cd、zn、pb、cu复合污染对斑茅生长及吸收富集的影响

河南农业科学,2020,49(5):97-103Journal of Henan Agricultural Sciences
doi :10.15933/ki.1004-3268.2020.05.012
收稿日期:2019-11-26
基金项目:国家自然科学基金项目(21567007);广西农业科学院科技发展基金项目(桂农科2017JM58,桂农科2017ZX03);广
西农业科学院基本科研业务专项团队项目(2015YT92)
作者简介:王天顺(1980-),男,河南项城人,高级工程师,硕士,主要从事农产品质量安全及产地环境研究㊂
E -mail:wangts@
通信作者:莫磊兴(1962-),男,广西蒙山人,副研究员,硕士,主要从事农产品质量安全研究㊂E -mail:xcdike@
Cd ㊁Zn ㊁Pb ㊁Cu 复合污染对斑茅生长及
吸收富集的影响
王天顺1,陈㊀伟1,蒋文艳1,杨玉霞1,段维兴2,王海军1,李晓妤1,廖㊀洁1,莫磊兴1
(1.广西农业科学院农产品质量安全与检测技术研究所,广西南宁530007;
2.广西甘蔗种质资源圃,广西南宁530007)
摘要:采用桶栽试验的方法,以斑茅(Saccharum arundinaceum Retz.)为材料,研究不同重金属复合
污染条件下斑茅的生长响应及重金属吸收㊁富集和迁移特征变化,为斑茅在重金属复合污染土壤中的修复应用提供理论依据㊂结果表明,随着复合污染土壤中重金属含量的增加,斑茅地上部鲜质量逐渐下降,最多较对照(不添加重金属)下降26.71%;斑茅根㊁茎㊁叶组织中的Cd ㊁Zn ㊁Pb ㊁Cu 含量也逐渐增加,其根部Cd ㊁Zn ㊁Pb ㊁Cu 的最大含量分别为104.4㊁2486.0㊁379.7㊁1457.3mg /kg ,其茎
部Cd ㊁Zn ㊁Pb ㊁Cu 的最大含量分别为32.3㊁1461.7㊁77.6㊁25.3mg /kg ,其叶部Cd ㊁Zn ㊁Pb ㊁Cu 的最大
含量分别为13.6㊁488.5㊁21.7㊁43.5mg /kg ;除对照外,同一处理水平Cd ㊁Zn ㊁Pb ㊁Cu 在斑茅中的富
集系数表现为茎部Zn>Cd>Pb>Cu ,叶部Cd>Zn >Cu>Pb ;随着复合污染土壤中重金属含量的增加,斑茅茎部Cd ㊁Zn ㊁Pb ㊁Cu 的转移系数逐渐减小,而叶部Cd ㊁Zn 的转移系数逐渐增大,叶部Pb 和Cu 的转移系数先增大后减小㊂综合考虑,斑茅对Cd ㊁Zn 具有较好的吸收累积及转运能力,可作为Cd ㊁Zn 污染土壤的修复植物㊂
关键词:斑茅;重金属;复合污染;吸收;富集;镉;锌;铅;铜
中图分类号:S634.3㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:1004-3268(2020)05-0097-07
Effects of Combined Pollution of Cd,Zn,Pb and Cu on Growth and Absorption Enrichment Responses of Saccharum arundinaceum Retz.
WANG Tianshun 1,CHEN Wei 1,JIANG Wenyan 1,YANG Yuxia 1,DUAN Weixing 2,
WANG Haijun 1,LI Xiaoyu 1,LIAO Jie 1,MO Leixing 1
(1.Research Institute of Agro-products Quality Safety and Testing Technology,Guangxi Academy of Agriculture
Sciences,Nanning 530007,China;2.Guangxi Nursery of Sugarcane Germplasm Resources,Nanning 530007,China)
Abstract :To provide theoretical basis for the remediation application of Saccharum arundinaceum Retz.
in heavy metal combined polluted soil,a pot experiment with cultivated Saccharum arundinaceum Retz.
