改良剂对4种木本植物的铅锌耐性、亚细胞分布和化学形态的影响

本研究以4种耐铅锌木本植物夹竹桃(Nerium oleander)、栾树(Koelreuteria paniculata)、泡桐(Paulownia)和苎麻(Boehmeria)为材料,在不同改良剂浓度下(CK组:100%铅锌矿渣±少量磷肥、改良一:85%铅锌矿渣±10%泥炭土±5%菌肥±少量磷肥、改良二:75%铅锌矿渣±20%泥炭土±5%菌肥±少量磷肥),进行了耐性木本植物富集与转移能力以及Pb、Zn在4种木本植物不同部位的亚细胞分布和化学形态分析.结果表明:14种植物种植后基质中重金属的浓度基本低于种植前,夹竹桃与苎麻改良一与改良二之间差异不显著,泡桐改良二效果显著优于改良一,栾树改良一效果显著优于改良二;4种植物地上部对Pb、Zn的富集系数都比较低,但具有较高的转移系数,适当的基质改良有利于提高植物对Pb、Zn的富集与转移能力.2Pb、Zn在4种植物各部位的亚细胞分布以细胞壁组分和可溶性组分为主,在线粒体、叶绿体和细胞核等细胞器组分中分布较少;与CK组相比,两改良组使可溶性组分对Pb的滞留作用和细胞壁对Zn的滞留作用在增强.3Pb在植物各部位的化学形态以盐酸、氯化钠和乙醇提取态为主,其他化学形态含量极少;Zn则以残留态、盐酸、醋酸、氯化钠、水和乙醇提取态这6种形态存在,且都具较高分配比例.与CK组相比,两改良组使植物各部位活性较弱的Pb的化学形态比例减少,活性较强的化学形态比例增加;Zn则是根部活性较强的化学形态比例增加,地上部活性较强的化学形态比例减少.     

锰矿修复区泡桐与栾树生长与重金属积累特性

在湘潭锰矿废弃地种植泡桐和栾树,建立了4hm²生态修复示范区.工程区基质Mn平均含量高达20041mg/kg,Pb、Zn、Cu、Cd含量也远超过湖南省和全国的背景值,属复合型重度污染.污染区不覆土,苗木移植前每株根际定量施用了含有自污染区矿渣分离出的抗性菌株的专用有机肥.种植两年后,泡桐和栾树成活率均达到83%以上.泡桐生长状况明显优于栾树,两种植物叶的重金属含量均大于根和茎,泡桐Mn、Cu、Zn的浓度和积累量显著高于栾树.5年生泡桐Mn积累量达到2295g/hm²,转运量系数为2.32.试验证明,采用有机菌肥改良根际环境后,泡桐与栾树均可作为锰污染区的修复树种,而泡桐的生长速率和重金属的耐受和积累性能优于栾树.     

锰尾矿区有机菌肥-速生树种的生态修复效应

在锰尾矿区建立了4.5hm²生态修复工程区，以速生树种泡桐（Paulownia tomentosa）和栾树（Koelreuteriapaniclata）作为建群植物，采用有机菌肥改良其根际环境，利用土壤库存耐性植物种子的自然萌发力来丰富物种多样性.结果表明，工程实施后第6a，有机菌肥处理植物群落干物质生物总量达到33498.7kg/hm²，Mn吸收积累量达到5532.6g/hm²，植物种类数达到51种，分别为无机化肥对照的22.8、2.6和3.4倍；有机菌肥处理的植物群落Pb、Cd、Cu、Zn和Cr的总积累量、根际微生物种类及其数量也显著大于对照.有机菌肥的改良机制可归结于其与植物根系、根际微生物对基质的共同作用.有机菌肥处理区泡桐和栾树的总株数不到该区植物总株数的0.2%，但其干物质生物量、锰吸收量与盖度分别为该区的88%、73%和55.2%.速生树种泡桐和栾树对该区生态修复起到了"主导"作用.     

