 和Cd 是同族元素, 為進(jìn)一步考察N 、P 、K 根草Zn 一致, 由表2和表3可知, 香根草地上部莖、葉的Zn 含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Cd 含量, 說明香根草地上部對(duì)Zn 的累積作用較強(qiáng)。與對(duì)照相比(表3 ,300mg/kg N 和300mg/kg K 處理顯著提高植株莖的Zn 含量, 但50、200mg/kg P 和100mg

18、/kg K 處理顯著降低其含量。3種N 和100、200mg/kg K 處理顯著提高葉的Zn 含量, 而50mg/kg P 則顯著降低葉的Zn 含量。地上部的Zn 總量在3種N 和200mg/kg K , 而kg P 和300mg/K , 3種N 和K Zn 的修復(fù)效, mg/kg P 和300mg/kg K 處理則顯著降低Zn 的修復(fù)效率。表1N 、P 、K 處理下香根草地上部的生長情況Table 1Aboveground organs growth of vetiver grass with N ,P , K treatments處理Treat ment CK100mg/kg N 200m

19、g/kg N 300mg/kg N 50mg/kg P 100mg/kg P 200mg/kg P 100mg/kg K 200mg/kg K 300mg/kg K分蘗數(shù)Tiller 2. 8b 2. 7b 4. 4a 4. 2a 3. 1b 3. 2b 3. 2b 2. 7b 3. 7a 2. 5b株高Height(cm 100. 8b 121. 1a 128. 9a 128. 0a 94. 7b 115. 3ab 110. 3b 97. 7b 122. 3a 90. 3b葉干重Dry weight of leaf (g 5. 96c 7. 74bc 13. 97a 13. 53a 6. 6

20、9c 6. 01c 4. 23d 6. 55c 7. 77bc 3. 69d莖干重Dry weight of stem (g 3. 35bc 2. 84c 5. 67a 5. 24a 2. 28d 3. 94bc 2. 96cd 4. 41b 4. 25b 3. 07cd地上部干重Dry weight of aboveground organs(g 9. 31c 10. 58bc 19. 64a 18. 77a 8. 97cd 9. 95c 7. 23de 10. 96bc 12. 02b 6. 76e注:差異顯著性采用鄧肯氏多重比較, 同列不同字母表示0. 05水平的顯著差異。下表同。Not

21、es :Treat ment means were compared by Duncan s multiple range test s at 5%level. Different normal letters indicate significant differ 2ence among treat ment s in t he same column (P <0. 05 . They mean t he same in t he following tables.表2N 、P 、K 處理下香根草地上部的Cd 含量和Cd 總量Table 2Cd content and total am

22、ount of Cd accumulation in stem and leavesof vetiver grass with N ,P , K treatment in Cd contaminated soil 莖Stem處理Treatments CK 100mg/kg N 200mg/kg N 300mg/kg N 50mg/kg P 100mg/kg P 200mg/kg P 100mg/kg K 200mg/kg K 300mg/kg KCd 含量Cd content (g/g DW 0. 75b 0. 83b 0. 83b 1. 18a 0. 50b 0. 75b 0. 50b 0.

23、 75b 0. 58b 0. 53bCd 總量Cd total amount (g/plant 2. 51c 2. 36c 4. 71ab 6. 18a 1. 14d 2. 96c 1. 48d 3. 31c 2. 47c 1. 63dCd 含量Cd content (g/g DW 4. 70b 6. 00a 5. 50a 5. 18a 2. 75c 4. 25b 3. 25c 3. 43bc 4. 00b 3. 18c葉LeafCd 總量Cd total amount (g/plant 28. 01cd 46. 44b 76. 84a 70. 09a 18. 40e 25. 54d 13.

24、75ef 22. 47d 31. 08c 11. 73f地上部Aboveground organsCd 總量Cd total amount (g/plant 30. 52c 48. 80b 81. 54a 76. 27a 19. 54d 28. 50c 15. 23de 25. 77c 33. 55c 13. 36e效比Ratio 1. 00c 1. 60b 2. 67a 2. 50a 0. 64de 0. 93c 0. 50e 0. 84cd 1. 10c 0. 44e注:效比=每處理單株地上部累積的Cd 總量/對(duì)照單株地上部Cd 總量。Note :Ratio=total Cd conten

25、t in aboveground organs of per treated plant/total Cd content in aboveground organs of per control plant.3期鄭小林, 等:N、P 、K 肥對(duì)香根草修復(fù)土壤鎘、 鋅污染效率的影響563表3N 、P 、K 處理下香根草地上部的Z n 含量及Z n 總量Table 3Zn content and total amount of Zn accumulation in stem and leavesof vetiver grass with N ,P , K treatment in Cd cont

26、aminated soil 莖Stem處理Treatments CK 100mg/kg N 200mg/kg N 300mg/kg N 50mg/kg P 100mg/kg P 200mg/kg P 100mg/kg K 200mg/kg K 300mg/kg KZn 含量Zn content (g/g DW 41. 75bc 38. 25cd 45. 13ab 51. 75a 36. 13cd 39. 00cd 34. 68d Zn 總量Zn total amount (g/plant 139. 86cd 108. 63de 255. 89a 271. 17a 82. 38e 153. 66

27、c 213. 138. 92cdZn 含量Zn content (g/g DW 59. 25cd 101. 50a 75. 63b 74. 63b 37. 83e 52. 78. 75b 64. 63bc葉LeafZn 總量Zn total amount (g/plant 353. 13de 785. 61b 1056. 55a 174a 02f 478. 15d 611. 89c 238. 48f地上部Aboveground organsZn 總量Zn total amount (g/plant 492. 99d 894. 24b 1312. 44a 323. 67f 627. 47c 82