was conducted,and the growth responses,heavy metal accumulation and transfer characteristics of Saccharum arundinaceum Retz.under combined pollution of Cd,Zn,Pb,Cu were observed.With the increasing of soil combined pollution of Cd,Zn,Pb,Cu,the fresh weight in the upper part of Saccharum
arundinaceum Retz.gradually decreased,and the maximum decrease rate was 26.71%.The content of Cd,Zn,Pb,Cu in roots,stems and leaves of Saccharum arundinaceum Retz.was obviously increased,the maximum contents of Cd,Zn,Pb,Cu in root were 104.4,2486.0,379.7,1457.3mg /kg,respectively,the
maximum contents of Cd,Zn,Pb and Cu in stem were 32.3,1461.7,77.6,25.3mg /kg,respectively,
河南农业科学第49卷and the maximum contents of Cd,Zn,Pb,Cu in leaf were13.6,488.5,21.7,43.5mg/kg,respectively. Except the control,the concentration factors of Cd,Zn,Pb,Cu in stems at the same treatment level were shown as Zn>Cd>Pb>Cu,and Cd>Zn>Cu>Pb in leaves.With the increasing of soil combined pollution of Cd,Zn,Pb,Cu,the translocation factor of Cd,Zn,Pb,Cu in stems gradually decreased,while the translocation factor of Cd and Zn in leaves gradually increased,and the translocation factor of Pb and Cu in leaves increased firstly and then decreased.Overall,Saccharum arundinaceum Retz.has a good ability to absorb and accumulate Cd and Zn,and can be used as a repair plant for Cd and Zn contaminated soil. Key words:Saccharum arundinaceum Retz.;Heavy metal;Combined pollution;Absorption;Enrich-ment;Cd;Zn;Pb;Cu
㊀㊀工农业及经济全球化的快速发展以及长期㊁大量㊁不合理施用农用化肥㊁工业废水,致使农田土壤重金属污染问题日益严重,给农业生产和人类健康带来了潜在的威胁[1],因此有必要对重金属污染土壤进行修复,而植物提取修复土壤重金属污染是当今研究最多且最有发展前景的一种绿色技术㊂斑茅作为一种野生植物,具有抗寒㊁抗旱㊁抗盐㊁抗病虫等特性,逆境生存能力强㊂黄红英等[2]通过野外调查发现,斑茅对Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu具有一定的富集转运能力㊂由于斑茅生长繁殖快㊁生物量大㊁根系发达,在同样的生长周期和空间内能够带走的重金属总量也大,斑茅作为修复植物的开发应用具有一定经济价值和现实意义㊂植物修复技术是生物修复技术中的一种,主要包括植物提取㊁植物挥发㊁植物稳定等方式,国内外学者在环境修复治理中对其应用均有研究[3-4],有些已初步进入实际应用阶段[5]㊂杨肖娥等[6]发现Zn超积累植物东南景天,陈同斌等[7]发现As超积累植物蜈蚣草,苏德纯等[8]发现Cd超积累植物油菜,刘威等[9]发现Cd超积累植物宝山堇菜,张学洪等[10]发现Cr超积累植物李氏禾,薛生国等[11]发现Mn超积累植物商陆,LIU等[12]发现Mn 超积累植物青葙㊂斑茅作为广泛的野生植物资源,在华南地区分布广泛,其对重金属的吸收富集研究大多集中在野外调查分析,在复合污染条件下其对重金属吸收富集转运研究还鲜见报道㊂因此,以此为切入点,在不同重金属复合污染条件下,研究斑茅的生长状况和对重金属的吸收富集转运特征,旨在阐明其对复合重金属污染的耐受能力㊁吸收富集能力及转运能力,以期为斑茅在重金属污染土壤中的提取修复应用提供技术支撑㊂
1㊀材料和方法
1.1㊀试验材料
供试材料为禾本科蔗茅属植物斑茅(Saccharum arundinaceum Retz.),具有分蘖力强㊁高大丛生㊁抗旱性强等特性㊂斑茅采自广西甘蔗种质资源圃㊂1.2㊀试验设计
试验在广西农业科学院科研试验核心区网室大棚中进行,采用桶栽模拟方式,土壤取自广西农科院试验田耕层,土壤的基本理化性质:pH值(水与土比为5ʒ1)为5.90,有机质含量为11.0g/kg,土壤全Cd㊁全Zn㊁全Pb㊁全Cu含量分别为3.5㊁54.8㊁39.8㊁