栾树对湘潭锰尾矿土不同处理方式下植被修复盆栽实验

锰矿废弃地植被修复可促进矿区生态环境的改善和经济的可持续发展,植被修复方法和技术措施对锰矿废弃地的修复至关重要,混合基质中尾泥和尾渣的配置比例与配置方式也是提高植物存活率的关键技术措施.本研究采用栾树进行锰矿废弃物(尾泥和尾渣)盆栽试验,探讨不同混合比例处理方式下锰尾矿废弃物的特性以及栾树对重金属锰的植物修复效果.结果表明:(1)锰矿尾泥呈酸性,尾渣呈碱性,尾渣中全Mn和有效Mn含量高于尾泥,二者混合基质的p H值和全Mn含量则随着尾渣含量所占比例的增加而升高,但有效Mn含量则逐渐降低.(2)不同比例的尾泥和尾渣混合基质可以有效改善土壤的物理性质,提高栾树的存活率和改善植物的生长状况;随尾泥含量的增加,栾树总生物量增多,生产力提高,当V(尾渣)∶V(尾泥)=3∶1时的栾树生产力与对照土壤中的栾树生产力相当.(3)从栾树各器官的Mn富集量、生物富集系数和转移系数来看,栾树不属于Mn超富集植物,但作为Mn的低积累植物,属于Mn的耐性树种,具有较强的适应性,可用于锰矿废弃地的植物稳定修复.     

典型铁、锰矿物对稻田土壤砷形态与酶活性的影响

为了探究铁、锰矿物对稻田土壤砷(As)形态与酶活性的影响,将实验室合成的水铁矿和水钠锰矿添加到As污染稻田土壤中进行持续淹水土壤培养实验.结果表明与对照(CK)相比,添加0.1%水铁矿(+Fe)和0.1%水钠锰矿(+Mn)能延缓土壤Eh降低,增加土壤溶液中Fe和Mn的浓度,但是对土壤pH影响较小.与预期相符,+Fe和+Mn处理显著降低大部分监测点土壤溶液中总As(TAs)浓度,提高土壤溶液中砷酸盐[As(Ⅴ)]占TAs的比例,促使固相As形态向晶型铁氧化物结合态As(F5)转化.此外,与CK相比,+Fe和+Mn处理土壤脲酶活性分别提高5.01%和101.36%,土壤蔗糖酶活性分别提高394.51%和688.84%,土壤过氧化氢酶活性分别提高30.44%和64.71%.因此,外源添加水铁矿和水钠锰矿可以降低As污染土壤的环境风险,提高土壤养分利用率.     

海州香薷根细胞壁对铜的吸附固定机制研究

海州香薷是铜耐性植物,细胞壁是其吸收积累铜的重要场所.本文利用细胞壁化学改性结合吸附动力学试验和红外光谱学研究了海州香薷根细胞壁及其组分对Cu2+的吸附动力学特征,以及它们吸附固定Cu2+的功能基团.吸附动力学试验表明,海州香薷根细胞壁对Cu2+吸附300 min后,吸附量已接近饱和水平,达到最大吸附量的90%左右;500 min时达到吸附饱和,饱和吸附量为5.85 mg·g-1.当细胞壁进行化学改性后,如氨水处理细胞壁使果胶变成低酯化的酰胺类果胶或者去除细胞壁中的纤维素,根细胞壁对铜的吸附量会显著降低.果胶和纤维素分别吸附了19.85%和25.48%的Cu2+,是细胞壁吸附固定Cu2+的两大主要组分.红外光谱研究也表明,在海州香薷根细胞壁吸附Cu2+的过程中,羟基、羧基和氨基是Cu2+的主要结合位点.其中,果胶为Cu2+的结合提供了羟基官能团,纤维素和半纤维素为Cu2+的结合提供了羧基官能团,而细胞壁蛋白提供了氨基官能团等结合位点.由此可见,根细胞壁及其各个组分对Cu2+具有较高的吸附固定能力,是海州香薷根系Cu耐性的重要机制.     

