菜心与东南景天间作修复镉污染农田的生态效应

为了探究镉低积累型菜心碧绿粗苔和镉超积累植物东南景天间作修复镉污染土壤的效果,在华南农业大学生态农场进行了模拟控制试验,分别采集菜心、东南景天在单作和间作时的根际土进行研究。结果表明:间作可显著提高植物的生物量,其中东南景天地上和地下部的生物量较单作分别提高了79.05%和50.00%,菜心地上和地下部的生物量则分别提高了110.96%和125.00%;间作使东南景天地上和地下部的镉含量较单作分别提高了7.61%和70.73%,但菜心地上部的镉含量较单作降低了27.21%;东南景天茎叶储存Cd的主要亚细胞结构为液泡中的细胞液,占比高达90%,远高于细胞器与细胞壁中的Cd含量;间作显著增加了土壤的pH,相较于东南景天、菜心单作时的pH分别增加了0.39、0.28个单位;间作降低了菜心根际土镉的有效性,较单作低19.23%;另外,间作可使土壤微生物总量和蔗糖酶活性显著增加,其中放线菌数量比菜心、东南景天单作时分别增加了27.95%、24.28%,蔗糖酶活性则分别提高了164.89%、88.48%。同时,通过计算可知间作的东南景天土壤镉提取率是单作的1.88倍。综上所述,镉低积累型菜心与镉超积累植物东南景天间作,不仅可提高菜心生产的安全性,而且增加了东南景天对土壤镉的提取效率,是一种经济、有效且风险较低的边生产边修复的模式。

东南景天与甜玉米套种对镉污染农田修复效果研究

为了研究套种模式下镉超积累植物东南景天对农田重金属的提取效率,以华南农业大学提供的东南景天种苗和广州市农科院提供的‘广彩甜糯3号’为供试品,采用东南景天与甜玉米套种技术,在广东省惠州市公庄镇开展了中度镉污染农田修复试验。结果表明:套种模式下甜玉米产量不仅增加,籽粒Cd含量显著下降,与单一种植模式相比,玉米籽粒Cd下降了8.3%。另外,套种模式下,东南景天的生物量增加了16.5%,根部和地上部的Cd积累量分别增加了8.8%和3.6%,富集系数分别提高了15.7和6.6个单位。甜玉米与东南景天套种后,表层土壤Cd含量显著下降。研究发现,东南景天与甜玉米套种的植物修复模式,可以促进玉米植株的生长,且能有效降低玉米籽粒中Cd的含量,同时能实现污染耕地的边治理边生产,提高修复植物东南景天对Cd的提取效率,对于中度重金属污染农田防治来说是一种切实可行的绿色修复技术,具有一定的推广价值。

东南景天对锌镉复合污染的反应及其对锌镉吸收和积累特性的研究

比较和分析了锌镉复合处理对东南景天(SedumalfrediiHance,景天科景天属,一种生长在浙江某一古老铅锌矿区土壤上的新锌超积累植物)的生长及其对锌和镉的吸收积累特性的影响。结果表明,Zn/Cd=500/100μmol·L-1下,植物生长最佳。镉、锌在东南景天体内的含量随着镉、锌处理浓度的提高而提高。锌在植物体内的分布为茎>叶片>根系,在Zn/Cd=1000/50μmol·L-1处理水平植株体内锌含量达到最大,其中茎中锌含量为23.2mg·g-1;而镉在植株体内分布则为叶片>茎>根系,在Zn/Cd=50/400μmol·L-1处理水平镉含量达到最大,其中叶片中镉含量为12.1mg·g-1。在一定处理范围内,锌的加入促进了植物对镉的吸收和积累,但镉的加入对植物体内锌的积累没有显著影响。高锌或高镉处理均抑制了植物对锌和镉的吸收和积累。表明东南景天不仅可以忍耐锌镉复合污染,还具有一定的超量积累锌和镉的能力。

东南景天与不同植物混作对土壤重金属吸收的影响

将超富集东南景天(Sedum alfredii)与具有不同根系特征的玉米、黑麦草、大豆混作在受Zn、Cd、Pb污染的土壤中,研究不同组别的混作对重金属吸收的效果.结果表明,在本试验条件下,与玉米和大豆的混作显著地提高了东南景天地上部分对Zn的吸收,由单种的15345mg/kg分别增至18673,17266mg/kg;与黑麦草的混作没有显著影响东南景天对3种重金属的吸收.混作后显著地降低了玉米和黑麦草对Cd和Zn的吸收.结合生物量的增加,与玉米和大豆混作处理中东南景天地上部3种重金属的吸收总量(按半盆计)分别约为单种的1.68～1.87倍,说明通过混作可提高超富集植物对重金属的吸收.