23.7mg/kg㊂每桶装试验用土18kg㊂施加不同梯度含量的重金属Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu于土壤中,采用直接移栽方式将斑茅种植于Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu复合污染的土壤中㊂污染土壤共设5个处理水平(T0㊁T1㊁T2㊁T3㊁T4),其中,T0处理为对照,如表1所示㊂施加的重金属形态为分析纯的CdCl2㊃2.5H2O㊁ZnSO4㊃7H2O㊁Pb(NO3)2和CuSO4㊃5H2O,以固态形式加入土壤,充分拌匀后浇水浸泡,使添加的重金属与土壤进行充分平衡老化,1个月后移栽斑茅,每个处理设置3次重复,每桶1株,根据土壤水分实际情况不定期浇水确保土壤水分,种植5个月后进行收割处理,并测定斑茅中重金属Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu的含量㊂表1㊀重金属复合污染试验不同处理Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu
添加量
Tab.1㊀Addition content of Cd,Zn,Pb and Cu in heavy metals combined pollution treatments mg/kg
处理
Treatment镉Cd锌Zn铅Pb铜Cu
T00000
T152********
T210400200200
T315400300300
T420800400400 1.3㊀测定项目与方法
1.3.1㊀斑茅全株鲜质量的测定㊀收割后除去土壤,整株取出斑茅,先用自来水把根部冲洗干净,并将根部放在20mmol/L的Na2-EDTA溶液中浸泡3h以除去表面吸附的重金属,再用去离子水反复冲洗干净,晾干水分后测量斑茅全株鲜质量㊂
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㊀第5期王天顺等:Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu复合污染对斑茅生长及吸收富集的影响
1.3.2㊀斑茅根㊁茎㊁叶中Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu含量的测定㊀将斑茅分为根㊁茎㊁叶三部分,105ħ杀青30min 后,70ħ烘箱中烘干至恒质量,研磨样品过0.5mm 筛后分别准确称取磨碎的根㊁茎㊁叶各0.2000g至微波消解罐中,加入3mL H2O2和6mL浓HNO3,盖紧进行微波消解,消解液转移至100mL容量瓶,定容后再稀释10~100倍,采用火焰-石墨炉原子吸收光谱仪(PE900T)测定溶液中Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu含量㊂
1.4㊀富集系数和转移系数计算
富集系数(Concentration factor,BCF)=植株组织重金属含量/土壤重金属含量㊂
转移系数(Translocation factor,TF)=植株地上部组织重金属含量/植株根部重金属含量㊂
1.5㊀数据处理及分析
采用SPSS18.1软件对数据进行差异性分析,采用Excel2018软件进行统计处理㊂
2㊀结果与分析
2.1㊀不同重金属复合污染处理对斑茅鲜质量的影响
不同处理斑茅地上部鲜质量如图1所示㊂斑茅地上部生物量随着重金属Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu复合污染物含量的增加呈逐渐减小趋势㊂与T0处理相比,只有T1处理斑茅地上部鲜质量略有下降;T2㊁T3㊁T4处理受复合重金属含量影响,斑茅地上部鲜质量下降明显,分别降低20.60%㊁25.11%㊁26.71%㊂结果表明,高含量的复合重金属处理使斑茅的生长受到一定程度的抑制,但各处理下斑茅叶片㊁根系均未发现毒害现象,据此可推测在复合重金属含量大于T4处理的一定幅度范围内,斑茅依然可以存活㊂
不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)
Different lowercase letters mean significant difference among different treatments(P<0.05)
图1㊀Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu复合污染试验不同处理下斑茅地上部鲜质量
Fig.1㊀The fresh weights of Saccharum arundinaceum Retz.under different treatments of heavy metals
Cd,Zn,Pb,Cu combined pollution
2.2㊀不同重金属复合污染处理下斑茅根㊁茎㊁叶中的Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu含量
不同重金属复合污染处理下斑茅根㊁茎㊁叶中的Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu含量见表2㊂