磷肥和稻草对土壤重金属形态、微生物活性和植物有效性的影响

采用原位化学固定法,通过向土壤中添加修复剂磷肥和稻草,研究其对土壤中重金属形态、植物有效性和土壤微生物活性的影响.结果表明:添加磷肥和稻草可改变土壤中重金属Cu、Cd、Zn和Pb的形态分布,使土壤中重金属高植物有效性的酸提取态比例降低;其中以磷肥+稻草组下降最多,酸提取态Cu比例从对照的50.4%降至8.7%,酸提取态Cd从56.2%降至29.5%,酸提取态Zn从32.9%降至25.1%,酸提取态Pb从21.1%降至检测限以下.磷肥、稻草及磷肥+稻草修复土壤后,4种重金属在油菜(Brassica napus L.)中的含量显著降低,且油菜干生物量由对照的0.46 g分别增至0.97、1.53和2.28 g.同时土壤中微生物活力得到提高,土壤微生物生物量碳由对照的19.16 mg/kg最高增至966.71 mg/kg,而代谢呼吸率由对照的21.95 mg/(kg.h)最大升至158.63 mg/(kg.h).证明磷肥和稻草可降低重金属对油菜和土壤微生物的毒性胁迫,改善污染土壤质量,促进植物和土壤微生物的生长.      

广西一锰矿区土壤重金属的赋存形态研究

通过对锰矿区土壤重金属全量及其形态分布的分析,结果表明,土壤中Cu、Zn、Pb、Cr 4种金属的含量达到《土壤环境质量标准》的二级标准,Cd含量超过《土壤环境质量标准》的二级标准。从各元素形态分布来看,Cu、Pb主要以铁锰氧化物结合态和残渣态为主;Mn主要以铁锰结合为主;Zn、Cr主要以残渣态为主;Cd不同的样地各形态分布不一;从不同形态的重金属的生物有效性来看,Cu、Cd、Pb、Mn以可利用态和潜在可利用态为主,其中Mn潜在可利用态占为86.1%;Zn、Cr以不可利用态为主。锰矿区Cd与Mn 2种重金属是锰矿区污染土壤修复中主要修复对象。     

重庆秀山锰矿区土壤和植物锰污染调查与评价

文章通过现场取样对重庆秀山锰矿区锰污染状况进行了调查分析。应用地积累指数法对锰矿区矿渣堆以及农田土壤Mn污染进行评价,结果表明矿区土壤及部分农田土壤Mn污染极其严重。矿区植物对Mn的吸收表现为富集型植物(如垂序商陆Phytolacca americana Linn.)、根部囤积型植物(如紫花香薷Elsholfizia argyi Levl.)、规避型植物(如长波叶山蚂蝗Desmodium sequax Wall.),可根据其特点通过制定合理的植被恢复措施修复Mn污染土壤。采用单项污染指数法对矿区种植蔬菜的Mn污染水平进行评价,发现辣椒、萝卜的食用部分受Mn污染极严重,长期食用这些蔬菜对人体健康存在很大风险。     

改良铅锌矿渣对栾树幼苗铅锌富集与耐性机制

植物修复是尾矿区恢复的一项生态技术,添加基质改良剂可以减轻重金属对植物的胁迫,提高修复效率.以木本植物栾树（Koelreuteria paniculata）作为供试植物,分别在100%尾矿（S）、90%的尾矿+5%蘑菇渣（SMC）+5% CaCO₃（MS）和天然红壤（RS）中进行盆栽试验.探究不同处理下栾树耐受Pb和Zn的生长富集效应、微观特征变化和基质中微生物多样性变化.结果表明,改良剂的添加相比于尾矿可以显著改善尾矿基质的理化结构,显著提升栾树的生物量、株高和叶绿素含量等相关生理指标,增加栾树中积累的重金属含量.处理组MS相较于对照组RS总根长增长达到69.3%,而对照组RS平均根径相较于对照组S下降118.7%.处理组MS与对照组S相比,Pb和Zn残渣态增加266.67%,弱酸可提取态和氧化物结合态显著降低,重金属对于植株迁移活性减弱.同时,多数重金属被栾树截留在根部,其根系构型的变化表明其在面对高浓度的Pb胁迫时具有较强的适应性.透射电镜（TEM）分析表明,对照组S中较高浓度的重金属含量会破坏细胞壁结构,对植物细胞造成毒害.改良剂的添加有效缓解了重金属胁迫对栾树各组织的影响,影响微生物群落的结构,显著提高微生物丰富度和多样性,增强栾树对重金属的适应性和植物修复能力.     

