土壤鉛對火炬樹生長及修復能力的影響

土壤鉛對火炬樹生長及修復能力的影響

鉛是對動植物的嚴重金屬元素之一。受鉛污染的土壤,不但影響作物的正常生長,還能引起人的各種生理異常1材料和方法1.1裝盆培養(yǎng)樹種供試土壤采自沈陽市東陵區(qū)一菜圃地表層土(1～20cm),經自然風干,過80目篩,用于裝盆培養(yǎng)?；鹁鏄浞N子采自沈陽農業(yè)大學校園內生長良好的8～10a生樹木。種子調制后,用80～90℃熱水燙種,于15～20℃濕沙中層積催芽。配制土壤所用藥品:Pb(NO1.2殼聚糖與火炬樹幼苗間苗方法及苗高、地莖的檢測土壤設置3個鉛處理水平:以Pb(NO將3種水平的鉛處理土壤各分裝12盆(直徑×高為15cm×18cm),每盆裝土3kg,同時設置3組(每組4盆)不加鉛的土壤為對照,用于與各鉛處理進行出苗率的比較。2009年4月,將催芽后的火炬樹種子直接播入各盆內,每盆播種50粒,待種子萌發(fā)1周后間苗,每盆留苗6株。幼苗生長90d后,將相同鉛處理濃度(12盆)再分成4組(每組3盆),在每個鉛處理水平下分別加入濃度為0、2.5、5、7.5mmol/kg的殼聚糖(表2)。未施殼聚糖之前,每天加去離子水150mL,保持土壤濕潤度為田間持水量的60%左右。施加殼聚糖時,向含鉛土壤中1次直接加入對應濃度的殼聚糖溶液50mL/kg,代替當天的澆水過程?；鹁鏄浞N子播入各盆萌發(fā)1周后,記錄各處理下的出苗率;幼苗生長90d后(施加殼聚糖前)測定各鉛處理下火炬樹的苗高和地莖;施加殼聚糖20d后再次測量其苗高和地莖,并取根、莖和葉烘干,測定其含鉛量。1.3測試方法1.3.1土壤的物理和化學性質速效磷含量采用NaHCO1.3.2測試植物和土壤樣品的鉛含量植物樣品用去離子水洗清,105℃烘干,與土壤樣品分別研磨過80目篩。用2結果與分析2.1殼聚糖處理前后火炬樹的生長2.1.1火炬樹出苗率火炬樹種子在3種鉛含量土壤A、B和C上均能出苗,出苗率分別為86.83%、75.67%和66.5%,與之對應的3組對照種子的平均出苗率分別為100%、98%和100%,說明不同濃度的鉛對火炬樹種子的萌發(fā)有不同的抑制作用,隨著土壤鉛含量的增加抑制作用增強。2.1.2殼聚糖處理前后火炬樹幼苗生長情況的變化火炬樹種子萌發(fā)后至幼苗生長3個月時,地上部均未出現肉眼可見的傷害癥狀(如萎蔫、失綠和壞死斑點等),但苗高與地莖出現了不同的差異。各處理幼苗長勢如表3所示。重金屬毒害植物的癥狀之一是通過抑制植物細胞的分裂和伸長使其矮化。由表3可知,火炬樹生長3個月后,殼聚糖處理前,3種鉛含量土壤A、B和C的平均苗高分別為21.09、18.2、14.47cm,平均地莖分別為5.74、5.19、4.08mm,說明在土壤含鉛量不同的各處理水平下,苗高和地莖的生長均差異顯著。土壤含鉛量相同的各處理間,苗高和地莖的生長均無明顯差異。殼聚糖處理后土壤出現不同程度的板結。苗高的生長和葉片外觀隨著殼聚糖施加量的不同在各組內和組間呈現了不同的變化。