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(guò)對(duì)我國(guó)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(yīng)用溶液培養(yǎng)、盆栽試驗(yàn)、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(jī)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(fù)生態(tài)提供了科學(xué)依據(jù)。主要結(jié)果如下： 1.鉛富集植物的篩選。 1.1在試驗(yàn)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(yàn)，加入外源鉛進(jìn)行了

2、耐受性研究，初步篩選出四種鉛耐性較強(qiáng)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(qiáng)的植物是車前草。 1.2溶液培養(yǎng)試驗(yàn)表明，在四種供試草坪植物中，翦股穎的株高與根長(zhǎng)受抑制程度低于其它三種植物，說(shuō)明翦股穎對(duì)鉛有較強(qiáng)的耐受性，其耐性強(qiáng)于其它三種植物。在土培試驗(yàn)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(jì))。黑麥草對(duì)鉛有較強(qiáng)的吸收能力，其體內(nèi)可能存在鉛的富集機(jī)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(yùn)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(yùn)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(zhǎng)度與對(duì)照根系長(zhǎng)度的比值，可以很好地反映植物對(duì)重金屬的耐性情況。根據(jù)根系耐性指數(shù)，四種植物對(duì)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(biāo)，富集系數(shù)越大，植

4、物積累重金屬的能力越強(qiáng)。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(zhǎng)過(guò)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(duì)植物生長(zhǎng)的影響。四種草坪植物對(duì)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(duì)Pb的積累量雖然達(dá)不到重金屬超積累植物的標(biāo)準(zhǔn)，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(fù)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(guān)(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(guān)(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(shì)。盡管車前草對(duì)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(zhǎng)

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(fù)相關(guān)(P＜0.01)。 2.3在不同肥力的土壤上，通過(guò)研究車前草對(duì)鎳污染的修復(fù)效果表明：在土壤肥力較低(低氮低磷)時(shí)，車前草富集土壤Ni的能力較強(qiáng)(6.17﹪)；在高氮(200mgN·kg-1土)處理中，車前草對(duì)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(yàn)中加入的量，車前草可用于修復(fù)中、輕程度污染的土壤，Ni導(dǎo)致植物中毒

7、的臨界值還有待于進(jìn)一步探明。 綜上所述，土壤肥力較低時(shí)，車前草富集土壤鎳的能力較強(qiáng)，適用于修復(fù)中、輕程度污染的土壤。 3.番茄對(duì)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(huì)對(duì)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(zhǎng)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(guò)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(gè)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(duì)鉛的吸收持續(xù)減少，但后期對(duì)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(qiáng)烈的分異特征，其中鉛在根系中的積累量最大，是葉、莖、果實(shí)的幾倍，說(shuō)明根系是鉛轉(zhuǎn)移的良好屏障，防止了鉛向葉、莖、果實(shí)的遷移。 3.4番茄富集土壤Pb的能力較強(qiáng)，富集率達(dá)到4.38﹪。在酸性黃壤中，如果含鉛量大于50mgPb·

9、kg-1土，導(dǎo)致番茄果實(shí)中鉛含量超標(biāo)，可能通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，危害人類健康。土壤中的鉛對(duì)人體的危害作用具有潛在性和隱蔽性，這為及時(shí)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(yàn)，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(shì)，其中細(xì)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(duì)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(guò)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(fù)相關(guān)，其中與淀粉酶活性的負(fù)相關(guān)程度達(dá)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(yù)警指標(biāo)。 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(shì)。 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(xué)形態(tài)與土壤酶(脲酶、過(guò)氧化氫酶、中性磷酸酶、淀粉酶)活性之間的關(guān)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(píng)價(jià)黃壤鉛污染程度的主要化學(xué)和生物學(xué)指標(biāo)。 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(guò)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(dāng)鎳濃度大于100mgNi·kg-1土?xí)r，供試土壤的微生物活性開始下降，其中微生物碳氮和基礎(chǔ)

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(yuǎn)低于種植狗牙草的處理。表明重Ni富集植物對(duì)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(chǔ)呼吸速率是土壤微生物活性指標(biāo)的重要參數(shù)。研究表明，鎳污染抑制了供試黃壤的基礎(chǔ)呼吸。種植狗牙草后，土壤基礎(chǔ)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(shì)，其原因可能是在鎳污染和非污染的土壤中，微生物對(duì)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(jī)碳礦化。 綜上所述，種植鎳富集植物車前草后，對(duì)原有土壤的微生物碳氮及其比例、基礎(chǔ)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(fù)。 5.3土壤細(xì)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