镉和铅对长柔毛委陵菜体内锌的亚细胞分布和化学形态的影响

通过营养液培养并采用差速离心技术和化学试剂逐步提取法,分析了Cd和Pb及不同Zn盐对长柔毛委陵菜(Potentilla griffithii var.velutina)叶片、叶柄和根中Zn的亚细胞分布和化学形态的影响.结果表明,除对照外,长柔毛委陵菜体内46%～74%和16%～33%的Zn分别分布在细胞壁和可溶部分中;在所有处理中,细胞壁和可溶部分的Zn含量占总量的74%～95%,这说明细胞壁和可溶部分是Zn在植物体内的2个主要分布位点.与对照相比, Zn、Cd和Pb的添加使Zn在细胞壁的分配比例显著增加9%～38%(P<0.05),而可溶部分的分配比例则显著减少6%～40%(p<0.05).与单Zn处理相比, Cd和Pb虽然没有改变Zn亚细胞分布中"细胞壁>可溶部分>细胞核和叶绿体>线粒体"的格局,但增加了在细胞壁或可溶部分的分配比例,促进Zn向细胞壁或液泡中转移.Zn在长柔毛委陵菜体内以多种化学形态存在:在对照中植物各部位和单Zn处理的叶片中, Zn的乙醇提取态和水提取态所占比例达到61%～87%;在单Zn处理的叶柄和根中, Zn的氯化钠提取态和乙醇提取态占总量的62%～73%;在Zn/Cd和Zn/Pb复合处理中,氯化钠提取态、乙醇提取态和水提取态等3种化学形态占总量的70%～89%.Zn、Cd和Pb的添加大多提高了Zn的氯化钠提取态的分配比例,而降低乙醇提取态的分配比例,促进Zn向活性较弱的结合形态转移.这些结果表明细胞壁固持、液泡区隔化和活性较强化学形态的减少是长柔毛委陵菜在单Zn处理、Zn/Cd和Zn/Pb复合处理下耐Zn的主要机制.此外,不同Zn盐对长柔毛委陵菜的Zn亚细胞分布没有明显影响,而硝酸锌处理使Zn的乙醇提取态成为优势形态.     

6种植物对锌的耐性和富集能力

土壤重金属污染成为中国严重的环境问题。以刺槐、臭椿、法桐、红花景天、木槿、构树6种常见绿化植物为试验材料,采用盆栽试验,通过栽培基质中填加不同浓度的氯化锌,研究了6种植物对氯化锌的耐性和对锌的富集能力。结果表明,红花景天对土壤中氯化锌很强的耐性和富集能力,可用于土壤Zn2+浓度达到3 000 mg/kg的绿化,是锌污染土壤适宜的绿化和修复植物;刺槐、构树、木槿对氯化锌有较强耐性和富集能力,可作为土壤Zn2+浓度达到2 000 mg/kg时的绿化植物,臭椿可用于1 000 mg/kg Zn2+浓度背景下的绿化;法桐对氯化锌的耐性最弱,不适用于锌污染土壤的绿化。土壤中低浓度的氯化锌可对植物生长起到促进作用,高浓度氯化锌会对植物的成活和生长起到抑制作用,氯化锌对植物生长的抑制作用表现为株高强于地径(冠幅),临界浓度较集中地出现在土壤中Zn2+浓度500~1 000mg/kg。     

铅锌尾矿污染区3种菊科植物体内重金属的亚细胞分布和化学形态特征

通过实地调查分析广西阳朔某铅锌尾矿污染农田自然生长的3种常见菊科植物野艾蒿、胜红蓟和野茼蒿体内的重金属含量,并采用差速离心与化学试剂提取法分析重金属在植物中的亚细胞分布及其存在的化学形态,探究菊科植物对重金属的积累、耐性特征和机制.结果表明,污染区土壤受Cd、Pb、Zn这3种重金属污染严重,其含量分别比国家土壤环境二级标准(GB 15618-1995)超标37.7、5.7和8.9倍,植物体内Cd、Pb和Zn含量都超过正常范围.野茼蒿和胜红蓟对Cd具有较强的迁移能力和富集能力,适用于Cd污染土壤的生态修复.此外,野茼蒿的茎和叶中Cd的含量分别为159.6 mg·kg~(-1)和219.5mg·kg~(-1),超过Cd超富集植物的临界标准,可见野茼蒿完全具有Cd超富集植物的基本特征,是Cd超富集植物.3种菊科植物地下部和地上部的Cd、Pb和Zn主要分布在液泡可溶组分和细胞壁中,而在细胞器中的分布较少.植株中大部分的重金属以迁移性较低的氯化钠提取态、醋酸提取态和盐酸提取态存在.因此,液泡区隔化、细胞壁固持和重金属以低活性的化学形态为主可能是3种菊科植物应对重金属胁迫的重要耐性机制.与野艾蒿相比,胜红蓟和野茼蒿茎叶中的Cd更多地贮存在液泡中,且地上部"活性态"Cd的积累比例低于根系,这些很可能是胜红蓟和野茼蒿忍耐和富集镉的重要途径.     

