N_P_K肥对香根草修复土壤镉_锌污染效率的影响

1、 西北植物学报,2007,27(3 :0560-0564文章编号:100024025(2007 03205602053N 、P 、K 肥对香根草修复土壤镉、锌污染效率的影响郑小林1,2, 朱照宇1, 黄伟雄1, 梁志伟1, 黄妃本1(1湛江师范学院生物系, 广东湛江524048;2中国科学院植物研究所光合作用与环境分子生理学重点实验室, 100093摘要:通过盆栽试验研究在30mg/kg 镉(Cd 污染土壤条件下CO 2 2:100200300、P (P 2O 5:50、100、200mg/kg 土 和K (KCl :100、200、300mg/(Zn 。结果表明:3种N , Cd 和Zn 含

2、量, 导致其修复效率, 但300mg/kg K 和50、200mg/kg P 处理却显著降低Cd 、Zn 修复效率Cd 、Zn 污染的修复效率, 应对香根草适施N 肥, 并控制或者不施P 、K 肥为佳关键词:香根草; N 、P 、K 肥;Cd ;Zn ; 修复效率中图分类号:Q948.116文献标识码:AE ffects of N, P , K Fertilizer on Phytoremediation E ffectiveness ofC admium and Zinc Pollution in V etiver G rassZH EN G Xiao 2lin 1,2,ZHU Zhao 2

3、yu 1, HUAN G Wei 2xiong 1,L IAN G Zhi 2wei 1, HUAN G Fei 2ben 1(1Biology Depart ment of Zhanjiang Normal University ,Zhanjiang , Guangdong 524048,China ;2Key Laboratory of Photosynt he 2sis and Environmental Molecular Physiology ,Institute of Botany ,Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100093,China

4、 Abstract :Effect s of different levels of N CO (N H 2 2:100,200and 300mg/kg , P (P 2O 5:50,100and 200mg/kg and K (KCl :100,200and 300mg/kg treat ment s on p hytoremediation effectiveness of cadmium (Cd and zinc (Zn in vetiver grass (V eti veri a z i z anioi des Nash growing in Cd contaminated soil

5、(30mg Cd/kg were investigated by pot experiment. The result s showed t hat t he biomass and content s of Cd and Zn in shoot ,especially in leaves ,significantly enhanced wit h t hree N t reat ment s ,which resulted in signifi 2cant increases in Cd and Zn p hytoremediation effectiveness ,wit h t he C

6、d p hytoremediation effectiveness be 2ing 1. 60,2. 67and 2. 50times and t he Zn p hytoremediation effectiveness being 1. 81,2. 66and 2. 60times in 100,200and 300mg/kg N , respectively , as compared wit h t he cont rol. Moreover , wit h 200mg/kg K t reatement ,Zn p hytoremediatio n effectiveness also

7、 significantly increased wit hout impact ment of Cd p hy 2toremediation. However ,t he p hytoremediation effectiveness of Cd and Zn decreased significantly wit h 50, 200mg/kg P and 300mg/kg K t reatement s ,while no significant differences were presented in 100mg/kg P and 100mg/kg K t reatement s re

8、spectively. Thus ,it was suggested t hat utilization of N fertilizer rat her t han P and K could efficiently improve t he Cd and Zn p hytoremediation effectiveness of vetiver glass under sterile soil.K ey w ords :vetiver grass (V eti veri a z i z anioi des Nash ; N , P , K fertilizer ;cadmium ;zinc

9、; Phytoremediation effectiveness3收稿日期:2006209208; 修改稿收到日期:2007201230基金项目:广东省农业攻关资助项目(2003C201071作者简介: 郑小林(1966- , 男(汉族 , 博士, 副教授, 主要从事植物生理学教学及研究工作。E 2mail :zheng9393163. com3期郑小林, 等:N、P 、K 肥对香根草修复土壤镉、 锌污染效率的影响561香根草(V eti veri a z iz anioi des Nash 根系发达, 生长快, 生物量大, 抗逆性好(如耐贫瘠, 耐强酸或强碱、抗旱和抗盐等 , 对重金属的耐受