古老铅锌矿山生态型东南景天对锌耐性及超积累特性的研究

植物长期生长在重金属污染的生境中 ,逐渐进化成不同的生态型。通过调查中国东南部古老 Pb/ Zn矿和非矿山生境中的植物种群 ,发现生长在古老 Pb/ Zn矿的东南景天 (Sedum alfredii Hance)是一种新的 Zn超积累植物。在自然和控制条件下 ,古老 Pb/ Zn矿生态型比非矿山生态型植株的茎粗、叶片大、植株高。在矿山土壤 Zn有效含量为 10 5 .5～ 32 5 .4 m g· kg- 1 时 ,矿山生态型东南景天植株地上部 Zn含量为 4 134～ 5 0 0 0 mg· kg- 1 ;当营养液中 Zn浓度为 12 2 3.6μmol时 ,其 Zn含量高达 2 %。在相同 Zn浓度下 ,矿山生态型地上部 Zn含量比非矿山生态型高 30倍左右。两种生态型体内 Zn分布也不同 ,古老铅锌矿山生态型的不同器官中 Zn含量以茎 >叶片 >根系 ,而非矿山生态型则以根系 >茎 >叶片。古老铅锌矿山生态型地上部积累的 Zn占植株总积累量的 90 %以上 ,其中叶片和茎分别占 4 1.6 6 %± 5 .4 6 %和 5 4 .75 %± 5 .87% ;非矿山生态型各器官中积累的 Zn远远低于古老铅锌矿山生态型 ,各器官中积累的 Zn以茎 >根系 >叶片。本研究表明 ,这两种生态型东南景天的发现 ,为今后探讨植物耐高 Zn胁迫和超积累 Zn的微进化过程提供了非常有价值的材料 ,也为

磷对超积累植物——东南景天生长和积累锌的影响

通过溶液培养试验 ,探讨了东南景天植株体内磷锌相互关系 .结果表明 ,在一定范围内供磷 ( 0 5— 2 0mmol·L- 1)能明显促进东南景天的生长 ,显著提高叶片、茎和根的生物量 .适当的增磷 ( 0 5— 1 0mmol·L- 1)极显著提高东南景天叶片、茎的锌含量和地上部的锌积累量 ;高磷 ( 2 0mmol·L- 1)则降低地上部的锌含量和积累量 .无论在何种磷锌水平处理下S(地上部的锌积累量 ) R(根系的锌积累量 )比值始终大于 1,表明在东南景天植株体内可能存在明显的“增磷诱导锌需求 (Phosphorus inducedzincrequirement)”现象 .从植物修复角度来说 。

氮对超积累植物东南景天生长和镉积累的影响

通过水培试验,研究了氮素水平对超积累植物东南景天植株生长和镉吸收积累的影响。结果表明,在一定范围内供氮（4.0-16.0 mm ol/L）能明显促进东南景天的生长,随着氮素水平的升高,地上部和根系的生物量也提高,在供氮水平为16.0 mm ol/L时达到最大值,而当供氮水平≥32.0 mm ol/L时,东南景天的生长受到严重的抑制,其地上部和根系的生物量开始下降,各项根系形态的指标（包括根系长度、根系表面积、根系直径、根系体积）均有所降低。氮对东南景天体内镉积累有一定的促进作用,随着氮素用量的增加,体内镉含量逐渐升高,与生物量不同,镉含量在氮水平32.0 mm ol/L条件下达到最大。研究结果表明,适当提高营养液氮素水平,有利于东南景天的生长和镉吸收,为进一步利用东南景天修复镉污染土壤,提高修复效率提供科学依据。

