鉛Pb超富集植物

Pb超富集植物富集規(guī)律及營(yíng)養(yǎng)元素N、P、K的響應(yīng)摘要：重金屬超富集植物是植物修復(fù)技術(shù)的核心和前提，本研究從篩選超富集植物入手，通過(guò)野外調(diào)查篩選和室內(nèi)脅迫模擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，發(fā)現(xiàn)并證實(shí)金絲草和柳葉箸為Pb的超富集植物；此后還通過(guò)室內(nèi)模擬脅迫水培試驗(yàn)，研究了在Pb脅迫下這2種植物的生長(zhǎng)及Pb富集規(guī)律。本研究還通過(guò)溫室土培方法，研究了營(yíng)養(yǎng)元素N、P、K對(duì)3種超富集植物綠葉莧菜、紫穗槐和羽葉鬼針草生長(zhǎng)發(fā)育及Pb吸收的影響。關(guān)鍵詞：Pb；Pb脅迫；超富集植物；植物修復(fù)；營(yíng)養(yǎng)元素0引言鉛是一種具柔和性的有毒物質(zhì)，是一種不可降解的環(huán)境污染物，并通過(guò)進(jìn)入食物鏈在生物體內(nèi)積累富集。鉛對(duì)人體各種組織系統(tǒng)均有毒性危害，尤其是神經(jīng)，造血系統(tǒng)受害最甚，對(duì)兒童的身體和智能更為嚴(yán)重。超富集植物的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用為土壤修復(fù)開(kāi)辟了新的途徑，它具有投資和維護(hù)成本低，操作簡(jiǎn)便，不造成二次污染，利用自然能源、安全、生態(tài)協(xié)調(diào)及美化環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，被稱之為綠色修復(fù)技術(shù)。目前已見(jiàn)報(bào)道的Pb超富集植物并不多，限制了Pb污染土壤的修復(fù)規(guī)模。鑒于此，本研究進(jìn)行了Pb超富集植物的篩選，針對(duì)Pb在土壤中不同形態(tài)的存在，還研究了N、P、K營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)超富集植物吸收Pb的影響。1重金屬礦區(qū)植物對(duì)Pb的富集能力侯曉龍、常青山等［1經(jīng)過(guò)野外調(diào)查與篩選，選擇出對(duì)重金屬有較高耐性的12種植物，這12種植物中地上部分Pb含量超過(guò)1000mg/kg的植物有金絲草、毛軸莎草、柳葉箸和二歧飄拂草，符合Pb超富集植物地上部分大于1000mg/kg的臨界標(biāo)準(zhǔn)。從地下部分Pb含量來(lái)看，毛軸莎草、長(zhǎng)蒴母草、二歧飄拂草和斑茅中Pb含量超過(guò)4000mg/kg。從轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)來(lái)看，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大于1的植物有金絲草、柳葉箸和長(zhǎng)圓葉艾納香；但只有金絲草、柳葉箸符合地上部分Pb含量大于1000mg/kg，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大于1的Pb超富集植物標(biāo)準(zhǔn)。因此本研究野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)的金絲草、柳葉箸具備7Pb超富集植物的特征，而且達(dá)到Pb超富集植物標(biāo)準(zhǔn)。2Pb脅迫條件下金絲草和柳葉箬對(duì)Pb的吸收積累特征Pb脅迫條件下金絲草和柳葉箬對(duì)Pb的耐性金絲草和柳葉箸在Pb濃度小于20000mg/kg條件下Pb中毒癥狀，但在20000mg/kg時(shí)，金絲草、柳葉箸表現(xiàn)出了一定的Pb毒害癥狀。Pb脅迫條件下金絲草和柳葉箬對(duì)Pb的吸收積累特征隨Pb濃度的增加，2種植物Pb含量呈先增加后減少的趨勢(shì)。在不同Pb處理?xiàng)l件下，柳葉箸和金絲草地上部分Pb含量均超過(guò)1000mg/kg，并在18000mg/kg處理水平時(shí)達(dá)最大值，金絲草地上和地下部分Pb含量分別達(dá)3789.84mg/kg和4964.76mg/kg，柳葉箸地上和地下部分Pb含量分別達(dá)3411.56mg/kg和1523.02mg/kg。從轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)來(lái)看，不同Pb處理柳葉箸對(duì)Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均大于1，而且其地上部分Pb含量超過(guò)1000mg/kg的水平，達(dá)到Pb超富集植物標(biāo)準(zhǔn)，因此柳葉箸可利用該植物進(jìn)行Pb污染土壤上的修復(fù)。金絲草只在處理濃度為5000mg/kg時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大于1，而且地上部分Pb濃度也超過(guò)1000mg/kg，達(dá)到Pb超富集植物標(biāo)準(zhǔn)，其他處理濃度下均小于1，大部分接近1，但地上部分Pb含量均超過(guò)了1000mg/kg的標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)實(shí)地調(diào)查與相關(guān)實(shí)驗(yàn)的研究篩選出2種Pb潛在超富集植物金絲草和柳葉箸，侯曉龍和陳加松等［2又通過(guò)室內(nèi)模擬脅迫水培試驗(yàn)，研究Pb脅迫下這兩種植物的生長(zhǎng)及Pb富集規(guī)律，結(jié)果如下。3金絲草對(duì)Pb的耐性和吸收富集規(guī)律Pb脅迫對(duì)金絲草生長(zhǎng)的影響從不同Pb脅迫濃度、培養(yǎng)時(shí)間對(duì)金絲草的影響可以看出：在無(wú)脅迫對(duì)照處理中，植株均可正常生長(zhǎng)；脅迫處理下，植株對(duì)Pb表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐性。Pb脅迫濃度低于250mg/L時(shí)，6d內(nèi)植株能夠正常生長(zhǎng)，但超過(guò)9d后植株出現(xiàn)了葉尖變黃、根尖變黑等受害癥狀，但并未死亡；Pb脅迫濃度高于500mg/L時(shí)，第3天植株就出現(xiàn)了受害癥狀；Pb脅迫濃度為1500和2000mg/L時(shí)，植株分別在第6、9天基本死亡。Pb脅迫對(duì)金絲草生長(zhǎng)的影響均表現(xiàn)為根部先于葉片。Pb脅迫下金絲草體內(nèi)Pb含量的變化隨著Pb脅迫濃度的增大，植株地上和地下部分的Pb含量均呈現(xiàn)先增大后減少的變化規(guī)律。Pb脅迫濃度超過(guò)250mg/L時(shí)，植株地上部分的Pb含量超過(guò)了1000mg/kg；Pb脅迫濃度為750mg/L時(shí)，植株地上和地下部分的Pb含量均達(dá)最大，分別為4639.4和5467.2mg/kg。Pb脅迫濃度為250mg/L時(shí)，金絲草地上部分的Pb含量為1758.8mg/kg，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為1.14，達(dá)到Pb超富集植物的標(biāo)準(zhǔn)；但在其他脅迫濃度下，植株對(duì)Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均小于1，變化范圍為0.65-0.96。可見(jiàn)，金絲草對(duì)Pb具有較強(qiáng)的轉(zhuǎn)運(yùn)能力，能夠?qū)⑼寥乐械腜b轉(zhuǎn)移到地上部分，可以應(yīng)用于Pb污染土壤的治理。4柳葉箬對(duì)Pb的耐性和吸收富集規(guī)律4.1Pb脅迫對(duì)柳葉箬生長(zhǎng)的影響從不同Pb脅迫濃度、培養(yǎng)時(shí)間對(duì)柳葉箸的影響可以看出：在無(wú)脅迫對(duì)照處理中，柳葉箸可正常生長(zhǎng)，但在Pb脅迫下，隨Pb脅迫濃度的增高和培養(yǎng)時(shí)間的增加，一些植株受害癥狀逐漸出現(xiàn)。Pb脅迫濃度低于500mg/L時(shí)，植株在6d內(nèi)生長(zhǎng)正常，在9d后出現(xiàn)葉尖變黃、根尖變黑等受害癥狀；Pb脅迫濃度高于750mg/L時(shí)，植株第3天就出現(xiàn)了少量葉尖變黃的受害癥狀；Pb脅迫濃度高于2000mg/L時(shí)，植株第9天就全部死亡。