10、力强124。目前, 许多研究证明:香根草是一种较好的土壤重金属污染修复植物, 而且其老叶粗, 老茎硬, 动物不愿啃食, 地上部分易于收割处理, 能够有效地防止二次污染, 因此, 在重金属污染土壤的修复和尾矿区植被重建等方面具有巨大的应用前景528。N 、P 、K 是植物生长的“三要素”, 单独施用N 、P 、K 肥, 或者三者以一定的比例混合施用都能提高1. 2地上部生物量和Cd 、Z n 含量测定植株经N 、P 、K 处理后130d 时, 测量香根草的株高和每株的分蘖数, 再将每株香根草地上部分(距土面5cm 叶和茎分开采收, 先用自来水洗净污泥, 再用蒸馏水冲洗3次, 将样品剪碎、烘干、称

11、重, 然后混匀置聚乙烯薄膜袋内, 放入干燥器保存待用。称试样1. 00g 置于坩埚中, 在马福炉中经200250炭化后, 以每小时50升温, 最后在500灰化h 。4mL 2(, , 使其缓慢, 直至硝化完全无碳, 然后用0. 5mol/L 的HNO 3定容至25mL , 用火焰原子吸收光谱仪(Aust ralia , G BC 932 测定Cd 和Zn 的含量。1. 3数据统计分析香根草根的生物量和根香油的含量9,10。等11报道施用N 的Pb/Zn N P 、K 4种植物在炼油厂废渣堆集区上的成活率, 并显著提高地上部分的生物量而改善对重金属的修复效率; 使用一些生活垃圾和/或N P K

12、复合肥料能促进香根草在尾矿上的生长, 并改善对重金属的修复效率5,13。本研究通过盆栽试验, 探讨不同水平的N 、P 、K 处理对香根草在Cd 污染条件下的地上部分生长和Cd 、Zn 含量的影响, 为利用施肥提高香根草对Cd 、Zn 的修复效率提供理论依据。数据取3次重复的平均值, 用SPSS 11. 5(SPSS Inc. ,Chicago ,IL ,U SA 软件分析处理平均值间的差异显著性。2结果与分析2. 1N 、P 、K 处理对香根草地上部生长的影响N 、P 、K 处理对香根草在Cd 污染土壤下生长130d 后的株高、分蘖数和地上部的生物量影响见表1。1材料和方法1. 1材料培养与处

13、理表1显示与对照相比,100mg/kg N 处理显著提高香根草株高,200、300mg/kg N 和200mg/kg K 处理的香根草株高、分蘖数和地上部干重均显著增加。3种P 和2种K (100和300mg/kg 处理对香根草地上部生长没有表现出显著的促进作用, 其中200mg/kg P 和300mg/kg K 处理却使叶干重显著降低, 以致地上部干重显著低于对照。说明施用N 肥和适量K 肥能显著促进香根草地上部生长, 而P 和K 浓度过高时反而抑制香根草叶的生长。2. 2N 、P 、K 处理对香根草地上部Cd 含量和Cd 总量的影响由表2可知, 香根草在各种处理中叶的Cd 含量远高于茎的,

14、 说明香根草中Cd 主要分布于叶片。在300mg/kg N 处理中, 香根草植株茎的Cd 含量显著高于对照, 其它处理则与对照无显著差异;200、300mg/kg N 处理茎的Cd 总量显著高于对照, 但50、200mg/kg P 和300mg/kg K 处理都显著低于对照。叶的Cd 含量、Cd 总量和地上部Cd 总量在3种N 处理中均显著高于对照, 而50、200mg/kg P 和300mg/kg K 处理则显著低于对照。以效比(每处理单株地上部Cd 总量/对照单株地上部Cd 总本实验所用香根草采自广东省吴川, 系野生香根草, 待盆栽植株长至1517cm 后, 间苗、选出生长状况一致的苗作为