在不同Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu复合污染处理下,随着重金属含量的增加,斑茅根㊁茎㊁叶组织中Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu含量逐渐增大㊂T4处理根茎叶的Cd㊁Zn㊁Pb和Cu含量均达到最大,根部Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu的最大含量分别为104.4㊁2486.0㊁379.7㊁1457.3mg/kg,分别是对照T0的11.2㊁20.3㊁3.6㊁24.1倍;茎部Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu的最大含量分别为32.3㊁1461.7㊁77.6㊁25.3mg/kg,分别是对照T0的17.0㊁108.3㊁1.2㊁2.4倍;叶部Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu的最大含量分别为13.6㊁488.5㊁21.7g㊁43.5mg/kg,分别是对照T0的68.0㊁45.2㊁14.5㊁10.6倍㊂从各处理斑茅根茎叶中Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu含量来看,对于Cd和Pb,均是根中含量最大,茎中含量次之,叶中含量最小;但对于Zn,T1 T3处理呈现茎>根>叶的分布规律,T4处理相较于T1 T3处理,Zn含量大小分布为根>茎>叶;但对于Cu,T0 T2处理呈现根>茎>叶的分布规律, T3 T4处理相较于T0 T2处理,Cu含量分布为根>叶>茎㊂由此可见,在Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu复合污染土壤中种植斑茅,Cd㊁Pb㊁Cu主要富集在斑茅的根部,Zn主要富集在斑茅的根部及茎部㊂
2.3㊀不同重金属复合污染处理下斑茅茎叶中Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu的富集及转运特点
在不同重金属复合污染处理下,斑茅对Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu的富集和转运系数见表3㊂
在不同Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu复合污染处理下,斑茅根中Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu的富集系数分别为2.64~4.44㊁1.42~2.91㊁0.66~2.62㊁1.34~3.44㊂除T0处理外,斑茅根中Cd㊁Zn㊁Cu的富集系数随着复合污染土壤中Cd㊁Zn㊁Cu含量的增大而增大,但斑茅根中Pb的富集系数随着复合污染土壤中Pb含量的增大
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001
河南农业科学第49卷呈现先减小后增大的趋势㊂
表2㊀Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu复合污染试验不同处理下斑茅根㊁茎㊁叶中Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu的含量Tab.2㊀Contents of Cd,Zn,Pb,Cu in root,stem and leaf of Saccharum arundinaceum Retz.under different
treatments of heavy metals combined pollution mg/kg
金属
Treatment根Root茎Stem叶Leaf Metal处理
Cd T09.3ʃ1.4e 1.9ʃ0.6e0.2ʃ0.1e
T122.4ʃ7.2d12.9ʃ1.6d 1.6ʃ0.4d
T242.2ʃ12.9c21.9ʃ0.3c 3.7ʃ1.0c
T364.9ʃ23.1b22.8ʃ1.2b7.5ʃ3.1b
T4104.4ʃ6.3a32.3ʃ6.8a13.6ʃ0.7a
Zn T0122.2ʃ26.1e13.5ʃ4.0e10.8ʃ2.4e
T1362.5ʃ60.9d518.1ʃ51.0d34.3ʃ2.3d
T2816.0ʃ290.6c1029.3ʃ235.1c96.9ʃ7.1c
T3896.8ʃ123.3b1108.7ʃ146.9b117.4ʃ15.9b
T42486.0ʃ441.5a1461.7ʃ135.4a488.5ʃ26.7a
Pb T0104.4ʃ4.4e63.5ʃ2.0d 1.5ʃ0.1e
T1127.1ʃ5.2d71.3ʃ3.8c 3.2ʃ0.7d
T2190.3ʃ19.2c75.5ʃ3.2b16.0ʃ3.6c
T3224.4ʃ56.3b77.1ʃ2.9ab20.8ʃ2.7b
T4379.7ʃ25.8a77.6ʃ0.7a21.7ʃ1.4a
Cu T060.4ʃ16.0e10.6ʃ0.6d 4.1ʃ0.6e
T1165.6ʃ18.7d15.8ʃ5.5c7.2ʃ1.7d
T2301.9ʃ37.1c23.7ʃ3.7b22.2ʃ0.6c
T3502.9ʃ81.5b24.7ʃ4.6ab38.5ʃ4.0b
T41457.3ʃ52.1a25.3ʃ2.3a43.5ʃ2.7a
㊀注:同列后不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05),下同㊂
㊀Note:Different lowercases in the same column mean significant differences between different treatments(P<0.05),the same below.
