鉛鎳富集植物的篩選及其根際微生態(tài)特征.pdf

1、本研究通過對我國西部地區(qū)，尤其是貴州省重金屬富集植物的資源調(diào)查，應用溶液培養(yǎng)、盆栽試驗、室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，篩選出重金屬富集植物，以貴州省典型、具有代表性的酸性黃壤為供試土壤，研究了重金屬富集的機理、影響因子、根際微生物的群落特征等，為篩選、利用、開發(fā)超積累植物，恢復生態(tài)提供了科學依據(jù)。主要結(jié)果如下： 1.鉛富集植物的篩選。 1.1在試驗的前期工作中，收集了60余種草坪植物或雜草種子，利用田間微區(qū)試驗，加入外源鉛進行了

2、耐受性研究，初步篩選出四種鉛耐性較強的植物，它們是翦股穎、黑麥草、狗牙根和早熟禾和番茄，鎳耐性強的植物是車前草。 1.2溶液培養(yǎng)試驗表明，在四種供試草坪植物中，翦股穎的株高與根長受抑制程度低于其它三種植物，說明翦股穎對鉛有較強的耐受性，其耐性強于其它三種植物。在土培試驗中，鉛在各種植物體內(nèi)的含量順序是黑麥草＞翦股穎＞狗牙根＞早熟禾(以各種植物器官的最高含量計)。黑麥草對鉛有較強的吸收能力，其體內(nèi)可能存在鉛的富集機制。 1

3、.3植株地上部和根系含鉛量的比值即莖葉/根系(S/R)能反映鉛在植物體內(nèi)的運輸和分配情況，從莖葉/根系(S/R)比值看，鉛從根部向地上部運輸?shù)哪芰椋呼骞煞f＞黑麥草＞狗牙根＞早熟禾。 1.4根系耐性指數(shù)是重金屬處理的根系長度與對照根系長度的比值，可以很好地反映植物對重金屬的耐性情況。根據(jù)根系耐性指數(shù)，四種植物對鉛的耐性為：翦股穎＞黑麥草＞早熟禾＞狗牙根。 1.5富集系數(shù)是衡量植物積累重金屬能力的重要指標，富集系數(shù)越大，植

4、物積累重金屬的能力越強。從富集系數(shù)看，四種植物的富集能力為：翦股穎＞黑麥草＞狗牙根＞早熟禾。 1.6在植物的生長過程中，植株生物量和植株高度的變化可以指示土壤重金屬對植物生長的影響。四種草坪植物對鉛的抗性大小依次為：翦股穎＞黑麥草＞早熟禾＞狗牙根。 綜上所述，黑麥草和翦股穎對Pb的積累量雖然達不到重金屬超積累植物的標準，但富集效果優(yōu)于60余種其它供試植物，推薦作為Pb污染地區(qū)的生態(tài)修復植物。 2.鎳富集植物的篩選

5、。 2.1在100mgNi·kg-1土和150mgNi·kg-1土的污染土壤中，車前草地下部根生物量隨土壤中氮濃度提高而顯著增加，生物量與土壤含氮量呈顯著正相關(P＜0.01)；在車前草根系內(nèi)，Ni的濃度隨土壤中Ni的濃度提高而增加，它們之間顯著呈正相關(P＜0.01)。 2.2車前草地上部干重呈現(xiàn)出隨氮磷施用量的提高而增加的趨勢。盡管車前草對鎳有一定的忍耐能力，但在高濃度(200mgNi·kg-1土)的土壤環(huán)境中，生長

6、顯著受到抑制。此外，車前草地上部干重與土壤中鎳的濃度呈負相關(P＜0.01)。 2.3在不同肥力的土壤上，通過研究車前草對鎳污染的修復效果表明：在土壤肥力較低(低氮低磷)時，車前草富集土壤Ni的能力較強(6.17﹪)；在高氮(200mgN·kg-1土)處理中，車前草對Ni的富集率偏低。但在Ni污染的土壤中，Ni的含量通常在150mgNi·kg-1土以下，低于本試驗中加入的量，車前草可用于修復中、輕程度污染的土壤，Ni導致植物中毒

7、的臨界值還有待于進一步探明。 綜上所述，土壤肥力較低時，車前草富集土壤鎳的能力較強，適用于修復中、輕程度污染的土壤。 3.番茄對酸性黃壤中鉛的吸收特性與富集效果。 3.1土壤中的鉛不會對番茄產(chǎn)生明顯的毒害病癥狀，即使植株吸收了大量的鉛，仍然能夠正常生長發(fā)育，只是干物質(zhì)積累量有所降低。在酸性黃壤中，如果鉛的濃度超過50mg·kg-1，番茄的干物量下降。 3.2番茄可以直接吸收土壤中的鉛，并殘留在各個部位，植