15、盆栽试验材料。供试土壤采于湛江师范学院试验基地, 土壤偏酸性(p H 5. 6 , 全N 、P 、K 分别为463、187和380mg/kg , 速效N 、P 、K 分别为103、13和79mg/kg , Zn 含量为195mg/kg ,Cd 未检测出, 土壤肥力较贫瘠。将土样风干, 过1mm 筛, 装入直径25cm 和高30cm 聚乙烯盆, 每盆装土为6kg , 然后移栽香根草3株, 移栽时苗尖超出土面5cm 。植株经过10d 恢复生长后, 每盆进行30mg CdCl 2/kg 的土壤污染处理, 即将180mg CdCl 2(分析纯 溶解于1. 5L 水中后浇灌于每盆中。2d 后再分别进行不

16、同的N CO (N H 2 2:100、200、300mg/kg 土、P (P 2O 5:50、100、200mg/kg 土 和K (KCl :100、200、300mg/kg 土 处理(N 、P 、K 均采用分析纯, 溶于水后浇灌于盆中 , 以不施肥为对照。每处理均为3盆。在整个生长过程中根据土壤干湿状况每盆浇灌等量的水, 满足植物生长对水分的需求。562西北植物学报27 卷量 衡量不同N 、P 、K 水平对香根草Cd 污染修复效率的影响, 其中3种N 处理分别为1. 60、2. 67和2. 50,3种P 处理分别为0. 64、0. 93和0. 50,3种K 处理分别为0. 84、1. 10

17、和0. 44。结果表明N 处理显著提高香根草的Cd 修复效率, 而P 和K 处理没有显著的促进效果, 特别是P 、K 水平过高反而显著降低香根草的Cd 修复效率。2. 3N 、P 、K 处理对香根草地上部Z n 含量和Z n 总量的影响本实验土壤没有设置Zn 污染, 因为Zn 和Cd 是同族元素, 为进一步考察N 、P 、K 根草Zn 一致, 由表2和表3可知, 香根草地上部茎、叶的Zn 含量远远高于Cd 含量, 说明香根草地上部对Zn 的累积作用较强。与对照相比(表3 ,300mg/kg N 和300mg/kg K 处理显著提高植株茎的Zn 含量, 但50、200mg/kg P 和100mg

18、/kg K 处理显著降低其含量。3种N 和100、200mg/kg K 处理显著提高叶的Zn 含量, 而50mg/kg P 则显著降低叶的Zn 含量。地上部的Zn 总量在3种N 和200mg/kg K , 而kg P 和300mg/K , 3种N 和K Zn 的修复效, mg/kg P 和300mg/kg K 处理则显著降低Zn 的修复效率。表1N 、P 、K 处理下香根草地上部的生长情况Table 1Aboveground organs growth of vetiver grass with N ,P , K treatments处理Treat ment CK100mg/kg N 200m

19、g/kg N 300mg/kg N 50mg/kg P 100mg/kg P 200mg/kg P 100mg/kg K 200mg/kg K 300mg/kg K分蘖数Tiller 2. 8b 2. 7b 4. 4a 4. 2a 3. 1b 3. 2b 3. 2b 2. 7b 3. 7a 2. 5b株高Height(cm 100. 8b 121. 1a 128. 9a 128. 0a 94. 7b 115. 3ab 110. 3b 97. 7b 122. 3a 90. 3b叶干重Dry weight of leaf (g 5. 96c 7. 74bc 13. 97a 13. 53a 6. 6

20、9c 6. 01c 4. 23d 6. 55c 7. 77bc 3. 69d茎干重Dry weight of stem (g 3. 35bc 2. 84c 5. 67a 5. 24a 2. 28d 3. 94bc 2. 96cd 4. 41b 4. 25b 3. 07cd地上部干重Dry weight of aboveground organs(g 9. 31c 10. 58bc 19. 64a 18. 77a 8. 97cd 9. 95c 7. 23de 10. 96bc 12. 02b 6. 76e注:差异显著性采用邓肯氏多重比较, 同列不同字母表示0. 05水平的显著差异。下表同。Not

