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天津師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,天津 300387

濱海鹽漬土壤中不同類型鹽生植物富集鎘的效應(yīng)

弋良朋*,王祖?zhèn)?/p>

天津師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,天津 300387

為了利用被鎘污染的濱海鹽漬土壤,通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析3種不同類型鹽生植物對(duì)鹽漬土中鎘的富集效應(yīng),以期初步探明不同類型鹽生植物在鎘污染鹽漬土壤修復(fù)中的效果。選擇的3種鹽生植物類型是：聚鹽鹽生植物,泌鹽鹽生植物和避鹽鹽生植物。通過(guò)溫室盆栽實(shí)驗(yàn),將植物在不同鎘含量的鹽漬土壤中種植培養(yǎng)60 d,測(cè)定和分析不同類型鹽生植物對(duì)鎘的生物濃縮因子、轉(zhuǎn)移系數(shù)以及植株內(nèi)地上部分和根部生物量和鎘含量的變化。結(jié)果表明,不同鎘含量的土壤對(duì)堿蓬和蘆葦?shù)纳L(zhǎng)影響較小,對(duì)二色補(bǔ)血草的生長(zhǎng)影響較大。不同鎘含量的土壤中,蘆葦?shù)厣喜糠宙k的生物濃縮因子變化差異不顯著,并且其地上部分吸收鎘的百分率較高。堿蓬和蘆葦?shù)霓D(zhuǎn)移系數(shù)大于二色補(bǔ)血草的轉(zhuǎn)移系數(shù),并且堿蓬的轉(zhuǎn)移系數(shù)在不同鎘含量的土壤中變化不顯著；二色補(bǔ)血草的轉(zhuǎn)移系數(shù)隨著土壤中鎘含量的增加而顯著增大。3種鹽生植物中,堿蓬最具修復(fù)鎘污染鹽漬土壤的潛力,這可能和它是聚鹽鹽生植物的生理類型有關(guān)。蘆葦整個(gè)植株的地上部分富集鎘的總量在3種植物中是最高的,因此,蘆葦在鎘含量較低時(shí)也可以做為鎘污染鹽漬土壤的修復(fù)材料。

濱海鹽漬土壤；鹽生植物；鎘；富集

隨著人類對(duì)含鎘礦石的大規(guī)模開采和加工,鎘產(chǎn)品和鎘材料在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們生活中的廣泛應(yīng)用,產(chǎn)生了大量堆積的含鎘廢石和尾礦等固體廢棄物,其被不合理堆放并淋濾溶解,造成鎘元素的遷移和擴(kuò)散,導(dǎo)致一些地方的土壤受到鎘污染,對(duì)環(huán)境中的生物和人體健康造成了潛在的威脅[1-2]。另外,由于污灌、違法排放工業(yè)廢水和違法使用污泥等原因,我國(guó)已有大量鎘污染的土地,面積達(dá)1.4×104hm2,其中就有一些是濱海的鹽土和鹽化土土地[3],這些土地中很多是現(xiàn)在正在開發(fā)利用和將來(lái)可能開發(fā)利用的土地資源,如天津?yàn)I海新區(qū),山東東營(yíng)等地[4]。重金屬鎘污染土壤的徹底治理修復(fù)是當(dāng)今土壤修復(fù)領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn),而利用植物修復(fù)是可被選擇的有效方法之一,目前利用植物修復(fù)鎘污染土壤的研究和應(yīng)用也較多,也發(fā)現(xiàn)了一些鎘超級(jí)累植物[5-6],但既能在濱海鹽漬土壤上良好生長(zhǎng)又能高效修復(fù)鎘污染土壤的植物研究很少。對(duì)于受鎘污染的鹽漬土壤,非鹽生植物生長(zhǎng)不良,而鹽生植物由于對(duì)鹽漬土壤環(huán)境有良好的適應(yīng)性,通過(guò)鹽生植物萃取土壤中的重金屬鎘,從而達(dá)到修復(fù)受鎘污染的鹽漬土壤是非常有效并具有廣闊應(yīng)用前景的植物修復(fù)技術(shù),并已有人進(jìn)行了相關(guān)的初步研究[3,7-8]。