殼聚糖施加后的第9天,處理B-4的幼苗葉片呈現輕微的失綠發(fā)黃。在C組土壤上,各殼聚糖處理下的幼苗均出現了失綠發(fā)黃和壞死斑點。高濃度殼聚糖處理下的幼苗生長明顯受到抑制,如表3中8月30日苗高所示。與8月9日的苗高相比,土壤含鉛量相同的各處理間,隨著殼聚糖濃度的增大,苗高長勢有顯著差異,其增值呈現逐漸降低的趨勢,說明殼聚糖的施加對火炬樹的苗高產生了影響。在土壤含鉛量不同的各處理下,隨著土壤鉛含量的增加,苗高長勢呈現顯著差異,苗高增值呈現降低的趨勢,說明土壤鉛濃度對苗高的生長也產生了抑制作用。對于地莖而言,土壤含鉛量相同的各處理間,不同濃度的殼聚糖對地莖的生長抑制作用不明顯。在土壤含鉛量不同的各處理下,隨著土壤鉛含量的增加,地莖生長差異顯著。對受試含鉛土壤進行殼聚糖處理后,火炬樹地上與地下部位的生長均受到了不同程度的抑制。在含鉛量相同的土壤上,添加不同濃度的殼聚糖使地上部和地下部干重與對照相比均顯著降低,并隨著殼聚糖濃度的升高,各處理地上部和地下部干重均呈逐漸減少的趨勢,但不同濃度的殼聚糖處理間差異不顯著。在土壤含鉛量不同的3種土壤上,地上部與地下部降低的干重均差異顯著,并隨著土壤鉛含量的增加,各處理地上部和地下部干重均呈逐漸減少的趨勢。低濃度的鉛和殼聚糖處理A-2地上部和地下部干重減少的最少,分別為0.49、0.09g;高濃度的鉛和殼聚糖處理C-4地上部和地下部干重減少的最多,分別為1.39、0.34g。2.2殼聚糖對火炬樹鉛積累的影響在含鉛土壤中施加殼聚糖20d后,各組內未施殼聚糖的對照A-1、B-1和C-1其根部和地上部鉛的積累量均隨著土壤中鉛濃度的增加而增大,并且根部鉛的積累量均高于地上部分。含鉛量相同施加殼聚糖濃度不同的各處理,其根部和地上部鉛的積累量均隨著殼聚糖濃度的增加而增大,但地上部鉛的積累量明顯上升并高于根部。土壤含鉛量相同時,施加不同濃度殼聚糖的各處理其地上部分與地下部分鉛的積累量與對照相比均顯著升高,但各殼聚糖處理間差異不顯著。處理A-2、A-3和A-4與對照A-1相比地上部分鉛的積累量顯著增高,分別是對照的7.7、8.6、9.2倍,但A-2、A-3和A-4之間差異不顯著;B組各處理分別是對照的9.6、12、12.5倍,各處理間差異不顯著;C組各處理分別是對照的8.8、9.4、9.5倍,各處理間差異不顯著。以上分析表明,土壤含鉛量相同時,隨著殼聚糖濃度的增大其催化植物地上部分積累鉛的能力也隨之增大;土壤含鉛量不同時,地上部與地下部鉛的積累量均隨著土壤鉛含量的升高而顯著升高。殼聚糖催化植物地上部分積累鉛的效果在B組時最好,最高的是處理B-4,約為315.25μg/g,為對照的12.5倍?？傮w上而言,加入殼聚糖能增加土壤中鉛的有效性,提高火炬樹地上部鉛的積累量。這可能是殼聚糖與土壤中的鉛形成可溶性重金屬螯合物,增加了土壤中鉛的濃度,但在催化植物積累土壤中鉛的同時也加劇了對植物的傷害。