烟草对重金属锰的吸收积累及其相互影响

采用盆栽试验方法,研究了烟草对土壤中重金属锰的吸收、耐性和积累效应。试验结果表明,锰对作物的生长发育有较明显的刺激作用或毒害效应,烟草对土壤中的Mn具有很强的耐性和累积能力。当土壤中Mn处理浓度为1500mg/kg时,虽然烟草生物量与对照相比有所降低,但植株仍能生长。随着生长介质中Mn浓度的升高,烟草叶、茎和根的Mn含量逐渐增加。当Mn处理浓度为2500mg/kg时,烟草仍能完成整个生命周期,烟草地上部分锰积累量达到最大值13501.36mg/kg。当Mn浓度>1500mg/kg时,烟草吸收的锰有76.6%～88.1%被转移到地上部分。说明烟草适合较高程度Mn污染土壤的修复。     

锌对长柔毛委陵菜中铅的分布和化学形态的影响

通过营养液培养并采用差速离心技术和化学试剂逐步提取法,分析了Zn对Pb在长柔毛委陵菜(Potentilla griffithii var. velutina)的器官及其亚细胞分布和化学形态的影响.结果表明,除对照外,79%～88%的Pb富集在长柔毛委陵菜的根部,并且植物体内47%～77%和13%～45%的Pb分别分布在细胞壁和可溶组分中.虽然加Zn没有改变Pb在植物亚细胞分布中"细胞壁>可溶组分>细胞核和叶绿体>线粒体"的格局,但Pb和Zn的添加都增加了Pb在细胞壁的分配比例,减少其在可溶组分的富集,即Pb和Zn的添加增强了细胞壁对Pb的固持作用.长柔毛委陵菜体内的Pb以不同化学形态存在:在对照中82%～89%的Pb以乙醇提取态和水提取态存在;而在其它处理中以盐酸提取态为最高形态,占总量的28%～60%.同时,Pb和Zn的添加导致植物中Pb的乙醇提取态和水提取态等活性较强形态的分配比例减少,促进Pb向活性较弱的结合形态转移.因此,根部滞留、细胞壁固持、可溶组分的液泡区隔化和活性较强的结合形态的减少是长柔毛委陵菜耐Pb的主要机制.     

镉在三色堇中的积累及亚细胞与化学形态分布

通过营养液培养实验,研究了在不同Cd浓度(0、0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4 mmol·L-1)处理下,三色堇地下部和地上部中Cd的含量与积累特征,进一步分析了Cd在三色堇体内的亚细胞分布特征和化学形态分布特征.结果表明,三色堇体内Cd积累量随着Cd浓度的增加而不断增加,对Cd具有很高的积累能力,是一种潜在的Cd超富集植物.三色堇地下部和地上部大部分的Cd分布在可溶组分和细胞壁中,而在细胞器中的分布较少.随着Cd处理浓度的增加,地下部细胞壁中镉的分配比例呈增加趋势.植株中大部分的Cd以乙醇提取态和水取提态存在,随着Cd处理浓度的增加,地上部中活性强、毒性较高的乙醇提取态和水提取态Cd分配比例总和减少,而活性较弱、毒性较低的氯化钠提取态和醋酸提取态Cd分配比例增加,这有利于降低总镉的相对毒性.因此,液泡区隔化、细胞壁固持和化学形态转化可能是三色堇应对Cd胁迫的重要耐性机制.     