28、4. 94b 377. 40ef效比Ratio 1. 00d 1. 81b 2. 66a 2. 60a 0. 68e 0. 88de 0. 66e 1. 27c 1. 67b 0. 77e注:效比=每處理單株地上部累積的Zn 總量/對(duì)照單株地上部Zn 總量。Notes :Ratio=total Zn content in aboveground organs of per treated plant/total Zn content in aboveground organs of per control plant.3討論植物的重金屬修復(fù)效率主要決定于單位時(shí)間內(nèi)修復(fù)植物地上部的生物量及其重金

29、屬含量水平。香根草根系的Cd 、Pb 、Zn 和Cu 等重金屬的滯留率較高5,14, 但適時(shí)經(jīng)常地收割香根草地上部能促進(jìn)地上部的生物產(chǎn)量和重金屬由根系向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn), 提高重金屬修復(fù)效率15。施用N P K 復(fù)合肥料能明顯降低香根草的地上部Pb 和Cd 的含量, 但因顯著提高地上部分的生物量而改善對(duì)Pb 和Cd 的修復(fù)效率12。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在Cd 污染的較貧瘠土壤條件下, 施N 肥不僅促進(jìn)香根草地上部生長(包括分蘗數(shù)、株高 , 導(dǎo)致地上部的生物量顯著增加, 而且顯著提高地上部莖和葉特別是葉的Cd 和Zn 含量, 進(jìn)而成倍提高Cd 和Zn 的修復(fù)效率。中度施K 肥能改善植株對(duì)Cd 和Zn 的

30、修復(fù)效率, 但效果不如N 肥, 而施K 過高則顯著降低Cd 和Zn 的修復(fù)效率。施P 肥未能改善植株的Cd 和Zn 修復(fù)效率, 而且較低和過高的P 導(dǎo)致修復(fù)效率顯著降低。因此, 在利用香根草修復(fù)較貧瘠土壤中的Cd 、Zn 污染時(shí), 建議對(duì)香根草適施N 肥, 同時(shí)控制或不施P 、K 肥。N 、P 、K 促進(jìn)植物生長與植物營養(yǎng)特性的基因型差異、發(fā)育狀況、土壤條件、水分和溫度等內(nèi)外因素密切相關(guān)16218, 而且N 、P 、K 對(duì)植物Cd 、Zn 等重金屬的吸收、分配和累積的影響極具復(fù)雜性, 主要與植物品種差異、N P K 肥的不同形態(tài)、土壤條件和重金屬污染水平等因素相關(guān)16,19,20。例如, 水稻

31、和油菜的不同品種對(duì)Cd 的吸收累積具有明顯差異, 而且N 、P 、K 肥的不同種類對(duì)植物吸收Cd 亦有明顯差異19。在Cd 污染的水稻土中施3種不同K 肥(KCl 、K 2SO 4、KNO 3 , 結(jié)果發(fā)現(xiàn)KCl 對(duì)水稻吸收Cd 有促進(jìn)作用, 而施K 2SO 4卻顯著降低水稻對(duì)Cd 的吸收21。向Cd 污染程度不同的土壤中施P 肥顯著地促進(jìn)了油麥菜生長, 增加程度隨Cd 污染的加重呈先增大后減小趨勢; 施P 肥顯著降低植株體內(nèi)Cd 的含量, 對(duì)Cu 、Zn 、Mn 的含量也有一定程度的降低; 但促進(jìn)油麥菜對(duì)Cd 元素的總吸收量22。同樣,P 2Zn 關(guān)系復(fù)雜, 施P 肥降低土壤Zn 的有效性,

32、 抑制根系對(duì)Zn 的吸收及根部Zn 向地上部的運(yùn)轉(zhuǎn), 而適量施P 肥不僅促進(jìn)植物的生育, 同時(shí)促進(jìn)植物對(duì)Zn 的吸收, 表明在土壤中P 2Zn 關(guān)系具有拮抗作用, 但又非完全的拮抗作用16。本實(shí)驗(yàn)香根草在30mg Cd/kg 污染土壤中生長, 施N 肥同時(shí)促進(jìn)地上部的生長和對(duì)Zn 、Cd 的吸收, 表明香根草對(duì)同族元素Zn 、Cd 的修復(fù)作用并沒有表現(xiàn)相互拮抗現(xiàn)象, 但這些作用效果是中度施N 量顯著高于低施N 量, 繼續(xù)加大施N 量其效果并不相應(yīng)提高。施K 的效果是隨施用量的增加表現(xiàn)出先高后低, 而施P 特別是低和高施用量植株地上部Zn 、Cd 的吸收總量均顯著降低。說明N 、P 、K 肥對(duì)香

33、根草地上部生長及其Zn 、Cd 吸收和累積的影響具有明顯差異, 而且N 、P 、K 肥用量也影響其差異性。今后應(yīng)根據(jù)香根草吸收、利用N 、P 、K 素的營養(yǎng)特性、修復(fù)土壤的狀況如N 、P 、K 肥力和相關(guān)重金屬污染水平, 進(jìn)一步研究N 、P 、K 對(duì)香根草生長564西北植物學(xué)報(bào)27 卷的互作效應(yīng), 以及N 、P 、K 對(duì)香根草Cd 、Zn 等重金屬吸收、運(yùn)轉(zhuǎn)和累積的互作影響, 從而以合理的N P K 施肥配比和用量提高香根草對(duì)重金屬的修復(fù)效率, 實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。致謝:感謝湛江師范學(xué)院化學(xué)系唐純良老師和生物系楊秀堅(jiān)老師對(duì)實(shí)驗(yàn)工作所給予幫助。參考文獻(xiàn):1TRUON G P N V. An

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