根據(jù)鹽生植物對(duì)鹽漬土壤生理適應(yīng)機(jī)制的不同,一般將鹽生植物分成3種類型：聚鹽鹽生植物、泌鹽鹽生植物和避鹽鹽生植物[9]。這3種類型的鹽生植物對(duì)不同含量鎘污染土壤的適應(yīng)性以及它們對(duì)鎘的富集效果有什么差異,目前尚未見報(bào)道。本研究通過(guò)人工栽培實(shí)驗(yàn)分析3種不同類型鹽生植物在鎘污染鹽漬土壤條件下的適應(yīng)情況,以期初步認(rèn)識(shí)不同類型鹽生植物對(duì)濱海地區(qū)鎘污染鹽漬土壤的修復(fù)效果,為修復(fù)利用和開發(fā)這些濱海鹽漬土壤提供理論基礎(chǔ),也為將來(lái)相關(guān)的研究提供支撐數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)采用人工控制盆栽植物的方法獲得植物樣品,盆栽所用土壤為天津大港地區(qū)未受鎘污染的鹽漬土壤,采集表土層(0—30 cm)的混合土壤,土壤類型為濱海鹽土,主要鹽類是氯化鈉,土壤質(zhì)地為粘壤,土壤的主要化學(xué)性質(zhì)見表1。將采集回來(lái)供栽培植物用的土壤先除去植物根莖及雜質(zhì),然后晾干,混合均勻并研碎備用。實(shí)驗(yàn)采用的3種植物分別屬于3種類型鹽生植物的典型種類,其中,堿蓬(Suaedaglauca)是典型的聚鹽鹽生植物,二色補(bǔ)血草(Limoniumbicolor)是典型的泌鹽鹽生植物,蘆葦(Phragmitesaustralis)是典型的避鹽鹽生植物。在實(shí)驗(yàn)的前1年,在天津?yàn)I海鹽漬土壤區(qū)各地采集實(shí)驗(yàn)用植物種子備用。

表1 所用鹽漬土壤的主要化學(xué)性質(zhì)

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將制備好的土壤裝入栽培植物用的花盆,在每個(gè)花盆內(nèi)裝入風(fēng)干的土壤4 kg,然后進(jìn)行土壤的鎘含量處理,栽培每一種植物的鹽漬土壤設(shè)置5個(gè)鎘含量水平,即分別在土壤中加入不同量的鎘,添加方法是以溶液形式一次性加入不同量的Cd(NO3)2,使土壤含鎘量(以純鎘計(jì)算)分別達(dá)到：0,3,6,10,15 mg/kg,每個(gè)處理設(shè)4個(gè)重復(fù)。已有相關(guān)研究表明,當(dāng)外源鎘進(jìn)入土壤后,由于土壤中各種理化過(guò)程,外源鎘在土壤中會(huì)發(fā)生遷移和各種形態(tài)轉(zhuǎn)化,外源鎘進(jìn)入土壤后約30 d,土壤中鎘的各種形態(tài)基本達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定[10-11]。因此,將一定量Cd(NO3)2溶液加入土壤后,在室溫下穩(wěn)定30 d,期間加純凈水4次,使土壤保持濕潤(rùn)。

土壤穩(wěn)定處理30 d后開始播種3種鹽生植物的種子,植物種子經(jīng)消毒和浸種后播入土壤中。出苗后7 d進(jìn)行間苗,使每個(gè)花盆中只保留10株大小一致的幼苗。每5 d澆水1次,每個(gè)花盆中加入等量的純凈水,并且使水不從花盆底部漏出,在溫室內(nèi)自然光照下生長(zhǎng),間苗60 d后分別取樣處理和測(cè)定[3]。測(cè)定項(xiàng)目包括：每個(gè)處理中所有植株地上部分和地下部分(根部)的干重；植株地上部分鎘含量和地下部分(根部)鎘含量。

采樣和處理分析樣品的過(guò)程如下：從每個(gè)花盆的土壤中仔細(xì)取出整個(gè)植株,分開地上部分和地下部分的根部,迅速用水洗凈根部,然后在電熱干燥箱中烘干植株,分別稱量每個(gè)處理中植物體地上部分和根部的干重。使用電感耦合高頻等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)測(cè)定樣品中鎘的含量,測(cè)定儀器為島津ICPS7510。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后,按下列公式計(jì)算鎘的生物濃縮因子和轉(zhuǎn)移系數(shù)[12-14]：

生物濃縮因子(Bioconcentration factor, BCF)=植物體中的鎘含量(mg/kg) / 土壤中的鎘含量(mg/kg)

轉(zhuǎn)移系數(shù)=植物體地上部的鎘含量(mg/kg) / 植物體地下部(根部)的鎘含量(mg/kg)