表3㊀Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu复合污染试验不同处理下斑茅茎㊁叶中Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu的富集和转运系数
Tab.3㊀Concentration factors and translocation factors of Cd,Zn,Pb,Cu in stem and leaf of Saccharum arundinaceum Retz.under different treatments of heavy metals combined pollution
金属
Leaf TF
Leaf BCF茎转移系数
Stem TF叶转移系数
Stem BCF叶富集系数
Metal处理
Treatment根富集系数
Root BCF茎富集系数
Cd T0 2.66d0.54e0.06e0.20e0.02d T1 2.64d 1.52b0.19d0.58a0.07c
T2 3.13c 1.62a0.27c0.52b0.09b
T3 3.51b 1.23d0.41b0.35c0.12a
T4 4.44a 1.37c0.58a0.31d0.13a Zn T0 2.23b0.25e0.20c0.11d0.09c T1 1.42e 2.03c0.13d 1.43a0.09c
T2 1.79d 2.26b0.21c 1.26b0.12b
T3 1.97c 2.44a0.26b 1.24b0.13b
T4 2.91a 1.71d0.57a0.59c0.20a Pb T0 2.62a 1.60a0.04c0.61a0.01e T10.91b0.51b0.02d0.56b0.03d
T20.79d0.31c0.07a0.40c0.08b
T30.66e0.23d0.06ab0.34d0.09a
T40.86c0.18e0.05bc0.20e0.06c Cu T0 2.55b0.45a0.17a0.18a0.07a T1 1.34d0.13b0.06d0.10b0.04b
T2 1.35d0.11c0.10c0.08c0.07a
T3 1.55c0.08d0.12b0.05d0.08a
T4 3.44a0.06e0.10c0.02e0.03b
㊀第5期王天顺等:Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu复合污染对斑茅生长及吸收富集的影响
㊀㊀在不同Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu复合污染处理下,斑茅茎中Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu的富集系数分别为0.54~1.62㊁0.25~2.44㊁0.18~1.60㊁0.06~0.45;转移系数分别为0.20~0.58㊁0.11~1.43㊁0.20~0.61㊁0.02~ 0.18㊂其中,T2处理斑茅茎中Cd的富集系数最大,达到1.62,T1处理斑茅茎中Cd的转移系数最大,达到0.58;T3处理斑茅茎中Zn的富集系数最大,达到2.44,T1处理斑茅茎中Zn的转移系数最大,达到1.43;T4处理斑茅茎中Pb的富集系数㊁转移系数均最小,分别为0.18㊁0.20,由此可见,Pb含量越高越不利于斑茅茎部对Pb的富集和转移;在T0 T4处理中,斑茅茎中Cu的富集系数㊁转移系数均随土壤中Cu含量的增加呈逐渐减小趋势,最小富集系数和转移系数分别为0.06㊁0.02㊂
在不同Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu复合污染处理下,斑茅叶中Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu的富集系数分别为0.06~0.58㊁0.13~0.57㊁0.02~0.07㊁0.06~0.17;转移系数分别为0.02~0.13㊁0.09~0.20㊁0.01~0.09㊁0.03~0.08㊂在T1 T4处理中,斑茅叶中Cd㊁Zn的富集系数㊁转移系数均随着Cd㊁Zn含量的增加而升高;而斑茅叶中Pb 的富集系数㊁转移系数均随着Pb含量的增加呈现先增大后减小的趋势;T0处理斑茅叶中Cu的富集系数最大,达到0.17,此时Cu的转移系数为0.07㊂
3㊀结论与讨论