8、株的含量隨著土壤鉛含量的增加而提高，番茄吸收鉛的最大速度在出苗后80d左右，出苗80d后至成熟，番茄對鉛的吸收持續(xù)減少，但后期對鉛的吸收量仍大于前期(50d以前)。 3.3番茄從土壤中吸收鉛之后，具有強烈的分異特征，其中鉛在根系中的積累量最大，是葉、莖、果實的幾倍，說明根系是鉛轉(zhuǎn)移的良好屏障，防止了鉛向葉、莖、果實的遷移。 3.4番茄富集土壤Pb的能力較強，富集率達到4.38﹪。在酸性黃壤中，如果含鉛量大于50mgPb·

9、kg-1土，導致番茄果實中鉛含量超標，可能通過食物鏈進入人體，危害人類健康。土壤中的鉛對人體的危害作用具有潛在性和隱蔽性，這為及時發(fā)現(xiàn)和防治土壤-植物體系中的鉛污染增加了難度。 4.鉛富集植物的根際土壤微生態(tài)特征。 4.1選擇貴州省典型的地帶性土壤—黃壤作為供試土壤，采用外加鉛的盆栽試驗，研究了黑麥草、翦股穎、狗牙根、早熟禾四種草坪植物根際土壤微生物特性。結(jié)果表明：向土壤添加100～3000mgPb·kg-1土，隨著Pb

10、濃度的升高，微生物量總體上出現(xiàn)增加的趨勢，其中細菌和真菌數(shù)量增加，放線菌數(shù)量降低。由于翦股穎特殊的根際環(huán)境，鉛對微生物的危害作用減輕。 4.2在黑麥草、翦股穎、狗牙根、早熟禾四種草坪植物根際土壤中，過氧化氫酶、淀粉酶和中性磷酸酶的活性均與土壤鉛含量呈負相關，其中與淀粉酶活性的負相關程度達到極顯著水平，故可把淀粉酶活性變化視為黃壤鉛污染的預警指標。 4.3在土壤中，各形態(tài)Pb的含量均隨添加量增加而升高。其中，碳酸鹽結(jié)合態(tài)和

11、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Pb增幅較大，交換態(tài)Pb含量增幅很低。此外，隨Pb的添加量增加，交換態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)Pb在土壤中所占的比重增大，其余兩種形態(tài)卻有減小趨勢。 4.4連續(xù)提取根袋土壤中各種形態(tài)的鉛，獲得了黃壤不同植物根際中土壤鉛的化學形態(tài)與土壤酶(脲酶、過氧化氫酶、中性磷酸酶、淀粉酶)活性之間的關系。結(jié)果表明，土壤總鉛量和不同形態(tài)的鉛影響土壤酶的活性。在不同植物的根際中，影響程度也有所不同?；貧w分析發(fā)現(xiàn)，碳酸鹽結(jié)合

12、態(tài)鉛和鐵錳結(jié)合態(tài)鉛顯著抑制土壤淀粉酶活性。所以，在鉛污染的黃壤中，碳酸鹽結(jié)合態(tài)鉛、鐵錳結(jié)合態(tài)鉛與淀粉酶活性均可作評價黃壤鉛污染程度的主要化學和生物學指標。 5.鎳富集植物的根際土壤微生態(tài)特征。 5.1以黃壤作為供試土壤，外加鎳室內(nèi)種植Ni集植物與非富集植物，通過研究土壤微生物活性及其群落結(jié)構(gòu)表明，較低濃度的鎳提高了土壤微生物活性，當鎳濃度大于100mgNi·kg-1土時，供試土壤的微生物活性開始下降，其中微生物碳氮和基礎

13、呼吸隨重金屬濃度的增加而明顯下降。在鎳污染的土壤中種植車前草后，微生物碳氮的減少量與種植狗牙草的差異極顯著(P＜0.01)，微生物碳氮比的提高幅度遠低于種植狗牙草的處理。表明重Ni富集植物對微生物碳氮及其比例的影響顯著小于非富集植物。 5.2土壤基礎呼吸速率是土壤微生物活性指標的重要參數(shù)。研究表明，鎳污染抑制了供試黃壤的基礎呼吸。種植狗牙草后，土壤基礎呼吸的下降幅度大于種植車前草的土壤。在鎳污染的土壤中，微生物代謝商均不同程度地

14、現(xiàn)出下降趨勢，其原因可能是在鎳污染和非污染的土壤中，微生物對不同基質(zhì)的利用率不同，或土壤微生物區(qū)系組成各異，從而影響了土壤微生物的繁殖和有機碳礦化。 綜上所述，種植鎳富集植物車前草后，對原有土壤的微生物碳氮及其比例、基礎呼吸、微生物代謝商的影響明顯小于非富集植物，有利于土壤原有微生物活性的恢復。 5.3土壤細菌、放線菌、真菌是土壤生態(tài)系統(tǒng)中微生物的主要成分。重金屬污染土壤之后，微生物區(qū)系的演變是反映土壤環(huán)境質(zhì)量變化的重要