四種干旱半干旱區(qū)適生灌木對(duì)幾種典型重金屬的耐受積累特征研究.pdf

1、隨著工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，重金屬污染問(wèn)題已成為全球主要的環(huán)境問(wèn)題之一。我國(guó)的重金屬污染問(wèn)題也十分嚴(yán)重，并隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的深入實(shí)施，重金屬污染物在西部干旱半干旱地區(qū)的道路和工業(yè)園區(qū)中呈現(xiàn)持續(xù)累積現(xiàn)象，鎘、鉛、鋅含量嚴(yán)重超標(biāo)并影響周邊環(huán)境和人類(lèi)健康。當(dāng)?shù)刂亟饘傥廴就寥赖男迯?fù)問(wèn)題急需得到高度重視和切實(shí)解決。因此在污染區(qū)選擇合適的植被修復(fù)物種對(duì)西部干旱半干旱地區(qū)的環(huán)境保護(hù)和污染物治理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　以四種干旱半干旱區(qū)適生灌木中華

2、金葉榆（Ulmus pumila‘Jinye’）、水蠟（Ligustrum obtusifolium）、檉柳（Tamarix ramosissima）和銀水牛果（Shepherdia argentea）兩年生幼樹(shù)為研究對(duì)象，通過(guò)向土壤添加外源鎘（CdCl2·2.5H2O）的形式設(shè)置了 CK（0 mg·kg-1）、T1（2 mg·kg-1）、T2（5 mg·kg-1）、T3（10 mg·kg-1）（以純鎘計(jì)）4個(gè)處理，研究四種干旱半干旱區(qū)

3、灌木對(duì)鎘的耐性、積累特征及生長(zhǎng)、生理響應(yīng)，以探明四種干旱半干旱區(qū)灌木是否能有效地用于寧夏乃至整個(gè)西部干旱半干旱地區(qū)表層土壤鎘污染區(qū)域的植被修復(fù)；以四種干旱半干旱區(qū)灌木為研究對(duì)象，通過(guò)向土壤添加外源鉛（Pb(CH3COO)2·3H2O）的形式設(shè)置了CK（0 mg·kg-1對(duì)照）、T1（2 mg·kg-1）、T2（5 mg·kg-1）、T3（10 mg·kg-1）（以純鉛計(jì)）4個(gè)處理，考察四種樹(shù)種對(duì)鉛的耐性、積累特性和生長(zhǎng)生理、光合響應(yīng)，以

4、期篩選出合適的植被修復(fù)物種應(yīng)用于西部干旱半干旱地區(qū)具有典型鉛污染的區(qū)域；以四種干旱半干旱區(qū)灌木為研究對(duì)象，采用向土壤添加外源鋅（Zn(CH3COO)2·2H2O）的形式設(shè)置了CK（0 mg·kg-1）、T1（300 mg·kg-1）、T2（500 mg·kg-1）、T3（1000 mg·kg-1）4個(gè)處理組（以純鋅計(jì)），開(kāi)展四種干旱半干旱區(qū)灌木對(duì)鋅污染土壤的生長(zhǎng)、光合以及耐受適應(yīng)特征研究，為我國(guó)西部干旱半干旱地區(qū)耐鋅樹(shù)種的引進(jìn)與應(yīng)用提供

5、科學(xué)依據(jù)。主要結(jié)論如下：
　　在土壤鎘含量為5.31 mg·kg-1時(shí)，中華金葉榆的株高、生物量和耐性指數(shù)（Ti）與對(duì)照組比無(wú)顯著性差異。當(dāng)土壤鎘含量升高至10.31 mg·kg-1時(shí)，株高和生物量表現(xiàn)為抑制現(xiàn)象。隨土壤鎘含量的升高，水蠟、檉柳和銀水牛果的株高、生物量、耐性指數(shù)和凈光合速率顯著下降。當(dāng)土壤鎘含量不超過(guò)5.31 mg·kg-1時(shí)，中華金葉榆的凈光合速率并未受到限制。中華金葉榆體內(nèi)的POD和CAT活性則隨著土壤鎘含量的

6、增加持續(xù)增加，SOD、APX活性在鎘含量為5.31 mg·kg-1時(shí)達(dá)到最大值。水蠟、檉柳和銀水牛果體內(nèi)的SOD、POD、CAT、APX活性均呈現(xiàn)了先升后降的趨勢(shì)，均在土壤鎘含量為5.31 mg·kg-1時(shí)達(dá)到最大值。在土壤鎘含量為10.31 mg·kg-1時(shí)，中華金葉榆根部累積的最大鎘含量為10.47 mg·kg-1 DW，而地上部分的轉(zhuǎn)移系數(shù)較小，介于0.07~0.48。檉柳根部積累的最大鎘含量為5.03 mg·kg-1 DW，地上

7、部分的轉(zhuǎn)移系數(shù)介于0.85~3.57。就水蠟和銀水牛果而言，其部分鎘含量表現(xiàn)為根＞莖＞葉，地上部分的轉(zhuǎn)移系數(shù)介于0.11~0.70和0.75~0.81之間。根據(jù)本研究可以看出中華金葉榆在土壤鎘含量不高于5.31 mg·kg-1時(shí)具有高的鎘耐受能力和根部積累能力。檉柳在土壤鎘含量為5.31 mg·kg-1時(shí)具有較好的鎘耐受能力與最優(yōu)的地上部分鎘轉(zhuǎn)移能力。因此中華金葉榆和檉柳對(duì)寧夏地區(qū)乃至整個(gè)西部干旱半干旱區(qū)土壤表層鎘污染嚴(yán)重的地區(qū)有較強(qiáng)的

