秋枫等3种乔木对铅镉复合污染的耐性及累积特性研究

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重金属铅(Pb)、镉(Cd)在重庆地区分布广,污染和毒性较强,且常复合存在。黄葛树(Ficus virens)、女贞(Ligustrum lucidum)、秋枫(Bischofia javanica)为重庆地区常见园林树种,生长迅速、生物量大、抗逆性强。吊兰(Chlorophytum comosum)、肾蕨(Nephrolepis auriculata)为重庆地区常见园林地被植物,有研究发现它们对Pb、Cd的耐性较强。丛枝菌根真菌(AMF)在自然界分布广泛,具有促进植物生长、增强抗逆性及影响重金属吸收迁移效率的作用。本研究以黄葛树、女贞、秋枫的1-2年生实生苗为试材,通过水培和盆栽试验,根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》,在Pb(500、1000、1500mg/kg)、Cd(1、5、50mg/kg)正交复合胁迫下,研究3个树种的生长情况、生理响应以及吸收积累特性。根据初步结果,选取综合表现良好的秋枫,在盆栽条件下辅之以地被植物(肾蕨、吊兰)和丛枝菌根真菌(摩西球囊霉,Gm;根内球囊霉,Gi),研究组合模式下秋枫Pb、Cd耐性和富集转移能力;并结合文献资料及实测数据,采用早期密植、后期间伐的造林方式估算3个树种10年和20年内每公顷林木能从土壤中带走的Pb、Cd总量,旨在探寻能直接应用于土壤重金属污染修复的可行办法。主要研究结果如下:1溶液Pb、Cd复合胁迫下3个树种的生长情况及生理响应1.1生长情况:所有浓度胁迫均抑制3个树种的生长,秋枫受影响最小。3个树种鲜重增量和总生物量均下降,黄葛树、女贞、秋枫Pb500+Cd5(最高浓度)处理组生物量分别较对照下降了40.8%、46.8%、30.2%,与对照差异显著。1.2生理响应:胁迫30天,低浓度下黄葛树叶绿素上升,高浓度时下降;女贞、秋枫均下降。3个树种各处理组MDA含量、可溶性糖质量分数、SOD活性均升高。2土壤Pb、Cd复合胁迫下3个树种的生长情况、生理响应及累积特性2.1生长情况:重度(Pb1500+Cd50)时,60-90d内黄葛树叶片失绿、萎焉,叶面出现褐色块斑和锈色斑点;女贞侧枝量少,叶片稀疏细小;秋枫受影响较小,叶片无明显毒害,生长稍有延缓。90d后,黄葛树和女贞株高、地径、根长生长均受抑制,总生物量下降;秋枫株高、地径净生长量仅C3组(Pb1500+Cd50)较对照显著下降了39.3%、20.1%,其余组与对照差异不显著或高于对照,总生物量亦表现为低促高抑。2.2生理响应:随土壤Pb、Cd浓度增加,黄葛树叶绿素含量先升后降,女贞、秋枫下降,秋枫变化幅度最小;3个树种MDA含量上升,女贞上升幅度最大;秋枫可溶性蛋白含量升高,黄葛树和女贞在不同时段内无一致规律;3个树种SOD活性升高,秋枫上升幅度最小。2.3综合评价:利用主成分分析和隶属函数法,综合评价3个树种耐Pb、Cd性排序为:秋枫>黄葛树>女贞。土壤胁迫综合得分值表明:黄葛树得分最高为B2组(Pb1000+Cd5),女贞为A2组(Pb500+Cd5),秋枫为C1组(Pb1500+Cd1),且秋枫组间得分值差异较小,表明秋枫整体耐性较强。2.4吸收积累特性:黄葛树、秋枫、女贞各部位Pb、Cd含量和单株积累量均表现为根部>地上部。3个树种中黄葛树Pb富集能力最强,Pb富集系数大于1的处理组有6个,C1组(Pb1500+Cd1)最大,为1.597;女贞和秋枫Pb富集系数均小于1。各树种Cd富集系数与土壤Cd浓度呈负相关,树种间差异不大;3个树种中最高为秋枫C1组(Pb1500+Cd1)。土壤Pb、Cd具有交互作用,本实验浓度范围内,Cd促进女贞和秋枫但抑制黄葛树吸收积累Pb,Pb促进3个树种对Cd的富集。相同Pb浓度下增加Cd,黄葛树Pb转移系数下降,女贞先升后降,秋枫变化不明显;Cd≤5mg/kg时,Pb抑制黄葛树、女贞,但促进秋枫向地上部转移Cd。3地被植物和丛枝菌根对Pb、Cd复合胁迫下秋枫生长生理及吸收累积特性的影响3.1生长情况:秋枫+吊兰和秋枫+肾蕨抑制秋枫生长,表现为叶片老化、节间缩短、根系受损、植株矮小,株高、地径增长受阻,生物量下降。秋枫+摩西和秋枫+根内在Pb、Cd处于中度(Pb1000+Cd10)时对秋枫生长具有很强的促进作用,但在Pb、Cd浓度达到重度(Pb1500+Cd50)时反而产生抑制,随时间的延长抑制有所减缓。3.2生理响应:胁迫40d,秋枫+吊兰和秋枫+肾蕨在中、重度时均表现为叶绿素含量下降,MDA、可溶性蛋白含量升高,SOD活性变化不明显。秋枫+摩西和秋枫+根内在中度时较对照叶绿素含量升高,MDA、可溶性蛋白含量、SOD活性降低;重度时,秋枫+摩西与中度时大体一致,秋枫+根内则呈相反趋势。3.3综合评价:中度和重度Pb、Cd胁迫下各组合模式综合耐性排序均为秋枫+摩西>秋枫+根内>秋枫+肾蕨>秋枫+吊兰,表明接种摩西球囊霉和根内球囊霉更有利于增强秋枫Pb、Cd耐性,综合看来接种摩西球囊霉效果最佳。3.4吸收累积特性:4种组合模式均提高了秋枫根部和地上部Pb、Cd含量,促进Cd向地上部转移,抑制Pb转移。中度时,秋枫+摩西单株Pb积累量最高,为对照的3.41倍;秋枫+根内单株Cd积累量最高,为对照的2.22倍。重度时,单株Pb、Cd积累量均为秋枫+摩西最高,分别比对照增加了10.5%、76.1%,差异显著。4黄葛树、女贞、秋枫吸收Pb、Cd能力预估预估3个树种对Pb1000mg/kg、Cd5mg/kg复合污染土壤进行人工林修复的Pb、Cd吸收量显示:以10年为一个轮伐周期较20年清除效率更高,10年内每公顷Pb清除量为黄葛树(25.247kg)>秋枫(18.293kg)>女贞(5.116kg),Cd清除量为秋枫(0.767kg)>女贞(0.218kg)>黄葛树(0.119kg)。秋枫同时具有较强的Pb、Cd吸收能力,采用早期密植秋枫、后期间伐的方式修复中度Pb、Cd复合污染土壤具有较高的可行性;针对Pb污染占主导地位的地区,更适宜用黄葛树造林。
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