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)進(jìn)行方差分析；利用新復(fù)極差法(SSR法)對(duì)結(jié)果進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤中不同含量的鎘對(duì)3種植物生長(zhǎng)的影響

植物的生物量能在一定程度上反映出其對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性,同時(shí),較高的生物量也是超級(jí)累植物的特征之一。從表2可知,不同含量鎘的土壤中3種植物生長(zhǎng)產(chǎn)生的生物量是有差異的。對(duì)于堿蓬,不管是地上部分還是地下的根部,在不同鎘含量的土壤中生長(zhǎng)出的生物量差異都不顯著,說(shuō)明土壤中的鎘濃度對(duì)堿蓬的生長(zhǎng)影響很小,其對(duì)土壤中的鎘耐受性較強(qiáng)。對(duì)于二色補(bǔ)血草,隨著土壤中鎘含量的增加,地上部分和地下部分的生物量都顯著減小,說(shuō)明土壤中的鎘含量對(duì)其生長(zhǎng)影響很大,并且在較低鎘含量時(shí)就有顯著的影響,說(shuō)明其對(duì)土壤中的鎘耐受性較差。對(duì)于蘆葦,在土壤中鎘含量較低時(shí),對(duì)其影響不大,但當(dāng)鎘含量較高時(shí),對(duì)其地上和地下部分的生長(zhǎng)都有抑制作用,說(shuō)明其對(duì)土壤中的鎘具有一定的耐受性。實(shí)驗(yàn)的每種植物地上部分和根部對(duì)土壤中不同含量的鎘反映在生物量上的表現(xiàn)趨勢(shì)是基本一致的,但土壤中較高含量的鎘對(duì)3種植物的生物量影響程度不同。

表2 土壤中鎘含量對(duì)3種鹽生植物地上部分和根部生物量的影響

不同小寫字母表示在P<0.05的水平上差異顯著

2.2 不同類型鹽生植物對(duì)土壤中鎘吸收量的比較

從表3可以看出,在土壤中鎘含量較低時(shí),堿蓬地上部分的鎘含量顯著增加,但土壤中鎘含量較高時(shí),植株地上部分鎘含量增加不顯著,而隨著土壤中鎘含量的增加,堿蓬根部鎘含量是持續(xù)增加的。二色補(bǔ)血草地上部分和根部的鎘含量隨著土壤中鎘含量的增加都顯著增加。對(duì)于蘆葦,隨著土壤中鎘含量的增加,植株地上部分和根部的鎘含量也都顯著增加,但蘆葦?shù)厣虾偷叵虏糠值逆k含量比堿蓬和二色補(bǔ)血草都明顯低。3種植物的地上和地下部分相對(duì)于土壤中的鎘含量都有顯著增加,說(shuō)明這3種植物對(duì)土壤中的鎘都有富集作用,蘆葦對(duì)鎘的富集作用相對(duì)較小。在不同鎘含量的土壤中,不同類型鹽生植物體內(nèi)鎘含量差別很大。地上部分和根部鎘含量從大到小的順序是：堿蓬>二色補(bǔ)血草>蘆葦,這與3種植物對(duì)鹽分的生理適應(yīng)表現(xiàn)相似[9],可能與它們對(duì)鹽離子的代謝機(jī)理有關(guān)。

表3 不同類型鹽生植物地上部分和根部鎘含量的比較

植物體內(nèi)鎘的總量不僅和其體內(nèi)的鎘含量有關(guān),還與其生物量有關(guān)。通過(guò)表4可知,3種植物中,在不同鎘含量的土壤中生長(zhǎng)的堿蓬整個(gè)植株和地上部分含鎘的總量幾乎都大于二色補(bǔ)血草和蘆葦,在土壤鎘含量很高時(shí)表現(xiàn)地更加明顯。堿蓬和蘆葦植物體地上部分、根部和整個(gè)植株含鎘總量隨著土壤中鎘含量的增加而增大,但二色補(bǔ)血草的表現(xiàn)卻與堿蓬和蘆葦相反。從植物體地上部分鎘總量占整個(gè)植株中鎘總量的比例來(lái)看,堿蓬地上部分鎘的總量占植物體內(nèi)所有鎘的46%—49%,并且不同鎘含量的土壤差別不大；二色補(bǔ)血草地上部分鎘的總量占植物體內(nèi)所有鎘的50%左右；蘆葦?shù)厣喜糠宙k的總量占植物體內(nèi)所有鎘的55%—66%。從以上數(shù)據(jù)分析可知,堿蓬在3種鹽生植物中從鹽漬土壤中吸收鎘的能力是最強(qiáng)的,蘆葦?shù)厣喜糠肢@得鎘的能力相對(duì)較強(qiáng)。3種植物地上部分鎘的量占整個(gè)植物體含鎘量在40%—65%之間,表明3種鹽生植物從土壤中吸收的鎘大約有1/2被輸送到了地上部分,同時(shí)根部富集鎘的量也比較多。

