铅Pb超富集植物

Pb超富集植物富集规律及营养元素N、P、K的响应摘要：重金属超富集植物是植物修复技术的核心和前提，本研究从筛选超富集植物入手，通过野外调查筛选和室内胁迫模拟实验相结合的方法，发现并证实金丝草和柳叶箸为Pb的超富集植物；此后还通过室内模拟胁迫水培试验，研究了在Pb胁迫下这2种植物的生长及Pb富集规律。本研究还通过温室土培方法，研究了营养元素N、P、K对3种超富集植物绿叶苋菜、紫穗槐和羽叶鬼针草生长发育及Pb吸收的影响。关键词：Pb；Pb胁迫；超富集植物；植物修复；营养元素0引言铅是一种具柔和性的有毒物质，是一种不可降解的环境污染物，并通过进入食物链在生物体内积累富集。铅对人体各种组织系统均有毒性危害，尤其是神经，造血系统受害最甚，对儿童的身体和智能更为严重。超富集植物的发现和应用为土壤修复开辟了新的途径，它具有投资和维护成本低，操作简便，不造成二次污染，利用自然能源、安全、生态协调及美化环境等优点，被称之为绿色修复技术。目前已见报道的Pb超富集植物并不多，限制了Pb污染土壤的修复规模。鉴于此，本研究进行了Pb超富集植物的筛选，针对Pb在土壤中不同形态的存在，还研究了N、P、K营养元素对超富集植物吸收Pb的影响。1重金属矿区植物对Pb的富集能力侯晓龙、常青山等［1经过野外调查与筛选，选择出对重金属有较高耐性的12种植物，这12种植物中地上部分Pb含量超过1000mg/kg的植物有金丝草、毛轴莎草、柳叶箸和二歧飘拂草，符合Pb超富集植物地上部分大于1000mg/kg的临界标准。从地下部分Pb含量来看，毛轴莎草、长蒴母草、二歧飘拂草和斑茅中Pb含量超过4000mg/kg。从转运系数来看，转运系数大于1的植物有金丝草、柳叶箸和长圆叶艾纳香；但只有金丝草、柳叶箸符合地上部分Pb含量大于1000mg/kg，转运系数大于1的Pb超富集植物标准。因此本研究野外调查发现的金丝草、柳叶箸具备7Pb超富集植物的特征，而且达到Pb超富集植物标准。2Pb胁迫条件下金丝草和柳叶箬对Pb的吸收积累特征Pb胁迫条件下金丝草和柳叶箬对Pb的耐性金丝草和柳叶箸在Pb浓度小于20000mg/kg条件下Pb中毒症状，但在20000mg/kg时，金丝草、柳叶箸表现出了一定的Pb毒害症状。Pb胁迫条件下金丝草和柳叶箬对Pb的吸收积累特征随Pb浓度的增加，2种植物Pb含量呈先增加后减少的趋势。在不同Pb处理条件下，柳叶箸和金丝草地上部分Pb含量均超过1000mg/kg，并在18000mg/kg处理水平时达最大值，金丝草地上和地下部分Pb含量分别达3789.84mg/kg和4964.76mg/kg，柳叶箸地上和地下部分Pb含量分别达3411.56mg/kg和1523.02mg/kg。从转运系数来看，不同Pb处理柳叶箸对Pb的转运系数均大于1，而且其地上部分Pb含量超过1000mg/kg的水平，达到Pb超富集植物标准，因此柳叶箸可利用该植物进行Pb污染土壤上的修复。金丝草只在处理浓度为5000mg/kg时转运系数大于1，而且地上部分Pb浓度也超过1000mg/kg，达到Pb超富集植物标准，其他处理浓度下均小于1，大部分接近1，但地上部分Pb含量均超过了1000mg/kg的标准。通过实地调查与相关实验的研究筛选出2种Pb潜在超富集植物金丝草和柳叶箸，侯晓龙和陈加松等［2又通过室内模拟胁迫水培试验，研究Pb胁迫下这两种植物的生长及Pb富集规律，结果如下。3金丝草对Pb的耐性和吸收富集规律Pb胁迫对金丝草生长的影响从不同Pb胁迫浓度、培养时间对金丝草的影响可以看出：在无胁迫对照处理中，植株均可正常生长；胁迫处理下，植株对Pb表现出较强的耐性。Pb胁迫浓度低于250mg/L时，6d内植株能够正常生长，但超过9d后植株出现了叶尖变黄、根尖变黑等受害症状，但并未死亡；Pb胁迫浓度高于500mg/L时，第3天植株就出现了受害症状；Pb胁迫浓度为1500和2000mg/L时，植株分别在第6、9天基本死亡。Pb胁迫对金丝草生长的影响均表现为根部先于叶片。