美人蕉不同生长期生物量分配格局与重金属累积、分配特征

为了探讨美人蕉不同生长期对土壤重金属的生态适应,通过盆栽试验探究了幼苗期、花蕾期、盛花期美人蕉植株的根系和地上部分的生物量及其累积重金属含量的特征与差异.结果表明,随美人蕉龄的增长,美人蕉整株生物量增长速度先快后慢,地上部分生长速度远高于根系,植株生物量分配格局逐渐向地上转移;美人蕉各生长期对As、Pb、Zn、Mg、Cd和Mn等重金属的富集能力各异,在幼苗期、花蕾期和盛花期对As、Pb、Zn、Mg的蓄积均为典型的根部积累型;对Cd和Mn的蓄积在幼苗期为根部积累型,在花蕾期和盛花期为地上积累型;美人蕉地上部分和根系累积的Cd、Pb、As含量分别高达11.096—25.692 mg·kg~(-1)和13.503—20.923、9.206—24.57 mg·kg~(-1)和51.126—161.783、0.914—1.447 mg·kg~(-1)和1.228—7.254 mg·kg ~(-1).美人蕉能修复复合重金属污染土壤.     

稻季磷锌处理对水稻和伴矿景天吸收镉的影响

超积累植物与农作物轮作或间套作是实现重金属污染土壤边生产边修复的重要方式。通过水稻和伴矿景天(Sedum plumbizincicola)轮作的盆栽试验来研究Cd污染酸性红壤上稻季增施P和Zn对水稻和后茬伴矿景天吸收Cd的影响。结果表明,稻季高P处理(400 mg·kg~(-1))土壤CaCl_2提取态Cd含量较对照(100 mg·kg~(-1))有所降低,水稻秸秆Cd含量无明显影响,但秸秆向籽粒的转运系数显著降低;稻季Zn处理降低了土壤CaCl_2提取态Cd含量,糙米Cd含量由0.21 mg·kg~(-1)(对照)降低至0.15 mg·kg~(-1);稻季增施P和Zn对后茬伴矿景天生长及地上部Cd含量未产生明显影响;Zn处理促进了稻米和伴矿景天对Zn的吸收。稻季适当增施P和Zn降低了水稻Cd积累风险,而对后茬伴矿景天Cd吸收修复无影响,可作为Cd污染土壤水稻与伴矿景天轮作边生产边修复的调控手段。     

两种景天修复Cd/Zn污染土壤效果的比较

为对比研究重金属超富集植物东南景天与伴矿景天对酸性Cd/Zn污染土壤的提取修复效果,利用盆栽及田间试验同时种植两种景天。结果表明,(1)盆栽试验为期两年,种植东南景天的土壤Cd质量分数从3.51 mg·kg~(-1)降到0.46 mg·kg~(-1),土壤Zn质量分数从865 mg·kg~(-1)降为516 mg·kg~(-1);种植伴矿景天的土壤Cd质量分数从3.44 mg·kg~(-1)降到0.55 mg·kg~(-1),土壤Zn质量分数从852 mg·kg~(-1)降为577 mg·kg~(-1)。(2)田间试验为期一年,韶关种植东南景天的土壤Cd质量分数从1.38 mg·kg~(-1)降为1.07 mg·kg~(-1),土壤Zn质量分数从501 mg·kg~(-1)降为462 mg·kg~(-1);种植伴矿景天的土壤Cd质量分数从1.71 mg·kg~(-1)降为0.93 mg·kg~(-1),土壤Zn质量分数从585 mg·kg~(-1)降为505 mg·kg~(-1)。(3)在室内盆栽条件下,每年秋季种植的东南景天产量显著高于伴矿景天;东莞和韶关的伴矿景天在野外环境下均比东南景天具有更好的适应性及生长能力,生物产量远高于东南景天。(4)在盆栽试验条件下,东南景天重金属Cd、Zn修复能力与效果优于伴矿景天;而在野外田间试验条件下,伴矿景天对Cd、Zn的提取修复效果优于东南景天。综上,东南景天与伴矿景天对酸性Cd/Zn复合污染土壤均具有很好的提取修复效果。本研究对酸性Cd/Zn污染土壤的植物提取修复技术具有一定的参考意义。     