铅胁迫下不同生态型东南景天叶片抗氧化酶活性及叶绿素含量比较

采用现场采集植物样品、室内溶液培养方法,研究了铅胁迫对铅富集生态型和非富集生态型东南景天叶片干重,叶绿素含量和叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性以及丙二醛(MDA)含量的影响。结果表明,即使在480mg·L-1处理水平,富集生态型东南景天的叶片干重,叶绿素a+b,叶绿素a,叶绿素b和MDA水平与对照相比均无显著差别。非富集生态型的叶绿素a+b,叶绿素a,叶绿素b和MDA水平明显低于对照。两种生态型的SOD、POD、CAT活性在铅胁迫下均比对照有所增加,但富集生态型增加的程度低于非富集生态型。由此推测,在相同铅胁迫下,富集生态型东南景天叶片细胞的受害程度小于非富集生态型。富集生态型叶片铅含量与叶片POD、CAT活性变化呈显著正相关;而非富集生态型叶片铅含量与叶片干重、叶绿素含量变化呈显著负相关,与MDA含量和SOD活性变化呈显著正相关。

可生物降解螯合剂GLDA和磷素活化剂促进东南景天提取土壤重金属的潜力

植物提取是重金属污染土壤的植物修复技术中去除重金属最具前途的方式之一。为了进一步提高植物对重金属的提取效率，向土壤施加螯合剂增加土壤重金属的可溶性，促进植物对重金属的吸收和积累，该技术被称为螯合诱导植物提取技术。EDTA（乙二胺四乙酸）由于其较强的络合能力，是目前常用和研究较多的螫合剂。但EDTA在环境中不易被生物降解，施入土壤的EDTA有着较长的残留效应，因此施用EDTA存在潜在的环境风险。

东南景天对镉、铅的生长反应与积累特性比较

采用营养液培养法,比较了东南景天(SedumalfrediiHance)在不同的Cd,Pb供应水平下的生长反应,以及对Cd,Pb吸收与积累特性的差异。结果表明,东南景天不仅在生长速度上对不同浓度的Cd,Pb处理反应差异显著,而且在Cd,Pb吸收与转运特性上也有明显差异。东南景天对Cd,Pb耐受的临界浓度分别为500和1000μmol/L,在此浓度以下,Cd,Pb对水培条件下的东南景天的生长基本无抑制作用。东南景天地上部的Cd,Pb含量均随着Cd,Pb供应水平的提高而增加。在500μmol/L的Cd水平下,叶和茎中的Cd含量均达到峰值,分别为5.677和5.274g/kg;叶和茎中的最大含Pb量出现在供Pb200和1500μmol/L的水平下,分别为0.169和1.167g/kg。根中的Cd,Pb含量均在最高的Cd,Pb供应水平下(2500μmol/L)达到最大值,分别为17.820和9.437g/kg。在设定的Cd,Pb供应水平条件下,植株各部位的Cd含量均大于Pb含量。植株不同部位Cd的含量表现为叶>茎>根,而Pb含量表现为根>茎>叶。Cd在东南景天地上部的积累量远大于Pb,且Cd在地上部与根系中积累量的比值均大于1,而Pb则小于1。上述结果说明,东南景天对Pb的耐受性大于Cd,但对Cd的吸收和向地上部的转运能力远大于Pb。从水培条件下东南景天地上部的Cd含量来看,东南景天是一种Cd超积累植物。

超积累植物东南景天根际可溶性有机质对土壤锌吸附解吸的影响

采用盆栽和模拟试验研究了锌超积累植物东南景天根际土壤可溶性有机质(DOM)对土壤锌吸附解吸的影响.结果表明:采用矿山土壤种植锌超积累植物东南景天后,根际土壤水溶性锌和乙酸铵提取态锌含量显著降低,而非根际土壤有效锌无明显变化.与不种植东南景天的对照土壤相比,根际土壤pH值降低了0.3个单位,有机质和DOM含量分别提高13.6%和20.9%.东南景天根际DOM对土壤锌吸附解吸的影响方式和程度与土壤类型有关.与对照DOM相比,在矿山土、黄筋泥和黄松土中,添加根际DOM使锌的最大吸附量(Xm)分别降低了17.8%、21.9%和27.7%,而非根际DOM对锌的最大吸附量没有影响.在3种供试土壤中添加根际DOM促进了锌的解吸,其中以黄松土最明显.东南景天根际DOM能降低土壤锌吸附容量,减少土壤对锌的吸附,促进吸附态锌的解吸,从而提高了根际锌的生物有效性.