随着复合污染土壤中Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu含量的增加,本研究重金属含量范围内斑茅根茎叶各部均没有毒害特征出现,表现出一定的耐性,证明斑茅在一定含量重金属复合污染环境中可以正常生长㊂胡鹏杰等[13]发现,在Cd质量浓度ɤ20mg/L时,长柔毛委陵菜能够正常生长㊂熊愈辉等[14]的研究也表明,在临界浓度分别为500μmol/L和1000μmol/L以下时,Cd和Pb对东南景天的生长基本无抑制作用㊂本研究表明,低Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu含量处理对斑茅生物量基本没有影响,但伴随重金属含量升高斑茅生物量逐渐减小,这与许多试验植物对重金属的生理响应结果类似㊂如杨俊等[15]研究发现,随着Cu㊁Pb 和As复合污染物含量增加,蓖麻㊁蜈蚣草㊁印度芥菜和向日葵的生物量均显著下降㊂孙健等[16]在Cd㊁Pb㊁Cu㊁Zn和As5种重金属复合胁迫下种植灯心草,其地上部生长受到一定程度的抑制,其研究发现,在土壤环境质量二级标准上限值条件下种植灯心草,地上部生物量减9.15%㊂廖琴等[17]研究表明,伴随土壤中Cd㊁Pb㊁Zn㊁Ni复合污染水平的提高,芹菜地上部生物量明显下降㊂以上研究表明,当土壤重金属复合含量超过一定限度时,植物各组织的生理生长代谢和营养吸收均会受到不同程度的影响,其生长发育也会表现不同程度的抑制㊂
随着复合污染土壤中Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu含量的增加,斑茅根㊁茎㊁叶组织中的Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu含量也逐渐增加,研究发现,Cd㊁Pb㊁Cu在斑茅组织中的含量顺序为根>茎>叶,这与大多数植物在重金属环境中的组织积累结果一致㊂许中坚等[18]研究表明,与对照相比,在Pb㊁Zn㊁Cd复合污染条件下,芥菜和油菜体内重金属含量显著提高,且其地下部重金属含量高于地上部含量㊂茹淑华等[19]发现,随着土壤Cu㊁
Zn㊁Pb㊁Cd含量的增加,番茄根中Cu㊁Zn㊁Pb㊁Cd的含量明显增大,茎叶中Zn㊁Cd含量也呈明显的上升趋势,番茄对同一重金属元素的富集能力顺序为根>茎叶>果实㊂林诗悦等[20]研究表明,在Cd㊁Zn㊁Pb复合污染土壤中,龙葵和印度芥菜对重金属Cd㊁Zn具有较强的富集与忍耐能力,且其吸收富集量随土壤中重金属含量的增加而增加,龙葵和印度芥菜地下部对重金属Pb的吸收富集能力大于地上部㊂以上研究表明,植物各组织中重金属含量与复合污染土壤中各种金属的含量密切相关,总的来讲,植株各组织部位重金属含量随着土壤重金属含量的增大而增大㊂
本研究表明,土壤中Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu4种重金属元素在斑茅不同部位的富集系数存在较大差别㊂总体上看,斑茅对Cd㊁Zn的富集能力较强,其次是Pb㊁Cu㊂除T0处理外,同一处理水平时4种重金属在斑茅中的富集系数受重金属含量的影响表现为茎部Zn>Cd>Pb>Cu,叶部Cd>Zn>Cu>Pb㊂这或许与重金属元素在植物体内的生物化学过程及植物对其吸收和运输的机制密切相关[21]㊂本研究表明,斑茅不同部位对重金属的富集系数也存在一定差别,除T3㊁T4处理重金属Cu富集系数为叶>茎外,其他处理表现为茎>叶㊂许中坚等[22]研究证实,复合污染土壤中Cu㊁Zn㊁Cd㊁Pb4种重金属元素在莴苣不同部位的富集系数也存在一定差别,表现为根>叶>茎㊂廖琴等[17]发现,Cd㊁Pb㊁Zn㊁Ni4种重金属在芹菜根部的富集系数大于地上部的富集系数,证实芹菜根部对Cd㊁Pb㊁Zn㊁Ni吸收累积能力大于地上部㊂转移系数是植株地上部组织重金属含量/植株根部重金属含量[23],可以表征植物根部向地上组织运输重金属的能力㊂本研究表明,在复合污染条件下斑茅茎部对Cd㊁Pb㊁Cu3种重金属的转移系数均小于1,且同一重金属元素在不同处理之间的转移系数不同㊂除T0处理外随着不同处理重金属含量
101
河南农业科学第49卷
的增加,斑茅茎部Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu的转移系数逐渐减小,而叶部Cd㊁Zn的转移系数逐渐增大,叶部Pb㊁Cu的转移系数先增大后减小㊂廖琴等[17]研究发现,在复合污染条件下,芹菜对Cd㊁Pb㊁Zn㊁Ni的转移能力和规律与本研究有类似之处㊂林诗悦等[20]研究发现,随着土壤中复合重金属含量的增加,芥菜和油菜对Pb㊁Zn的转运能力总体上呈减小趋势,证明芥菜和油菜对Pb㊁Zn的吸收更多集中在根部㊂综上,低含量的重金属复合污染土壤,对斑茅地上部鲜质量影响不大,但高含量则对斑茅地上部鲜质量有抑制作用㊂斑茅地上部茎㊁叶对Cd㊁Zn表现出较强的耐性和富集能力,茎㊁叶中Cd含量最大分别为32.3㊁13.6mg/kg,Zn的含量最大分别为1461.7㊁488.5mg/kg,并具有一定的转移能力,斑茅可作为Cd㊁Zn污染土壤的修复植物㊂
参考文献:
[1]㊀WILLIAM R A S,FERNANDO B V A S,PAULA R M A,
et al.Assessing human health risks and strategies for phy-
toremediation in soils contaminated with As,Cd,Pb,and
Zn by slag disposal[J].Ecotoxicology and Environmental
Safety,2017,144:522-530.