粤北某矿区周边镉锌污染稻田土壤田间植物修复研究

粤北地区多金属矿开采导致的矿区周边农田土壤重金属污染问题突出,探索适合当地条件的土壤污染修复技术与模式对逐步改善土壤环境质量,保障农产品安全和人体健康具有重要意义。为考察植物技术措施对粤北矿区周边重金属污染农田土壤的修复和安全利用的可行性,选择粤北某矿区周边重金属镉锌中度污染稻田,通过田间试验开展了超富集植物伴矿景天(Sedum plumbizincicola)、富集植物杨桃(Averrhoa carambola)、农作物玉米(Zea mays)低积累品种单种及套种对污染土壤植物修复和安全利用效果研究。结果表明,单种模式下,伴矿景天田间生长217 d后,其地上部生物量可达2.82 t·hm~(-2),地上部Cd和Zn平均质量分数分别为119 mg·kg~(-1)和7716 mg·kg~(-1),对Cd的修复效率可达11.1%;杨桃田间生长约600 d后,其根、茎和叶生物量分别可达15.4、15.5和7.81 t·hm~(-2),Cd质量分数分别为8.21、14.1和15.4 mg·kg~(-1),Zn质量分数分别为199、294和642 mg·kg~(-1),其对Cd的总体修复效率可达15.9%。伴矿景天和杨桃套种模式下,两者种植密度均较单种时降低一半,两种修复植物套种处理对Cd修复效率可达到13.5%。试验稻田改种低积累品种玉米,无论玉米单种或同伴矿景天套种其籽粒中Cd质量分数均可达到食品安全国家标准限量要求。利用伴矿景天和杨桃对粤北受镉中度污染稻田土壤进行修复以及通过种植低积累品种玉米实现污染土壤安全利用具有较强的可行性。     

生物表面活性剂和化学螯合剂强化无柄小叶榕修复Cd、Cu重金属污染盐碱地

采用盆栽试验研究海洋细菌和酵母产生物表面活性剂、化学螯合剂对无柄小叶榕(Ficus concinna var.Subsessilis)修复盐碱地重金属Cd、Cu的强化效果.结果表明,强化试验下无柄小叶榕能耐受Cd、Cu胁迫正常生长,且体内重金属含量随生物表面活性剂投加浓度增大而升高,表现为根地上部分;300 mg·kg~(-1)细菌产生物表面活性剂强化下,根部Cd含量最大值为313 mg·kg~(-1),1 mmol·kg~(-1)柠檬酸(CA)-300 mg·kg~(-1)酵母产生物表面活性剂强化下,根部Cu最大含量为2156 mg·kg~(-1).强化剂添加下,能显著提高Cd、Cu在小叶榕体内的累积量,无柄小叶榕对土壤Cd、Cu的吸收富集能力显著提高,1 mmol·kg~(-1) CA—300 mg·kg~(-1)酵母产生物表面活性剂强化下Cd的最大富集系数为(9.76±0.10),是对照组S1(1.1±0.02)的8.90倍,300 mg·kg~(-1)酵母产生物表面活性剂单独强化下Cu的最大富集系数为(7.42±0.16),是S1(0.77±0.03)的9.60倍;无柄小叶榕向地上转移Cu的能力较弱,TF1,对Cu的提取修复潜能有限;300 mg·kg~(-1)细菌产生物表面活性剂强化下Cd的最大修复率为2.56%,是对照组S1的4.70倍,300 mg·kg~(-1)细菌产生物表面活性剂—1 mmol·kg~(-1) EDTA联合强化下Cu的最大修复率为1.80%,为S1的3.30倍.综上,无柄小叶榕对重金属污染的盐碱地有良好的修复潜力,生物表面活性剂和化学螯合剂的添加可有效提高小叶榕对重金属Cd和Cu的吸收富集效率.     