商陆和烟草对锰胁迫的抗氧化响应研究

研究植物的重金属累积能力对于植物修复和植物冶金意义重大.Mn超累积植物商陆(Phytolacca americana L.)的耐性/累积机制至今还不清楚,为了研究商陆在Mn胁迫下的抗氧化酶作用,将萌发6周的商陆和烟草幼苗分别放入1 mmol·L~(-1)或3 mmol·L~(-1)的1/2 Hoagland营养液处理4 d,实验表明商陆叶片光合速率降低幅度显著低于烟草,而烟草MDA含量和电解质渗漏量增加幅度大于商陆.如1 mmol·L~(-1) Mn处理4 d后,与对照相比,商陆和烟草的光合速率分别降低13.3%和75.5%;烟草MDA含量和电解质渗漏量分别增加347.3%和120.1%,而商陆的MDA含量和电解质渗漏量没有明显增加,表明Mn胁迫对超累积植物引起的氧化损伤明显低于非累积植物.随着Mn处理浓度的提高和时间的延长,2种植物叶片SOD和POD活性均迅速增加,其中商陆SOD活性的增加幅度大于烟草;另外,商陆CAT活性持续上升,而烟草CAT活性显著下降.如在1 mmol·L~(-1) Mn处理下,商陆SOD、POD和CAT活性分别提高161.1%、 111.3%和17.5%;烟草SOD和POD提高55.5%和206.0%,而CAT下降15.6%,表明商陆的抗氧化酶,特别是CAT,能够有效地清除Mn毒产生的自由基.这些结果说明抗氧化酶的抗氧化能力是重金属累积植物商陆的Mn耐性机制之一.     

水生植物对电镀废水中重金属的修复研究

以菖蒲、石菖蒲、黄花鸢尾、香蒲、水芹5种水生植物为对象,对电镀废水进行绿色修复研究。在电镀废水中植物生长第20d对植物的生物量、生理特性、净化效果进行测定。结果表明:5种水生植物在重金属废水中均受到不同程度的生长胁迫,不同植物的生物量、根系活力、SOD活性、MDA含量、重金属的去除率差异明显;重金属对黄花鸢尾的胁迫不大,生长抑制率为4.72%,其耐性强,根系活力、SOD活性最大,对重金属(Cr、Zn、Mn)的净化效果最好;水芹的植物生物量不受重金属的影响,生长抑制率为-3.39%,耐性强,重金属的净化效果比较好;石菖蒲对Cr、Mn的净化效果仅次于黄花鸢尾。     

萤石型铅锌尾矿渣的基质改良与矿山修复应用

以湖南郴州萤石型铅锌矿山建设中产生巨大量级尾矿渣的处置及排土场为研究对象,通过土壤障碍因子鉴别法确定尾矿渣理化性质的缺陷,再采用生化黄腐酸(BFA)、磷酸二氢铵、沸石和有机肥开展相应性能的改性研究,并以改良后的尾矿渣基质作为种植土壤,利用盆栽试验结合中试研究评估改良剂协同植物对尾矿渣的修复效果,提出基于尾矿渣原位基质改良及直接植被的生态修复方法。结果表明：当BFA、磷酸二氢铵、沸石和有机肥的添加量分别为0.5%、0.4%、2%和15%时,尾矿渣的pH值和干密度分别降低25.8%和77.6%,非毛管孔隙度、有机质、水解性氮和有效磷含量分别提升1.49,26.7,9.3,20.9倍。盆栽试验和中试结果表明：牛筋草对氟化物和重金属铅锌的富集与转运能力综合最优;波斯菊是综合富集能力最优的植物,对铅、锌和氟的富集量分别为267.2,432.8,513.2 mg/kg;籽粒苋是综合转运能力最优的植物,对铅、锌和氟的转运系数分别为0.485、1.208、1.810。为达到萤石型铅锌矿山的复垦效果,建议同时种植牛筋草、波斯菊和籽粒苋。     

香蒲吸收镉的途径及体内镉化学形态研究

香蒲(Typhaangustifolia L.)是一种重金属镉富集植物,通过水培实验,利用ATP酶抑制剂和离子通道抑制剂,探讨了香蒲根系吸收镉离子的途径,以及镉离子在香蒲根部的亚细胞分布特征和化学形态。研究结果显示:ATP酶抑制剂和非选择性阳离子通道抑制剂对香蒲吸收镉离子有显著的抑制作用(P细胞器>液泡,香蒲根细胞中镉形态以氯化钠提取态为主,香蒲根细胞可将大部分镉隔离在细胞壁中,香蒲的细胞壁是其体内累积镉的一个重要位点,香蒲根部细胞壁的区隔化作用是其对镉富集解毒的重要生理机制之一。