短毛蓼超富集錳的機(jī)理及對錳污染土壤的修復(fù)效應(yīng)研究.pdf

1、廣西素有“有色金屬之鄉(xiāng)”的美譽，其中錳礦的開采規(guī)模與強(qiáng)度居全國之首。多年來的錳礦開采使礦區(qū)生態(tài)遭到嚴(yán)重的破壞，并帶來大面積的土壤污染。在錳礦區(qū)，錳、鎘等重金屬含量高已成為限制植物生長的重要因素，阻礙了礦區(qū)廢棄地生態(tài)恢復(fù)的快速健康發(fā)展，降低廢棄地土壤中的重金屬含量成為亟待解決的重要問題。近年來，植物修復(fù)技術(shù)以其潛在的高效、廉價及其環(huán)境友好性越來越受到各國政府、科技界和企業(yè)界的強(qiáng)烈關(guān)注，因其可以通過植物對重金屬的吸收、富集作用達(dá)到降低土壤重

2、金屬濃度的目標(biāo)，利用生長快、適應(yīng)性強(qiáng)的超富集植物實施植物修復(fù)而更具優(yōu)勢。
　　 通過對廣西全州錳礦的野外調(diào)查，發(fā)現(xiàn)短毛蓼具有錳超富集植物的特征，進(jìn)而結(jié)合營養(yǎng)液培養(yǎng)試驗對它的錳耐性和超富集能力進(jìn)行了驗證。此外，從短毛蓼對錳的生理響應(yīng)、錳在短毛蓼體內(nèi)的化學(xué)形態(tài)和分布特征等方面對短毛蓼的錳富集機(jī)理進(jìn)行了探討，并考察了短毛蓼對錳污染土壤的修復(fù)效應(yīng)，還初步探索了利用短毛蓼與經(jīng)濟(jì)作物間作體系對錳礦區(qū)廢棄地土壤進(jìn)行修復(fù)。通過研究取得了以下主要

3、結(jié)果:
　　 短毛蓼對生長介質(zhì)中的錳有很強(qiáng)的耐性和富集能力，是一種錳超富集植物，短毛蓼各部分錳含量特征為:葉＞莖＞根。在錳含量高達(dá)2.5×105mg/kg的錳礦廢棄地上短毛蓼生長良好，葉錳含量高達(dá)1.66×104mg/kg。營養(yǎng)液培養(yǎng)條件下，隨著生長介質(zhì)中Mn濃度的升高，短毛蓼根、莖、葉的錳含量逐漸增加，錳供應(yīng)水平為1000μmol/L時，葉錳含量就超過了10000mg/kg;當(dāng)錳供應(yīng)水平為8000μmol/L時，莖錳含量亦超過

4、了10000mg/kg。動態(tài)吸收實驗結(jié)果表明，短毛蓼具有很強(qiáng)的錳吸收能力，根部從生長介質(zhì)中吸收錳后能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)移并貯存在地上部分，但錳從植物根部往上輸送的過程需要一定的時間，起初(0-4h)根部的錳含量最大，在32h左右，短毛蓼體內(nèi)錳含量呈現(xiàn)出葉＞莖＞根的特征。
　　 生理生化實驗結(jié)果表明，錳處理濃度不超過5000μmol/L時，短毛蓼葉片葉綠素含量與對照相比差異不顯著，細(xì)胞質(zhì)膜透性和丙二醛含量與對照相比差異也不顯著，表明細(xì)胞膜沒

5、有明顯地受到錳的毒害;當(dāng)錳處理濃度高達(dá)8000μmol/L時，葉綠素含量顯著降低，細(xì)胞膜透性和丙二醛含量也顯著增大。在抗氧化脅迫作用方面，隨著錳處理濃度的增加，短毛蓼葉片POD和SOD酶活性提高，起到清除活性氧自由基的作用;CAT酶活性變化則不顯著，表明CAT可能不是錳脅迫下清除H2O2的關(guān)鍵酶。
　　 在錳賦存形態(tài)上，短毛蓼莖部以水提取態(tài)和氯化鈉提取態(tài)為主，根部和葉部以水提取態(tài)、氯化鈉提取態(tài)和鹽酸提取態(tài)為主;隨著錳處理濃度增加

6、，根中錳由水提取態(tài)向鹽酸酸提取態(tài)和氯化鈉提取態(tài)轉(zhuǎn)化，葉中水提取態(tài)錳和鹽酸提取態(tài)Mn占總錳的比例逐漸上升。在亞細(xì)胞水平分布上，短毛蓼根、莖、葉中的90％以上的錳分布在細(xì)胞壁和可溶性部分（包括細(xì)胞質(zhì)和液泡）。葉是短毛蓼體內(nèi)錳富集量最高的部位，不同錳處理濃度下，細(xì)胞質(zhì)可溶性物質(zhì)（包括液泡）中錳的分配率均最高，達(dá)55.92％～63.09％，其次是細(xì)胞壁部分，其比例為31.01～35.50％。可見，細(xì)胞壁和液泡是錳在短毛蓼葉片細(xì)胞內(nèi)中的主要貯存點

7、位，TEM實驗結(jié)果也證實了這一點。
　　 土培試驗再次證明了短毛蓼對錳的強(qiáng)耐性和富集能力。短毛蓼種植于三種不同土壤中的試驗結(jié)果表明，短毛蓼的生長適應(yīng)性很強(qiáng)，在三種土壤環(huán)境中都長勢良好，生物量沒有顯著差異;而且，三種情況下短毛蓼的錳轉(zhuǎn)移系數(shù)均大于1，表現(xiàn)出較好的錳遷移性。向生物園土中人為添加錳的梯度試驗結(jié)果表明，在各種錳處理水平下，短毛蓼的錳生物富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運系數(shù)均大于1;隨著土壤中錳濃度的增加，短毛蓼體內(nèi)（地上部分和地下部分）的

8、錳含量呈上升趨勢，當(dāng)土壤中錳添加濃度為1000mg·kg-1時，地上部錳含量超過10000mg·kg-1，達(dá)到了錳超富集植物的標(biāo)準(zhǔn)。向土壤中添加抗壞血酸可以提高短毛蓼的耐錳性，在錳添加量為5000mg/kg時短毛蓼仍能存活;而且，較低濃度抗壞血酸的添加可以顯著增加短毛蓼體內(nèi)的錳累積量。
　　 對經(jīng)濟(jì)作物和短毛蓼間作體系的研究結(jié)果表明，不同經(jīng)濟(jì)作物對間種體系植物間互作效應(yīng)的影響較大，短毛蓼與玉米間種體系用于修復(fù)錳污染土壤比較理想。