Vassil等研究表明,植物可以吸收螯合態(tài)的鉛并通過木質部向地上部運輸積累2.3火炬樹積累鉛總量的變化從圖2可看出,在含鉛量相同的土壤上,隨著殼聚糖含量的增加,各處理下土壤含鉛量均成遞減的趨勢,并且土壤含鉛量的變化與植物提取鉛含量的變化呈負相關。當土壤中的鉛含量減少時,植物體內鉛的積累量隨之升高,符合植物修復土壤鉛污染的規(guī)律。從圖3可以看到,處理A-2、A-3和A-4與對照A-1相比鉛積累總量顯著增高,分別是對照的3.09、3.32、3.29倍,但A-2、A-3和A-4彼此間差異不顯著?；鹁鏄湓谔幚鞟-3處鉛積累總量最高,約為808.56μg/株,此處植株生長良好,葉片嫩綠,未出現肉眼可見的傷害癥狀;處理B-2、B-3和B-4與對照B-1相比鉛積累總量顯著增高,分別是對照的2.45、3.04、2.97倍,B-2、B-3和B-4彼此間差異也不顯著?；鹁鏄湓谔幚鞡-3處鉛積累總量最高,約為1109.97μg/株。雖然苗高和地莖的生長受到了一定的抑制,但火炬樹的葉片未出現肉眼可見的傷害癥狀;處理C-2、C-3和C-4與對照C-1相比鉛積累總量顯著增高,分別是對照的2.05、2.05、1.91倍,C-2、C-3和C-4彼此間差異不顯著?；鹁鏄湓谔幚鞢-2處鉛積累總量最高,約為1028.69μg/株,但此處植株的葉片出現失綠發(fā)黃和壞死斑點。從圖3還可以看出,隨著土壤含鉛量和殼聚糖含量的增加,各處理下火炬樹積累鉛的總量先呈現逐漸遞增趨勢,在B-3處達最大值,約為1109.97μg/株,而后,隨著土壤含鉛量和殼聚糖含量的增加,各處理下火炬樹積累鉛的總量又呈現逐漸遞減的趨勢。這與圖1所呈現的火炬樹地上部鉛的積累量呈逐漸遞增趨勢有所不同,原因是高濃度的含鉛土壤在有殼聚糖輔助下對火炬樹的生長影響較大,生物量減小所致。由此可知,加入殼聚糖后能夠明顯提高火炬樹的鉛積累總量,但在高濃度的含鉛土壤上施加殼聚糖會對火炬樹的生長造成抑制和毒害,從而影響火炬樹對土壤中鉛的整株提取效果。3殼聚糖對火炬樹鉛積累的影響重金屬可抑制種子的萌發(fā),其抑制作用隨含量和作用時間的增大而增大施加殼聚糖之后,各鉛處理水平下火炬樹的苗高和地莖的生長受到不同程度的抑制,呈現出隨著土壤含鉛量的增高,苗高和地莖的增量逐漸減少的趨勢。這可能是因為土壤中的鉛抑制了火炬樹幼苗細胞的分裂和伸長,使其矮化。雖然個別處理下苗木葉片出現了輕微的失綠發(fā)黃甚至是壞死斑點,但各組火炬樹幼苗均能正常生長。殼聚糖施加到含鉛土壤中時,活化了土壤中的鉛并增加了土壤的生物有效性。試驗結果表明,施加殼聚糖20d后,各組內未施殼聚糖的對照其根部鉛的積累量均高于地上部分,說明火炬樹根部積累鉛的能力大于地上部分,這是由于鉛在植物體內的活性較低,植物吸收土壤中的鉛后大多數被固定在了根部,向上運輸的較少。同時,含鉛量相同施加殼聚糖濃度不同的各處理,地上部鉛的積累量明顯上升并高于根部,這是因為殼聚糖加入后使土壤中的鉛活化,提高了土壤中鉛的濃度,螯合態(tài)的鉛能直接被根吸收并向上運輸殼聚糖的施加明顯的增加了火炬樹地上部分對土壤中鉛的積累能力。在土壤鉛濃度為1800mg/kg,殼聚糖濃度為7.