不同生长调节剂对东南景天镉积累的影响

为了提高镉(Cd)超积累植物东南景天的植物修复效率,对不同植物生长调节剂调控东南景天Cd积累的作用进行了研究。在水培条件下,采用脱落酸(ABA)、生长素(IAA)、细胞分裂素(6-BA)、乙烯利(ETH)四种生长调节剂对0.1 mmol·L-1Cd处理下的东南景天进行叶面喷施处理,对其生物量、Cd含量、Cd积累量、SOD和POD活性进行了分析。结果表明:ABA处理通过提高地上部生物量和Cd含量、促进Cd向上运输,从而增加东南景天地上部对Cd的积累;IAA处理通过提高生物量、缓解Cd对叶片的毒害,从而增加东南景天地上部对Cd的积累;6-BA处理通过提高东南景天地上部生物量和Cd含量、缓解Cd对叶片的毒害,从而增加东南景天地上部对Cd的积累;ETH处理则通过抑制生长和Cd向上转运进而降低东南景天地上部对Cd的积累。在重金属污染土壤植物修复中,适量施用ABA、IAA、6-BA可提高东南景天对镉污染土壤的修复效率。

直流电场与添加剂强化东南景天修复镉污染土壤

通过盆栽试验,研究交换直流电场(电压梯度1.0 V cm-1、通电时间6 h d-1)和添加剂(15 g kg-1猪粪堆肥、10 g kg-1腐殖酸肥或5 mmol kg-1乙二胺四乙酸二钠(EDTA)对超积累植物——东南景天修复镉污染土壤的影响。结果表明,施加直流电场和添加剂均显著(p<0.05)提高土壤有效态镉含量,促进东南景天对镉的吸收转运。在电场作用下,东南景天地上部镉含量提高26.6%~47.5%;在添加剂(猪粪堆肥、腐殖酸肥、EDTA)作用下,东南景天地上部镉含量分别提高22.9%~33.1%、14.3%~29.4%和6.1%~12.0%。双向切换电场方向能有效控制土壤pH的剧烈变化,施加直流电场对东南景天地上部生物量无显著影响。施加15 g kg-1猪粪堆肥和10 g kg-1腐殖酸肥显著提高东南景天地上部生物量,增幅分别为40.3%~43.7%和16.3%~18.2%,但是,添加5 mmol kg-1EDTA却显著抑制东南景天的生长,东南景天地上部生物量减少7.3%~7.5%。综合东南景天地上部镉含量和生物量,在猪粪堆肥―交换直流电场和腐殖酸肥―交换直流电场的联合作用下,东南景天地上部镉积累量分别提高了135%和100%,因此,猪粪堆肥和腐殖酸肥联合交换直流电场可显著促进东南景天对镉的吸收积累,提高东南景天修复镉污染土壤的效率。

东南景天Sedum alfredii修复重金属污染土壤的研究进展

植物修复是净化重金属污染土壤最有潜力的原位修复技术之一,因地制宜地选择植物修复材料是大田植物修复成功实施的关键。国内外已发现的众多重金属超积累植物具有不同的生理特性,其中东南景天Sedum alfredii可忍耐和富集镉(Cd)和锌(Zn)等多种重金属,并且具有生长迅速的特点,是研究植物修复技术的模式植物之一。综述了东南景天对重金属的耐性、吸收、转运及解毒机制,阐明东南景天研究过程中存在的问题,并对其研究前景和方向作了简要分析,为重金属污染土壤植物修复工作的深入开展提供参考。

不同生态型东南景天对土壤中Cd的生长反应及吸收积累的差异性

采用盆栽方法研究了两种生态型东南景天(Sedum alfredii)对土壤中不同含量Cd(即对照,12.5,25,50,100,200,300,400mg.kg-1)的生长反应、吸收和积累Cd的差异性。结果表明,土壤添加重金属Cd后,矿山生态型东南景天生长正常,地上部和根系Cd含量随着土壤中Cd含量的增加而增加,在400mg.kg-1Cd处理下含量分别高达2900和500mg.kg-1,其地上部显著大于根部;然而,土壤添加Cd后,非矿山生态型东南景天的生长受到抑制,地上部和根部的生物量显著降低。当土壤Cd含量为50～100mg.kg-1时,非矿山生态型东南景天的地上部和根系Cd含量随着土壤中Cd含量的增加而增加,而且根系Cd含量则大于地上部。当土壤Cd≤50mg.kg-1时,矿山生态型东南景天根系Cd含量比非矿山生态型高,但当土壤Cd≥100mg.kg-1,两者之间无显著差异;然而,但在同一Cd处理水平下,矿山生态型东南景天地上部Cd含量总是高于非矿山生态型。这些结果表明,矿山生态型东南景天有很强的忍耐和吸收土壤Cd的能力,再次证明其为一种Cd超积累植物。