凹凸棒粘土对镉污染农田的原位钝化修复效果研究

原位钝化修复在重金属污染土壤修复中有着不可替代的作用,而修复材料在污染农田中的长期应用效果一直是人们关注的焦点。通过野外大田钝化修复试验,研究了不同添加剂量(0、1.25、1.75、2.50、3.25 kg·m~(-2))凹凸棒粘土对镉(Cd)污染土壤理化性质及对水稻(Oryza sativa L.)和小麦(Triticum aestivum L.)吸收Cd的影响,采用梯度扩散薄膜技术(DGT)评价修复前后土壤中生物可利用态Cd含量的变化。结果表明,施用凹凸棒粘土显著抑制水稻和小麦籽粒中Cd富集量,第一季降幅分别为68.8%~83.3%与54.7%~75.5%,其中2.5 kg·m~(-2)施加剂量对Cd污染土壤的修复效果最佳。施加凹凸棒粘土同样抑制了作物对Zn、Ni等其他重金属的吸收,而对Se吸收影响并不显著。施加凹凸棒粘土显著提高了土壤p H、阳离子交换量(CEC)和土壤细颗粒含量,相关性分析表明,水稻和小麦籽粒中Cd含量与土壤p H呈极显著负相关性(相关系数分别为-0.72和-0.64),推测土壤p H的升高是导致水稻、小麦籽粒中重金属含量降低的一个重要原因。不同施用量凹凸棒粘土均在一定程度上降低了土壤DGT提取态Cd含量,分别下降了82.8%、85.1%、84.4%和67.1%。连续3年原位钝化修复效果跟踪观察结果表明,凹凸棒粘土可持续降低水稻和小麦籽粒中Cd含量,1.25 kg·m~(-2)和1.75 kg·m~(-2)处理组产出的水稻籽粒中Cd含量由2014年的0.140 mg·kg~(-1)与0.215 mg·kg~(-1)分别降低为2016年的0.094 mg·kg~(-1)和0.120 mg·kg~(-1)。综上,凹凸棒粘土在修复Cd污染农田土壤方面具有广阔的应用前景。     

相思谷尾矿8种定居植物对重金属吸收及富集特性

通过野外调查和室内实验,探讨铜陵市相思谷铜尾矿自然定居的芒(Miscanthus sinensis)、羊蹄(Rumex japonicus)、何首乌(Polygonum multiflorum)、苦荬菜(Ixeris denticulata)、荩草(Arthraxon hispidus)、1年蓬(Erigeron annuus)、小飞蓬(Conyza canadensis)、高粱泡(Rubus lambertianus)8种植物对重金属Cu、Pb、Zn和Cd吸收与富集特性,为铜尾矿废弃地植被恢复和重金属污染土壤的植物修复提供理论依据。结果表明:铜陵相思谷铜尾矿中全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾、有机质等营养成分均极显著低于对照的土壤(P0.01);铜尾矿中的重金属铜质量分数高达2 224.167 mg·kg-1,锌、镉等重金属极显著高于对照土壤的含量(P0.01),铅含量显著高于对照土壤的含量(P0.05)。相思谷铜尾矿营养成份低,重金属Cu含量过高是抑制植物定居的主要因子。通过对8种植物体内不同部位的重金属含量分析发现,8种植物对重金属的吸收主要集中在根部。地上部分重金属含量最高的植物为芒,其Cu、Pb、Zn和Cd质量分数分别为314.487、85.710、199.681、2.650 mg·kg-1。通过对转移系数和富集系数分析发现,芒对Cu、Pb和Cd的转移能力最强,分别为0.701、1.797和1.432,羊蹄对Zn的转移能力最强,为1.743。芒的地上部分对重金属Cu、Pb、Zn、Cd的富集系数均最高,分别为0.141、0.408、0.239、0.240;芒的地下部分对重金属Cu、Cd的富集系数最高,分别为0.202、0.168。因此,芒不仅可作为铜尾矿植被恢复的植物,同时也用于重金属污染土壤的修复植物。     