Pb胁迫下金丝草体内Pb含量的变化随着Pb胁迫浓度的增大，植株地上和地下部分的Pb含量均呈现先增大后减少的变化规律。Pb胁迫浓度超过250mg/L时，植株地上部分的Pb含量超过了1000mg/kg；Pb胁迫浓度为750mg/L时，植株地上和地下部分的Pb含量均达最大，分别为4639.4和5467.2mg/kg。Pb胁迫浓度为250mg/L时，金丝草地上部分的Pb含量为1758.8mg/kg，转运系数为1.14，达到Pb超富集植物的标准；但在其他胁迫浓度下，植株对Pb的转运系数均小于1，变化范围为0.65-0.96。可见，金丝草对Pb具有较强的转运能力，能够将土壤中的Pb转移到地上部分，可以应用于Pb污染土壤的治理。4柳叶箬对Pb的耐性和吸收富集规律4.1Pb胁迫对柳叶箬生长的影响从不同Pb胁迫浓度、培养时间对柳叶箸的影响可以看出：在无胁迫对照处理中，柳叶箸可正常生长，但在Pb胁迫下，随Pb胁迫浓度的增高和培养时间的增加，一些植株受害症状逐渐出现。Pb胁迫浓度低于500mg/L时，植株在6d内生长正常，在9d后出现叶尖变黄、根尖变黑等受害症状；Pb胁迫浓度高于750mg/L时，植株第3天就出现了少量叶尖变黄的受害症状；Pb胁迫浓度高于2000mg/L时，植株第9天就全部死亡。柳叶箸与金丝草相同，也表现出根部先于叶片受到伤害。4.2Pb胁迫下柳叶箬体内Pb含量的变化随着Pb胁迫浓度的增大植株体内的Pb含量呈现先增大后减少的规律。Pb胁迫浓度大于250mg/L时，植株地上和地下部分的Pb含量均超过了1000mg/kg；Pb胁迫浓度为1000mg/L时，植株地上和地下部分的Pb含量均达最大，地下部分的Pb含量达9034.6mg/kg，地上部分达6828.4mg/kg。Pb胁迫浓度在250-1500mg/L时，植株地上和地下部分的Pb含量均大于1000mg/kg，但转运系数均小于1，变化范围为0.57-0.83。本试验结果表明，Pb胁迫下金丝草和柳叶箸植株地上部分均可富集大量的Pb，但在大部分胁迫浓度下对Pb的转运系数均小于1，这可能与高浓度的Pb对这两种植物具有一定的毒害作用从而影响其富集能力有关。这2种植物的转运系数虽然未达到转运系数大于1的标准，但生物量较大也能富集大量重金属，也可作为超富集植物。5Pb超富集植物对营养元素N、P、K的响应少量的N和K会促进富集植物叶片叶绿素值和干质量的增加，促进植物对Pb的吸收，随着N和K水平的增加，植物对Pb的吸收能力降低，但叶绿素值和干质量一直在增加。只是K的抑制作用不如N的显著。土壤供P会降低植物对Pb的吸收，且下降极显著。少量的N、P、K均会促进植物富集植物Pb迁移总量的增加，高质量分数时则抑制。但K的抑制作用不如N及P的显著囱。土壤中施入不同水平的N、P、K元素显著影响植物Pb迁移总量，在土壤Pb污染程度一定的情况下，通过调节土壤营养的方法可以提高植物的重金属的迁移总量。N、P、K3种元素对植物Pb迁移总量的影响表现不一致。从影响趋势看，在土壤Pb污染情况下，施加少量的N素与少量的P素均会促进富集植物Pb吸收总量的增加，营养元素施入量过大时则随着土壤施入量的增加吸收总量不断下降。植株的干质量与植株含Pb量直接影响富集植物的Pb迁移总量。少量的N和K会促进富集植物干重的增加，促进植物对Pb的吸收，随着N和K水平的增加，植物对Pb的吸收能力降低，干质量一直在增加。K的抑制作用不如N的显著。土壤供P会降低植物对Pb的吸收囹。小结与展望本研究首次发现并对他们进行了室内模拟胁迫实验证实金丝草和柳叶箸是Pb的超富集植物，同时还研究了这两种植物对Pb的富集规律；但这两种植物Pb是如何到达根表面的途径、根系对Pb吸收的影响因素缺乏相应研究；影响超富集植物吸收Pb的因素，如土壤元素和土壤其他重金属对Pb吸收的影响等也该进行研究。参考文献[1]侯晓龙，常青山，刘国锋，刘爱琴，蔡丽平.Pb超富集植物金丝草(Pogonatherumcrinitum)、柳叶窘(Lsacheglobosa)[J].环境工程学报,2012,6(3):989-994.⑵侯晓龙，陈加松，刘爱琴，蔡丽平