8、推廣應(yīng)用潛力。而水蠟和銀水牛果雖然在土壤鎘含量為5.31 mg·kg-1時(shí)也具有較高的耐受能力，但其根部累積鎘的能力和向地上部分轉(zhuǎn)移的能力較差，使之相較于中華金葉榆和檉柳而言應(yīng)用潛力大大降低。
　　在鉛脅迫90 d后，中華金葉榆、水蠟、檉柳的株高、生物量、凈光合速率隨土壤鉛含量的增加呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)。在土壤鉛含量為431.61 mg·kg-1時(shí)，銀水牛果的株高、根生物量和地上生物量與對(duì)照組比無(wú)顯著性差異。中華金葉榆葉片內(nèi)SOD，P

9、OD，APX在土壤鉛含量為831.61 mg·kg-1時(shí)達(dá)到最大值，CAT活性在土壤鉛含量為431.61 mg·kg-1時(shí)達(dá)到最大值，其中T1，T2處理組間無(wú)顯著性差異且均顯著高于CK，水蠟和銀水牛果葉片內(nèi)的SOD， POD，CAT，APX活性均呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，在土壤鉛含量為431.61 mg·kg-1時(shí)達(dá)到最大值。檉柳葉片內(nèi)的SOD，POD，CAT，APX活性持續(xù)增加，均在土壤鉛含量為1231.61 mg·kg-1時(shí)達(dá)到最大值。四

10、種干旱半干旱區(qū)灌木各部分鉛含量均表現(xiàn)為根＞莖＞葉，中華金葉榆、水蠟和銀水牛果的轉(zhuǎn)移系數(shù)分別介于0.14~0.2，0.06~0.16，0.40~0.72之間。而檉柳的轉(zhuǎn)移系數(shù)介于0.29~0.91之間，在鉛含量為1231.61 mg·kg-1時(shí)達(dá)到最大值0.91。本研究可以看出中華金葉榆在土壤鉛含量為831.61 mg·kg-1時(shí)具有較好的耐受能力和根部積累鉛的能力，水蠟在鉛含量為431.61 mg·kg-1時(shí)也具有較好的耐受能力和積極的

11、抗氧化能力。在土壤鉛含量為431.61 mg·kg-1時(shí)，銀水牛果的生長(zhǎng)和光合均未收到限制，同時(shí)表現(xiàn)了較高的鉛耐受能力和轉(zhuǎn)移能力，使之在西部干旱半干旱區(qū)土壤表層鉛污染嚴(yán)重的地區(qū)有較強(qiáng)的應(yīng)用潛力。檉柳在遭受鉛脅迫時(shí)，雖然限制了其生長(zhǎng)和光合作用，但檉柳體內(nèi)的抗氧化酶活性持續(xù)增加，同時(shí)具有最優(yōu)的向地上部分轉(zhuǎn)移鉛的能力，使其對(duì)西部干旱半干旱地區(qū)表層鉛污染土壤的修復(fù)具有一定的應(yīng)用潛力。
　　隨土壤鋅含量的增加四種干旱半干旱區(qū)灌木的株高、根生

12、物量、地上部分生物量、葉綠素含量降低。中華金葉榆的根冠比在土壤鋅含量為425和625 mg·kg-1時(shí)與對(duì)照組相比無(wú)顯著性差異，1125 mg·kg-1時(shí)顯著降低。當(dāng)土壤鋅含量超過(guò)625 mg·kg-1時(shí)，水蠟的根冠比顯著低于對(duì)照。土壤鋅含量超過(guò)425 mg·kg-1時(shí)，銀水牛果的根冠比顯著低于對(duì)照。檉柳的根冠比隨土壤鋅含量的增加呈上升趨勢(shì)。四種干旱半干旱區(qū)灌木的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度與對(duì)照組相比均顯著降低，這說(shuō)明在高鋅脅

13、迫下，氣孔關(guān)閉導(dǎo)致4種植物的凈光合速率下降。隨土壤鋅含量的增加，中華金葉榆、水蠟、檉柳和銀水牛果根部、莖部和葉片中累積的鋅含量都顯著高于對(duì)照組，均在在1125 mg·kg-1時(shí)達(dá)到最大值，植物各部分累積的鋅含量均表現(xiàn)為根部＞莖部＞葉片。中華金葉榆的轉(zhuǎn)移系數(shù)介于0.84~1.20之間；水蠟的轉(zhuǎn)移系數(shù)介于0.63~0.70之間；檉柳的轉(zhuǎn)移系數(shù)介于0.82~1.31之間；銀水牛果的轉(zhuǎn)移系數(shù)介于0.62~1.39之間。本研究可以看出四種干旱半干

14、旱區(qū)灌木的生長(zhǎng)和光合隨鋅脅迫濃度的升高受到的抑制程度增加。高鋅脅迫下水蠟生長(zhǎng)受到限制，葉片衰老加劇，同時(shí)不具備較好的鋅轉(zhuǎn)移能力，使其對(duì)鋅污染土壤的修復(fù)應(yīng)用潛力大大降低。但中華金葉榆、檉柳和銀水牛果在土壤鋅含量為425 mg·kg-1和625 mg·kg-1濃度下均具有較好的鋅耐受性和向地上部分遷移能力，因此中華金葉榆和檉柳作為鄉(xiāng)土適生樹(shù)種，應(yīng)當(dāng)在西部干旱半干旱鋅污染地區(qū)大力推廣。銀水牛果作為外來(lái)引進(jìn)樹(shù)種，表現(xiàn)了較好的鋅污染土壤修復(fù)能力，