21、es :Treat ment means were compared by Duncan s multiple range test s at 5%level. Different normal letters indicate significant differ 2ence among treat ment s in t he same column (P <0. 05 . They mean t he same in t he following tables.表2N 、P 、K 处理下香根草地上部的Cd 含量和Cd 总量Table 2Cd content and total am

22、ount of Cd accumulation in stem and leavesof vetiver grass with N ,P , K treatment in Cd contaminated soil 茎Stem处理Treatments CK 100mg/kg N 200mg/kg N 300mg/kg N 50mg/kg P 100mg/kg P 200mg/kg P 100mg/kg K 200mg/kg K 300mg/kg KCd 含量Cd content (g/g DW 0. 75b 0. 83b 0. 83b 1. 18a 0. 50b 0. 75b 0. 50b 0.

23、 75b 0. 58b 0. 53bCd 总量Cd total amount (g/plant 2. 51c 2. 36c 4. 71ab 6. 18a 1. 14d 2. 96c 1. 48d 3. 31c 2. 47c 1. 63dCd 含量Cd content (g/g DW 4. 70b 6. 00a 5. 50a 5. 18a 2. 75c 4. 25b 3. 25c 3. 43bc 4. 00b 3. 18c叶LeafCd 总量Cd total amount (g/plant 28. 01cd 46. 44b 76. 84a 70. 09a 18. 40e 25. 54d 13.

24、75ef 22. 47d 31. 08c 11. 73f地上部Aboveground organsCd 总量Cd total amount (g/plant 30. 52c 48. 80b 81. 54a 76. 27a 19. 54d 28. 50c 15. 23de 25. 77c 33. 55c 13. 36e效比Ratio 1. 00c 1. 60b 2. 67a 2. 50a 0. 64de 0. 93c 0. 50e 0. 84cd 1. 10c 0. 44e注:效比=每处理单株地上部累积的Cd 总量/对照单株地上部Cd 总量。Note :Ratio=total Cd conten

25、t in aboveground organs of per treated plant/total Cd content in aboveground organs of per control plant.3期郑小林, 等:N、P 、K 肥对香根草修复土壤镉、 锌污染效率的影响563表3N 、P 、K 处理下香根草地上部的Z n 含量及Z n 总量Table 3Zn content and total amount of Zn accumulation in stem and leavesof vetiver grass with N ,P , K treatment in Cd cont

26、aminated soil 茎Stem处理Treatments CK 100mg/kg N 200mg/kg N 300mg/kg N 50mg/kg P 100mg/kg P 200mg/kg P 100mg/kg K 200mg/kg K 300mg/kg KZn 含量Zn content (g/g DW 41. 75bc 38. 25cd 45. 13ab 51. 75a 36. 13cd 39. 00cd 34. 68d Zn 总量Zn total amount (g/plant 139. 86cd 108. 63de 255. 89a 271. 17a 82. 38e 153. 66

27、c 213. 138. 92cdZn 含量Zn content (g/g DW 59. 25cd 101. 50a 75. 63b 74. 63b 37. 83e 52. 78. 75b 64. 63bc叶LeafZn 总量Zn total amount (g/plant 353. 13de 785. 61b 1056. 55a 174a 02f 478. 15d 611. 89c 238. 48f地上部Aboveground organsZn 总量Zn total amount (g/plant 492. 99d 894. 24b 1312. 44a 323. 67f 627. 47c 82

28、4. 94b 377. 40ef效比Ratio 1. 00d 1. 81b 2. 66a 2. 60a 0. 68e 0. 88de 0. 66e 1. 27c 1. 67b 0. 77e注:效比=每处理单株地上部累积的Zn 总量/对照单株地上部Zn 总量。Notes :Ratio=total Zn content in aboveground organs of per treated plant/total Zn content in aboveground organs of per control plant.3讨论植物的重金属修复效率主要决定于单位时间内修复植物地上部的生物量及其重金