表4 不同類型鹽生植物地上部分和根部吸收鎘的總量比較

2.3 土壤中不同類型鹽生植物對(duì)鎘吸收效率的比較

生物濃縮因子是用來(lái)顯示某種物質(zhì)在生物體內(nèi)累積趨勢(shì)的重要指標(biāo),也是衡量植物富集重金屬及其它物質(zhì)能力的重要指標(biāo)之一[15],其值越大,表明植物對(duì)重金屬的吸收累積能力越強(qiáng)[16]。轉(zhuǎn)移系數(shù)是指植物地上部某種元素含量與地下部分(根部)該種元素含量的比值,反映植物將重金屬?gòu)牡叵虏哭D(zhuǎn)移到地上部的能力,轉(zhuǎn)移系數(shù)越大,植物向地上部轉(zhuǎn)移重金屬的能力就越強(qiáng)[17-18]。從表5可以看出,在土壤中鎘含量較低時(shí),堿蓬和二色補(bǔ)血草地上和地下部分生物濃縮因子都較大,隨著土壤中鎘含量的增加,鎘的生物濃縮因子逐漸減小,并且都差異顯著,說(shuō)明堿蓬和二色補(bǔ)血草在鎘含量較低時(shí),對(duì)鎘富集能力最強(qiáng)。堿蓬和二色補(bǔ)血草對(duì)鎘的生物濃縮因子在根部的表現(xiàn)與地上部分相同,但根部的生物濃縮因子明顯大于地上部分,說(shuō)明地下部分富集鎘的能力比地上部分強(qiáng)。隨著土壤中鎘含量的增加,蘆葦?shù)厣喜糠稚餄饪s因子在土壤中鎘含量低時(shí),相對(duì)堿蓬和二色補(bǔ)血草都小,另外,蘆葦?shù)厣喜糠稚餄饪s因子的變化差異不顯著,說(shuō)明其地上部分對(duì)土壤中鎘含量的變化不敏感；蘆葦根部的生物濃縮因子只有在土壤中鎘含量很高時(shí)有所下降,說(shuō)明其對(duì)鎘的富集能力只有在土壤中鎘含量很高時(shí)才會(huì)下降。從表5中的轉(zhuǎn)移系數(shù)分析結(jié)果可以看出,堿蓬和蘆葦?shù)霓D(zhuǎn)移系數(shù)都在0.50—0.60之間,幾個(gè)處理大多大于二色補(bǔ)血草的轉(zhuǎn)移系數(shù)。在不同鎘含量的土壤中,堿蓬轉(zhuǎn)移系數(shù)變化不顯著,說(shuō)明鎘在堿蓬體內(nèi)的分配不受土壤中鎘含量的影響。二色補(bǔ)血草的轉(zhuǎn)移系數(shù)隨著土壤中鎘含量的增加而增大,在高濃度鎘含量的土壤中,其轉(zhuǎn)移系數(shù)增加較大；蘆葦在不同鎘含量土壤中的轉(zhuǎn)移系數(shù)也有增加的趨勢(shì),說(shuō)明土壤中的鎘含量能夠影響二色補(bǔ)血草和蘆葦體內(nèi)鎘的分配。

表5 不同類型鹽生植物對(duì)鎘的生物濃縮因子和轉(zhuǎn)移系數(shù)