柳葉箸與金絲草相同，也表現(xiàn)出根部先于葉片受到傷害。4.2Pb脅迫下柳葉箬體內(nèi)Pb含量的變化隨著Pb脅迫濃度的增大植株體內(nèi)的Pb含量呈現(xiàn)先增大后減少的規(guī)律。Pb脅迫濃度大于250mg/L時(shí)，植株地上和地下部分的Pb含量均超過(guò)了1000mg/kg；Pb脅迫濃度為1000mg/L時(shí)，植株地上和地下部分的Pb含量均達(dá)最大，地下部分的Pb含量達(dá)9034.6mg/kg，地上部分達(dá)6828.4mg/kg。Pb脅迫濃度在250-1500mg/L時(shí)，植株地上和地下部分的Pb含量均大于1000mg/kg，但轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均小于1，變化范圍為0.57-0.83。本試驗(yàn)結(jié)果表明，Pb脅迫下金絲草和柳葉箸植株地上部分均可富集大量的Pb，但在大部分脅迫濃度下對(duì)Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均小于1，這可能與高濃度的Pb對(duì)這兩種植物具有一定的毒害作用從而影響其富集能力有關(guān)。這2種植物的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)雖然未達(dá)到轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大于1的標(biāo)準(zhǔn)，但生物量較大也能富集大量重金屬，也可作為超富集植物。5Pb超富集植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素N、P、K的響應(yīng)少量的N和K會(huì)促進(jìn)富集植物葉片葉綠素值和干質(zhì)量的增加，促進(jìn)植物對(duì)Pb的吸收，隨著N和K水平的增加，植物對(duì)Pb的吸收能力降低，但葉綠素值和干質(zhì)量一直在增加。只是K的抑制作用不如N的顯著。土壤供P會(huì)降低植物對(duì)Pb的吸收，且下降極顯著。少量的N、P、K均會(huì)促進(jìn)植物富集植物Pb遷移總量的增加，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)則抑制。但K的抑制作用不如N及P的顯著囪。土壤中施入不同水平的N、P、K元素顯著影響植物Pb遷移總量，在土壤Pb污染程度一定的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)土壤營(yíng)養(yǎng)的方法可以提高植物的重金屬的遷移總量。N、P、K3種元素對(duì)植物Pb遷移總量的影響表現(xiàn)不一致。從影響趨勢(shì)看，在土壤Pb污染情況下，施加少量的N素與少量的P素均會(huì)促進(jìn)富集植物Pb吸收總量的增加，營(yíng)養(yǎng)元素施入量過(guò)大時(shí)則隨著土壤施入量的增加吸收總量不斷下降。植株的干質(zhì)量與植株含Pb量直接影響富集植物的Pb遷移總量。少量的N和K會(huì)促進(jìn)富集植物干重的增加，促進(jìn)植物對(duì)Pb的吸收，隨著N和K水平的增加，植物對(duì)Pb的吸收能力降低，干質(zhì)量一直在增加。K的抑制作用不如N的顯著。土壤供P會(huì)降低植物對(duì)Pb的吸收囹。小結(jié)與展望本研究首次發(fā)現(xiàn)并對(duì)他們進(jìn)行了室內(nèi)模擬脅迫實(shí)驗(yàn)證實(shí)金絲草和柳葉箸是Pb的超富集植物，同時(shí)還研究了這兩種植物對(duì)Pb的富集規(guī)律；但這兩種植物Pb是如何到達(dá)根表面的途徑、根系對(duì)Pb吸收的影響因素缺乏相應(yīng)研究；影響超富集植物吸收Pb的因素，如土壤元素和土壤其他重金屬對(duì)Pb吸收的影響等也該進(jìn)行研究。參考文獻(xiàn)[1]侯曉龍，常青山，劉國(guó)鋒，劉愛(ài)琴，蔡麗平.Pb超富集植物金絲草(Pogonatherumcrinitum)、柳葉窘(Lsacheglobosa)[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2012,6(3):989-994.⑵侯曉龍，陳加松，劉愛(ài)琴，蔡麗平