[2]㊀黄红英,徐剑,白音,等.大宝山污染弃耕农田不同植
物对重金属的吸收与富集特征[J].广东农业科学,
2011(20):142-144.
HUANG H Y,XU J,BAI Y,et al.Adsorption and enrichment
character of heavy mental ions in different plants of polluted
and abandoned farmland in Dabaoshan mine area[J].
Guangdong Agricultural Sciences,2011(20):142-144. [3]㊀FERNÁNDEZ S,POSCHENRIEDER C,MARCEN C,et
al.Phytoremediation capability of native plant species liv-
ing on Pb-Zn and Hg-As mining wastes in the Cantabrian
range,north of Spain[J].Journal of Geochemical Explora-
tion,2017,174:10-20.
[4]㊀AIHEMAITI A,JIANG J G,LI D A,et al.Toxic metal tol-
erance in native plant species grown in a vanadium mining
area[J].Environmental Science and Pollution Research,
2017,24(34):26839-26850.
[5]㊀ZHANG J,YANG S Y,YANG H F,et parative
study on effects of four energy plants growth on chemical
fractions of heavy metals and activity of soil enzymes in
copper mine tailings[J].International Journal of Phytore-
mediation,2018,20(6):616-623.
[6]㊀杨肖娥,龙新宪,倪吾钟,等.东南景天(Sedum alfredii
H):一种新的锌超积累植物[J].科学通报,2002,47
(13):1003-1006.
YANG X E,LONG X X,NI W Z,et al.Sedum alfredii H:
A new zinc hyperaccumulator[J].Chinese Science Bulle-
tin,2002,47(13):1003-1006.
[7]㊀陈同斌,韦朝阳,黄泽春,等.砷超富集植物蜈蚣草及
其对砷的富集特征[J].科学通报,2002,47(3):
207-210.
CHEN T B,WEI C Y,HUANG Z C,et al.Arsenic hyperac-
cumulator Pteris vittata L.and its characteristics of arsenic
accumulation[J].Chinese Science Bulletin,2002,47(3):
207-210.
[8]㊀苏德纯,黄焕忠.油菜作为超积累植物修复镉污染土
壤的潜力[J].中国环境科学,2002,22(1):48-51.
SU D C,HUANG H Z.The phytoremediation potential of
oilseed rape(B.juncea)as a hyperaccumulator for cadmi-
um contaminated soil[J].China Environmental Science,
2002,22(1):48-51.
[9]㊀刘威,束文圣,蓝崇钰.宝山堇菜(Viola baoshanensis):
一种新的镉超富集植物[J].科学通报,2003,48(19):
2046-2049.
LIU W,SHU W S,LAN C Y.Viola baoshanensis:A new
cadmium hyperaccumulator[J].Chinese Science Bulletin,
2003,48(19):2046-2049.
[10]㊀张学洪,罗亚平,黄海涛,等.一种新发现的湿生铬超
积累植物:李氏禾(Leersia hexandra Swartz)[J].生态
学报,2003,23(5):935-937.
ZHANG X H,LUO Y P,HUANG H T,et al.Leersia hex-
andra Swartz:A newly discovered hygrophyte with chro-
mium hyperaccumulator properties[J].Acta Ecologica
Sinica,2003,23(5):935-937.
[11]㊀薛生国,陈英旭,林琦,等.中国首次发现的锰超积累
植物商陆[J].生态学报,2003,23(5):935-937.
XUE S G,CHEN Y X,LIN Q,et al.Phytolacca acinosa
Roxb.(Phytolaccaceae):A new manganese hyperaccu-
mulator plant from Southern China[J].Acta Ecologica
Sinica,2003,23(5):935-937.
[12]㊀LIU J,SHANG W W,ZhANG X H,et al.Mn accumula-
tion and tolerance in Celosia argentea Linn:A new Mn-
hyperaccumulating plant species[J].Journal of Hazard-
ous Materials,2014,267:136-141.
[13]㊀胡鹏杰,周小勇,仇荣亮,等.Zn超富集植物长柔毛委
陵菜对Cd的耐性与富集特征[J].农业环境科学学
报,2007,26(6):2221-2224.