3 討論

鎘是植物的非必需元素,在植物體內(nèi)累積到一定程度,就會(huì)影響植物的正常生長(zhǎng)和發(fā)育,最終表現(xiàn)為生物量下降,甚至死亡[18]。植物能富集或超富集重金屬來(lái)修復(fù)被重金屬污染的土壤是基于其對(duì)重金屬的抗性,超積累植物對(duì)重金屬有很強(qiáng)的耐性,表現(xiàn)在植物能夠在較高的重金屬濃度土壤上正常生長(zhǎng),不出現(xiàn)明顯的受毒害癥狀[19]。植物對(duì)鎘的耐受性因土壤鎘污染濃度和植物種類不同而有所差異,有研究表明,低濃度的鎘對(duì)某些植物的生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用,較高濃度的鎘會(huì)降低植物的光合生產(chǎn)力,干擾體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的遷移和再分配,影響植物生長(zhǎng)[7,18]。本實(shí)驗(yàn)中,土壤中鎘含量均顯著影響二色補(bǔ)血草地上部分和根部的生物量,而對(duì)堿蓬和蘆葦影響不大,說(shuō)明3種植物中泌鹽鹽生植物二色補(bǔ)血草的對(duì)鎘的耐受性低于其它兩種植物,土壤中不同鎘的含量對(duì)聚鹽鹽生植物堿蓬的生長(zhǎng)均無(wú)影響,可能是因?yàn)閴A蓬是典型的聚鹽鹽生植物和喜鈣植物,能大量吸收鹽分到植物體內(nèi)聚集,同時(shí)對(duì)含鈣量高的土壤也有較好的適應(yīng)性,而鎘和鈣在某些化學(xué)性質(zhì)上相似,在植物體內(nèi)的代謝過(guò)程也有相似的地方[20-22],聚鹽鹽生植物堿蓬對(duì)鎘的難受性可能與其對(duì)鈣的耐受性有關(guān),但還需對(duì)相關(guān)機(jī)理進(jìn)行更深入的研究,相關(guān)的研究不但可以促進(jìn)和發(fā)展植物生理學(xué)的有關(guān)理論,還有助于為優(yōu)化與改良鎘污染土壤植物修復(fù)方法提供理論指導(dǎo)。

超級(jí)累植物一般有3個(gè)主要特征：(1)體內(nèi)某一物質(zhì)濃度大于一定的臨界值；(2)植物吸收的某種物質(zhì)大部分轉(zhuǎn)移分布到了地上部分,即有較高的地上部/根濃度比率；(3)在某種物質(zhì)污染的土壤上這些植物能夠良好生長(zhǎng),不會(huì)發(fā)生這種物質(zhì)嚴(yán)重毒害植物體的情況[23]。在相同時(shí)間內(nèi)植物吸收鎘的總量也是利用植物進(jìn)行鎘污染土壤修復(fù)的一個(gè)重要指標(biāo),從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,相比其它兩種鹽生植物,在相同種植時(shí)間內(nèi),聚鹽鹽生植物堿蓬地上部分和整個(gè)植物體鎘的總量都是最大的,從地上部吸鎘百分率和轉(zhuǎn)移系數(shù)來(lái)看,堿蓬地上部和根部的生物濃縮因子也都較大,堿蓬的耐旱性很好,在濱海地區(qū)資源很豐富,人工栽培也較容易[24],因此,在3種鹽生植物中,聚鹽鹽生植物堿蓬最具修復(fù)鎘污染土壤的潛力,堿蓬作為鎘污染鹽漬土壤的修復(fù)具有很好的應(yīng)用價(jià)值和便利條件。避鹽鹽生植物蘆葦在鎘含量較低時(shí),植株富集鎘的能力也是較強(qiáng)的,并且鎘對(duì)其生物量的影響較小,同時(shí),蘆葦整個(gè)植株的地上部分富集鎘的總量占整個(gè)植物體的比例在3種植物中是最高的,超過(guò)了50%,說(shuō)明其植物體向地上部轉(zhuǎn)移重金屬鎘的能力較強(qiáng),因此,避鹽鹽生植物蘆葦在鎘含量較低時(shí)也可以做為鎘污染鹽漬土壤的修復(fù)材料。3種植物根部鎘的總量大約占了整個(gè)植物體的1/2,所以,利用鹽生植物來(lái)修復(fù)鎘污染的鹽漬土壤時(shí),如果在使用過(guò)程中,連同根部一起去除,那么受鎘污染鹽漬土壤中通過(guò)植物富集去除鎘的效率會(huì)更高。