29、属含量水平。香根草根系的Cd 、Pb 、Zn 和Cu 等重金属的滞留率较高5,14, 但适时经常地收割香根草地上部能促进地上部的生物产量和重金属由根系向地上部的转运, 提高重金属修复效率15。施用N P K 复合肥料能明显降低香根草的地上部Pb 和Cd 的含量, 但因显著提高地上部分的生物量而改善对Pb 和Cd 的修复效率12。本实验结果表明:在Cd 污染的较贫瘠土壤条件下, 施N 肥不仅促进香根草地上部生长(包括分蘖数、株高 , 导致地上部的生物量显著增加, 而且显著提高地上部茎和叶特别是叶的Cd 和Zn 含量, 进而成倍提高Cd 和Zn 的修复效率。中度施K 肥能改善植株对Cd 和Zn 的

30、修复效率, 但效果不如N 肥, 而施K 过高则显著降低Cd 和Zn 的修复效率。施P 肥未能改善植株的Cd 和Zn 修复效率, 而且较低和过高的P 导致修复效率显著降低。因此, 在利用香根草修复较贫瘠土壤中的Cd 、Zn 污染时, 建议对香根草适施N 肥, 同时控制或不施P 、K 肥。N 、P 、K 促进植物生长与植物营养特性的基因型差异、发育状况、土壤条件、水分和温度等内外因素密切相关16218, 而且N 、P 、K 对植物Cd 、Zn 等重金属的吸收、分配和累积的影响极具复杂性, 主要与植物品种差异、N P K 肥的不同形态、土壤条件和重金属污染水平等因素相关16,19,20。例如, 水稻

31、和油菜的不同品种对Cd 的吸收累积具有明显差异, 而且N 、P 、K 肥的不同种类对植物吸收Cd 亦有明显差异19。在Cd 污染的水稻土中施3种不同K 肥(KCl 、K 2SO 4、KNO 3 , 结果发现KCl 对水稻吸收Cd 有促进作用, 而施K 2SO 4却显著降低水稻对Cd 的吸收21。向Cd 污染程度不同的土壤中施P 肥显著地促进了油麦菜生长, 增加程度随Cd 污染的加重呈先增大后减小趋势; 施P 肥显著降低植株体内Cd 的含量, 对Cu 、Zn 、Mn 的含量也有一定程度的降低; 但促进油麦菜对Cd 元素的总吸收量22。同样,P 2Zn 关系复杂, 施P 肥降低土壤Zn 的有效性,

32、 抑制根系对Zn 的吸收及根部Zn 向地上部的运转, 而适量施P 肥不仅促进植物的生育, 同时促进植物对Zn 的吸收, 表明在土壤中P 2Zn 关系具有拮抗作用, 但又非完全的拮抗作用16。本实验香根草在30mg Cd/kg 污染土壤中生长, 施N 肥同时促进地上部的生长和对Zn 、Cd 的吸收, 表明香根草对同族元素Zn 、Cd 的修复作用并没有表现相互拮抗现象, 但这些作用效果是中度施N 量显著高于低施N 量, 继续加大施N 量其效果并不相应提高。施K 的效果是随施用量的增加表现出先高后低, 而施P 特别是低和高施用量植株地上部Zn 、Cd 的吸收总量均显著降低。说明N 、P 、K 肥对香

33、根草地上部生长及其Zn 、Cd 吸收和累积的影响具有明显差异, 而且N 、P 、K 肥用量也影响其差异性。今后应根据香根草吸收、利用N 、P 、K 素的营养特性、修复土壤的状况如N 、P 、K 肥力和相关重金属污染水平, 进一步研究N 、P 、K 对香根草生长564西北植物学报27 卷的互作效应, 以及N 、P 、K 对香根草Cd 、Zn 等重金属吸收、运转和累积的互作影响, 从而以合理的N P K 施肥配比和用量提高香根草对重金属的修复效率, 实现较好的经济和生态效益。致谢:感谢湛江师范学院化学系唐纯良老师和生物系杨秀坚老师对实验工作所给予帮助。参考文献:1TRUON G P N V. An

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