HU P J,ZHOU X Y,CHOU R L,et al.Cadmium toler-
ance and accumulation features of Zn-hyperaccmulator
Potentilla griffithii var.velutina[J].Journal of Agro-En-
vironment Science,2007,26(6):2221-2224. [14]㊀熊愈辉,杨肖娥,叶正钱,等.东南景天对镉㊁铅的生
201
㊀第5期王天顺等:Cd㊁Zn㊁Pb㊁Cu复合污染对斑茅生长及吸收富集的影响
长反应与积累特性比较[J].西北农林科技大学学
报,2004,32(6):101-106.
XIONG Y H,YANG X E,YE Z Q,et paring the
characteristics of growth response and accumulation of
cadmium and lead by Sedum alfredii Hance[J].Journal
of Northwest A&F University,2004,32(6):101-106.
[15]㊀杨俊,孙燕,张燕,等.Cu㊁Pb和As胁迫下4种植物
的耐性及富集特征研究[J].环境与发展,2018(8):
115-117.
YANG J,SUN Y,ZHANG Y,et al.The tolerance and
enrichment of four plants under Cu,Pb and As stresses
[J].Huan Jing Yu Fa Zhan,2018(8):115-117. [16]㊀孙健,铁柏清,钱湛,等.复合重金属胁迫对灯心草生
长及其积累特性的影响[J].安全与环境工程,2006,
13(3):17-22.
SUN J,TIE B Q,QIAN Z,et al.Effect of compound
stress of heavy metals on the growth and accumulation
characters of Juncus effuses[J].Safety and Environmen-
tal Engineering,2006,13(3):17-22.
[17]㊀廖琴,王胜利,南忠仁,等.干旱区绿洲土壤中Cd㊁Pb㊁
Zn㊁Ni复合污染对芹菜的影响及其富集迁移规律
[J].干旱区资源与环境,2011,25(7):173-177.
LIAO Q,WANG S L,NAN Z R,et al.Effects of Cd,Pb,
Zn and Ni on celery growth and their enrichment and
transfer characters in arid oasis soils[J].Journal of Arid
Land Resources and Environment,2011,25(7):173-177.
[18]㊀许中坚,吴灿辉,邱喜阳,等.铅-锌-镉复合污染物在
土壤-芥菜/油菜系统中的迁移及交互作用[J].水土
保持学报,2007,21(6):1-6.
XU Z J,WU C H,QIU X Y,et al.Transfer and interaction
of Pb,Zn and Cd in soil-mustard/cole systems under
multi-pollution conditions[J].Journal of Soil and Water
Conservation,2007,21(6):1-6.[19]㊀茹淑华,张国印,贡冬梅,等.铜㊁锌㊁铅和镉复合污染
对番茄生长和重金属累积规律的影响[J].华北农学
报,2013,28(S):371-375.
RU S H,ZHANG G Y,GONG D M,et al.Effects of com-
bined pollution of Cu,Zn,Pb and Cd on growth of tomato
and heavy metal accumulation regularity[J].Atca Agri-
culturae Boreali-Sinica,2013,28(S):371-375. [20]㊀林诗悦,冯义彪.镉锌铅复合污染土壤的超富集植物
修复能力研究[J].环境工程,2017,35(3):168-173.
LIN S Y,FENG Y B.Study on phytoremediation of hy-
peraccumulators for cadmium,zinc and lead in the multi-
ple contaminated soils[J].Environmental Engineering,
2017,35(3):168-173.
[21]㊀史静,李正文,李恋卿,等.外源Cd对小白菜吸收与
分配Cd㊁Zn的影响[J].生态与农村环境学报,2007,
23(4):57-62.
SHI J,LI Z W,LI L Q,et al.Uptake and distribution of
Cd and Zn by pakchoi in different growth stages in two
paddys[J].Journal of Ecology and Rural Environment,
2007,23(4):57-62.
[22]㊀许中坚,邱喜阳,刘文华,等.复合污染条件下莴苣对
Zn㊁Cd的吸收与富集[J].生态与农村环境学报,
2008,24(2):71-75.
XU Z J,QIU X Y,LIU W H,et al.Absorption and en-
richment of zinc and cadmium by lettucein complex con-
taminated soil[J].Journal of Ecology and Rural Envi-
ronment,2008,24(2):71-75.
[23]㊀王怡璇,刘杰,唐云舒,等.硅对水稻镉转运的抑制效
应研究[J].生态环境学报,2016,25(11):1822-1827.
WANG Y X,LIU J,TANG Y S,et al.Inhibitory effect of
silicon on cadmium accumulation and transportation in
rice[J].Ecology and Environmental Sciences,2016,25
(11):1822-1827.
301。