本實(shí)驗(yàn)只利用了盆栽方法對(duì)3種類型的鹽生植物富集鎘的效應(yīng)進(jìn)行了研究,在將來(lái)的研究中還會(huì)對(duì)更多種不同類型的濱海鹽生植物和各種鹽含量的鹽漬土壤進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究,有望進(jìn)一步探明這3種類型鹽生植物富集鎘的效應(yīng),得出更普遍的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)對(duì)更多種鹽生植物的相關(guān)研究,以期找到生物量更大,對(duì)鎘富集效率更高的鹽生植物用于修復(fù)鎘污染的鹽漬土壤,并且進(jìn)一步會(huì)在自然條件下進(jìn)行有關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作。從本研究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,聚鹽鹽生植物,泌鹽鹽生植物和避鹽鹽生植物對(duì)土壤中的鎘表現(xiàn)出了不同的反應(yīng),其中藜科聚鹽鹽生植物堿蓬對(duì)鎘污染鹽漬土壤有很好的抗性,聚鹽鹽生植物在濱海鹽漬土壤地區(qū)還有很多種類,對(duì)這一類植物的不斷研究和實(shí)驗(yàn),有望選擇富集鎘效率更高,對(duì)鎘污染土壤修復(fù)效果更好的植物種類,并且聚鹽鹽生植物的植物體還能夠大量吸收土壤中的鹽分[25],在去除富集了鎘的植物體的同時(shí),也能去除土壤中的鹽分,減輕土壤的鹽漬化,具有一舉兩得的效果。

植物修復(fù)鎘污染鹽漬土壤的技術(shù)更接近自然生態(tài)恢復(fù),具有投資少、修復(fù)周期短并且無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)可以凈化與美化生態(tài)環(huán)境、增加土壤有機(jī)質(zhì)含量和肥力,適用于大面積修復(fù)利用[26-28],但很多研究表明,安全并廉價(jià)的植物尚無(wú)法在鹽漬土壤地區(qū)得到推廣,因?yàn)檫@些鎘超級(jí)累植物多不耐鹽堿,而且不耐干旱,只適合在非鹽漬的濕潤(rùn)土壤上生長(zhǎng),尤其在我國(guó)北方濱海地區(qū),氣候較干旱,許多鎘含量較高的土壤都存在鹽堿化的問(wèn)題,使治理的難度進(jìn)一步增大。因此,選擇鹽生植物應(yīng)用于土壤鎘污染修復(fù)是很有必要的。本研究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可對(duì)將來(lái)篩選這類植物提供參考和有關(guān)啟發(fā)。另外,在植物修復(fù)為主的土壤修復(fù)技術(shù)基礎(chǔ)上,輔以微生物、化學(xué)或農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)提高植物修復(fù)的綜合效率,也是未來(lái)植物修復(fù)的研究和發(fā)展方向之一,開發(fā)微生物-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)、化學(xué)-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)也是未來(lái)的發(fā)展方向。鹽生植物修復(fù)濱海地區(qū)鎘污染鹽漬土壤還需進(jìn)一步研究現(xiàn)有治理技術(shù)修復(fù)過(guò)程中的作用機(jī)理和影響因素等,以實(shí)現(xiàn)濱海鹽漬土壤鎘污染修復(fù)的穩(wěn)定性、徹底性和長(zhǎng)期性。

4 結(jié)論

3種典型鹽生植物富集鎘的對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究顯示,不同鎘含量的土壤對(duì)聚鹽鹽生植物堿蓬和避鹽鹽生植物蘆葦?shù)纳L(zhǎng)影響較小,但對(duì)泌鹽鹽生植物二色補(bǔ)血草的生長(zhǎng)影響較大。3種植物地上部分鎘的量占整個(gè)植物體含鎘總量在40%—66%之間,避鹽鹽生植物蘆葦在3種鹽生植物中地上部分吸收鎘的能力是最強(qiáng)的,而聚鹽鹽生植物堿蓬和泌鹽鹽生植物二色補(bǔ)血草根部富集鎘的能力比地上部分強(qiáng),并且堿蓬和二色補(bǔ)血草在鎘含量較低時(shí),整個(gè)植株對(duì)鎘富集能力最強(qiáng)。避鹽鹽生植物蘆葦?shù)厣喜糠謱?duì)鎘的生物濃縮因子在土壤中鎘含量低時(shí)較小,并且其地上部分鎘的生物濃縮因子變化差異不顯著,說(shuō)明其地上部分對(duì)土壤中鎘含量的變化不敏感,對(duì)鎘的富集能力只有在土壤中鎘含量很高時(shí)才有所下降。聚鹽鹽生植物堿蓬和避鹽鹽生植物蘆葦?shù)霓D(zhuǎn)移系數(shù)大于泌鹽鹽生植物二色補(bǔ)血草的轉(zhuǎn)移系數(shù),其中堿蓬的轉(zhuǎn)移系數(shù)在不同鎘含量的土壤中變化不顯著；泌鹽鹽生植物二色補(bǔ)血草轉(zhuǎn)移系數(shù)隨著土壤中鎘含量的增加而增大。