黄石国家矿山公园草本植物重金属富集能力研究

为探究草本植物各部位对重金属的富集能力,筛选可能具有重金属污染修复潜力的草本植物,将经过六年植被自然恢复及现代生态修复后的黄石矿山公园的土壤和草本植物作为研究对象,采用原子吸收光谱法(AAS)测定黄石矿山公园内优势植物蕨菜(Pteridium aquilinum var.latiusculum)、铁线蕨(Adiantum capillus-veneris)、凤尾蕨(Pteris cretica var.nervosa)、蜈蚣草(Eremochloa ciliaris)、贯众(Cyrtomium macrophyllum)、芒草(Miscanthus sinensis)、白茅(Imperata cylindrica)、苔草(Carex spp.)、早熟禾(Poa annua)等9种草本植物的根、茎、叶及其根系土壤中的重金属含量,分析生态修复过程中草本植物对土壤重金属的富集和转移能力。结果表明,黄石市国家矿山公园的土壤受到重金属镉(Cd)、铜(Cu)的严重污染,与湖北省土壤环境背景值相比,Cd的平均污染指数达46.88,Cu次之,为10.67。草本植物对重金属元素的富集能力差别较大,蜈蚣草对重金属的富集作用较强,综合富集系数为11.14,治理土壤重金属Cd污染效果明显。蕨菜Zn含量为1568.15mg·kg~(-1),富集系数和转移系数分别为1.13、1.19;早熟禾Zn含量为1202.64mg·kg~(-1),富集系数和转移系数分别为1.08、1.08。蕨菜和早熟禾是典型的Zn富集型植物。聚类结果亦显示蕨菜富集效果最好,蜈蚣草次之,二者均可作为重金属污染土壤的修复植物。     

不同浓度胺鲜酯对籽粒苋富集重金属镉锌的影响

植物生长调节剂具有提高植物富集土壤重金属的能力,从而提高植物修复污染农田土壤的效率。采用盆栽方式,比较叶面喷施不同质量浓度(0、5、10、15 mg·L~(-1))胺鲜酯(DA-6)对籽粒苋(Amaranthus hypochondriacus L.)生长、富集镉(Cd)和锌(Zn)及土壤有效态Cd和Zn的影响。结果表明,10 mg·L~(-1)处理显著提高籽粒苋植株的生物量;DA-6对籽粒苋根系分布层土壤和根际土pH无显著影响,但能显著提高籽粒苋根际土有效态Cd和Zn含量;DA-6处理的籽粒苋叶、茎和根中Cd含量均呈增加趋势,但仅15 mg·L~(-1)处理能显著提高籽粒苋叶、茎中Cd含量,DA-6处理对籽粒苋根中Cd含量无显著影响;DA-6对籽粒苋叶、茎、根中Zn含量均无显著影响;10 mg·L~(-1)处理能显著强化籽粒苋叶、茎对Cd和Zn的累积量,DA-6处理对籽粒苋根中Cd和Zn的累积量无显著影响;DA-6处理籽粒苋后,除籽粒苋叶中5 mg·L~(-1)处理和10 mg·L~(-1)处理的Zn富集系数显著低于对照外,其它处理的籽粒苋叶、茎、根中Cd和Zn富集系数及运转系数均无显著差异。因此,叶面喷施10 mg·L~(-1)DA-6能显著强化籽粒苋地上部对Cd、Zn的累积量,但DA-6处理对Cd和Zn的富集和运转并无显著促进作用。     

煤矸石废弃地中胜红蓟的重金属富集研究

采用粤东明山煤矿煤矸石粉与当地山林的普通黄土按不同比例混合而成的土壤中,4种重金属含量排序为Mn>Zn>Cu>Cd。在这些土壤中进行为期3个月(7、8、9月份)的胜红蓟栽培实验,然后测定植株重金属含量,其地下部分4种重金属含量排序与土壤一致,但地上部分Cu、Cd两者含量相差甚小,7月时Cu含量甚至低于Cd。胜红蓟(Ageratumconyzoides)对4种重金属的富集系数从大至小分别为Cd、Mn、Zn、Cu,且对Cd的富集系数大于3,对Cd显示出较强的富集作用。对Zn、Mn的转移能力较强,转移系数多大于1,对Cd的转移系数接近于1或大于1,但Cu均小于1。在煤矸石粉比例较低的土壤中,Zn、Cu、Mn 3种重金属的富集系数较大。Zn、Cu、Mn 3种重金属的富集系数在煤矸石比例较低的土壤中随生长期延长而升高,在比例较高的土壤中,地上部分的富集系数仍随生长期延长而上升,但地下部分8月至9月反而会有所下降。转移系数在不同月份无明显的规律性变化。胜红蓟虽然并非这些元素的超富集植物,但对于尾矿土壤中Cd、Zn、Mn污染有较好的修复效果,其适应性强、生长快、总体生物量大,可选作矿区土壤的修复植物。