3種鹽生植物中,聚鹽鹽生植物堿蓬作為鎘污染鹽漬土壤的修復(fù)具有較好的利用價(jià)值。避鹽鹽生植物蘆葦在鎘含量較低時(shí)也可以做為鎘污染鹽漬土壤的修復(fù)材料。

[1] Toppi L S D, Gabbrielli R. Response to cadmium in higher plants. Environmental and Experimental Botany, 1999, 41(2): 105- 130.

[2] 莫斌吉, 雷良奇, 黃祥林, 趙蛟彬, 徐沛斌. 鎘在硫化礦尾礦中的地球化學(xué)行為及其污染防治. 有色金屬(礦山部分), 2014, 66(2): 34- 38.

[3] 弋良朋, 王祖?zhèn)? 土壤中三種鹽對(duì)油菜富集鎘的影響. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2010, 19(4): 798- 802.

[4] 王祖?zhèn)? 王中良. 天津污灌區(qū)重金屬污染及土壤修復(fù). 北京: 科學(xué)出版社, 2014.

[5] Wójcik M, Tukiendorf A. Glutathione in adaptation ofArabidopsisthalianato cadmium stress. Biologia Plantarum, 2011, 55(1): 125- 132.

[6] 魏樹和, 楊傳杰, 周啟星. 三葉鬼針草等7種常見菊科雜草植物對(duì)重金屬的超富集特征. 環(huán)境科學(xué), 2008, 29(10): 2912- 2918.

[7] 陳雷, 楊亞洲, 鄭青松, 張春銀, 王爽, 許彩云, 葛瀅. 鹽生植物堿蓬修復(fù)鎘污染鹽土的研究. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2014, 23(2): 171- 179.

[8] 利鋒. 鎘污染土壤的植物修復(fù). 廣東微量元素科學(xué), 2004, 11(8): 22- 26.

[9] 趙可夫, 范海. 鹽生植物及其對(duì)鹽漬生境的適應(yīng)生理. 北京: 科學(xué)出版社, 2005.

[10] 王祖?zhèn)? 弋良朋, 高文燕, 曾祥峰, 王中良. 堿性土壤鹽化過(guò)程中陰離子對(duì)土壤中鎘有效態(tài)和植物吸收鎘的影響. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 32(23): 7512- 7518.

[11] F?ssler E, Robinson B H, Gupta S K, Schulin R. Uptake and allocation of plant nutrients and Cd in maize, sunflower and tobacco growing on contaminated soil and the effect of soil conditioners under field conditions. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2010, 87(3): 339- 352.

[12] 史建君, 孫志明, 陳暉, 王壽祥, 陳傳群. 客土覆蓋對(duì)降低放射性鍶在作物中積累的效應(yīng). 環(huán)境科學(xué), 2002, 23(4): 126- 128.

[13] Jeong S, Moon H S, Nam K, Kim J Y, Kim T S. Application of phosphate-solubilizing bacteria for enhancing bioavailability and phytoextraction of cadmium (Cd) from polluted soil. Chemosphere, 2012, 88(2): 204- 210.

[14] Hasanuzzaman M, Hossain M A, Fujia M. Physiological and biochemical mechanisms of nitric oxide induced abiotic stress tolerance in plants. American Journal of Plant Physiology, 2010, 5(6): 295- 324.

[15] Zayed A, Gowthaman S, Terry N. Phytoaccumulation of trace elements by wetland plants: I. Duckweed. Journal of Environmental Quality, 1998, 27(3): 715- 721.

[16] Salt D E, Blaylock M, Kumar N P B A, Dushenkov V, Ensley B D, Chet I, Raskin I. Phytoremediation: a novel strategy for the removal of toxic metals from the environment using plants. Nature Biotechnolgy, 1995, 13(5): 468- 474.

[17] Mattina M I, Lannucci-Berger W, Musante C, White J C. Concurrent plant uptake of heavy metals and persistent organic pollutants from soil．Environmental Pollution, 2003, 124(3): 375- 378.

[18] 楊艷, 吳宗萍, 張敏, 李政, 李凌. 頭花蓼對(duì)重金屬Cd的吸收特性與累積規(guī)律初探. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2010, 29(11): 2094- 2099.

[19] 李云, 張世熔, 張少卿, 鄧良基, 李婷, 徐小遜. 野茼蒿對(duì)鎘的富集及其鎘耐性. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 31(7): 1296- 1302.

[20] 宋正國(guó), 徐明崗, 李菊梅, 居學(xué)海, 唐世榮. 鈣對(duì)土壤鎘有效性的影響及其機(jī)理. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 20(7): 1705- 1710.

[21] 劉昭兵, 紀(jì)雄輝, 田發(fā)祥, 彭華, 吳家梅, 石麗紅. 堿性廢棄物及添加鋅肥對(duì)污染土壤鎘生物有效性的影響及機(jī)制. 環(huán)境科學(xué), 2011, 32(4): 1164- 1170.

[22] Bolan N S, Adriano D C, Mani P A, Duraisamy A. Immobilization and phytoavailability of cadmium in variable charge soils. II. Effect of lime addition. Plant and Soil, 2003, 251(2): 187- 198.

[23] 楊海琳. 土壤重金屬污染修復(fù)的研究. 環(huán)境科學(xué)與管理, 2009, 34(6): 130- 135.

[24] 張愛(ài)琴, 龐秋穎, 閻秀峰. 堿蓬屬植物耐鹽機(jī)理研究進(jìn)展. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 33(12), 3575- 3583.

[25] 蔣高明. 植物生理生態(tài)學(xué). 北京: 高等教育出版社, 2004.

[26] 李精超, 胡小鳳, 李文一, 徐衛(wèi)紅. 設(shè)施蔬菜基地土壤重金屬污染分析及防治研究. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2010, 26(18): 393- 396.

[27] 王鐵宇, 周云橋, 李奇鋒, 呂永龍. 我國(guó)化學(xué)品的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)管理. 環(huán)境科學(xué), 2016, 37(2): 404- 412.

[28] Hart J J, Welch R M, Norvell W A, Kochian L V. Transport interactions between cadmium and zinc in roots of bread wheat and durum wheal seedlings. Physiologia Plantarum, 2002, 116(1): 73- 78.

Effects of different types of halophytes on the concentration of cadmium in coastal saline soil

YI Liangpeng*, WANG Zuwei

CollegeofUrbanandEnvironmentalScience,TianjinNormalUniversity,Tianjin300387,China

In order to utilize saline soil polluted with Cd in the coastal region, the experiment was conducted to analyze the differences in accumulation of Cd by three types of halophytes and to determine the effectiveness of the different halophytes in the remediation of saline soils polluted with Cd. The study was conducted using pot experiments in a greenhouse, and salt accumulating, salt secreting, and salt avoiding plants were used as the study subjects. The halophytes were planted with supplies of salt and Cd, and the bioconcentration factor, translocation factor, biomass, and Cd content of the above ground parts and the root were investigated after 60 days of culture. The results indicated that different Cd contents in the soil had little effect on the growth ofSuaedaglaucaandPhragmitesaustralis, but had a greater influence on the growth ofLimoniumbicolor. The variation of the Cd concentration factor in the aboveground parts ofPhragmitesaustraliswas not significant, and the percentage of Cd uptake in the aboveground part was higher. The translocation factor inS.glaucaandP.australiswas greater than that inL.bicolor; the translocation factor inS.glaucadid not change significantly with the change in Cd contents in the soil, but it increased greatly inL.bicolor. Among the three types of halophytes,S.glaucahad the highest potential to remediate coastal saline soil polluted with Cd, which may be related to the physiological type of this halophyte as salt accumulating plant. Among the three types of halophytes,P.australisaccumulated the highest total amount of Cd in the aboveground parts. Therefore,P.australiscan be used to remediate soils that have lower Cd levels.

coastal saline soil; halophytes; cadmium; concentration

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40940010,40973078)

2016- 04- 05; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2017- 03- 02

10.5846/stxb201604050618

*通訊作者Corresponding author.E-mail: yiliangpeng@126.com

弋良朋,王祖?zhèn)?濱海鹽漬土壤中不同類型鹽生植物富集鎘的效應(yīng).生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(14):4656- 4662.

Yi L P, Wang Z W.Effects of different types of halophytes on the concentration of cadmium in coastal saline soil.Acta Ecologica Sinica,2017,37(14):4656- 4662.