氮素营养对重金属超积累植物东南景天吸收积累锌和镉的影响

以重金属锌、镉超积累植物东南景天Sedum alfredii为研究材料,采用营养液培养法研究了氮素营养对东南景天生长及对重金属锌、镉吸收、积累和转运能力的影响。结果表明:适当的氮素营养能够促进东南景天的生长,提高东南景天地上部富集重金属的能力,在供氮2.50～5.00mmol·L-1时,东南景天地上部生长和重金属吸收、积累最佳,锌和镉质量分数分别达12.00g·kg-1和2.00g·kg-1。在应用东南景天重金属超积累植物进行土壤重金属污染修复时需要合理施用氮肥,从而提高植物修复土壤重金属污染的效率。

超积累植物东南景天根际土壤酶活性研究

通过野外调查和盆栽试验研究了超积累植物东南景天根际土壤酶活性变化及其与重金属有效态的关系。研究结果表明,在矿山土壤、重度污染土壤和轻度污染土壤上,种植超积累生态型东南景天后,根际土壤有效态Zn分别比非根际减少了14.3%,7.9%和47.4%,有效态Cd分别比非根际减少25.1%,21.9%和20%。在铅锌矿区,东南景天生长地段土壤蔗糖酶、酸性磷酸酶、脱氢酶活性高于其它植物生长地段。在矿山土壤和重度污染土壤中,超积累生态型东南景天根际土壤酶活性明显高于非根际土壤,同时也高于非超积累生态型根际土壤。Pb、Zn、Cd、Cu4种重金属对东南景天根际土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶活性均有抑制作用,而Pb对磷酸酶有一定的刺激作用。东南景天根际土壤脱氢酶、酸性磷酸酶活性与重金属有效态含量呈极显著相关。

外源有机酸对两种生态型东南景天吸收和积累锌的影响

通过溶液培养试验,比较研究了外源有机酸对两种生态型东南景天生长和锌吸收与积累的影响。结果表明,外加柠檬酸或草酸能明显增强非超积累生态型东南景天的耐锌毒能力,叶片、茎和根系的生物量均有增加;而对锌超积累生态型东南景天的生长没有显著性影响。外加柠檬酸、草酸或柠檬酸+草酸,锌超积累生态型根系Zn含量显著增加,但叶片和茎组织中Zn含量无明显变化;而非超积累生态型叶片、茎和根系Zn含量均显著增加,尤其是根系Zn含量,与单独Zn处理相比外源有机酸处理增加4～5倍。同样,外加柠檬酸、草酸或柠檬酸+草酸明显提高Zn在非超积累生态型根系和地上部的积累量,且对地上部Zn积累量的促进程度大于根部;柠檬酸的促进作用又比草酸及2种酸混合处理高1倍。然而,有机酸处理对Zn超积累生态型根系Zn积累量有所增加,但对叶片和茎中Zn积累量无影响。叶片和茎中水溶态Zn含量也受外源有机酸的影响,2种生态型叶片、茎中水溶态Zn含量均受有机酸处理而提高。Zn超积累生态型叶片和茎中水溶态Zn含量占总Zn含量比例也受有机酸处理而增大,但非超积累生态型则显著降低。上述结果表明,柠檬酸和草酸可能作为其Zn吸收的配基,促进根系对Zn吸收与积累,叶片和茎中的Zn可能与可溶性有机化合物或无机盐结合。

氮肥类型对东南景天生长及重金属积累的影响

【目的】研究氮肥类型对东南景天套种玉米模式下生长特性及重金属锌、镉积累的影响,为植物修复实践过程中合理使用氮肥、减少修复成本和环境污染奠定基础。【方法】通过大田试验,在重金属污染的矿区采用东南景天套种玉米模式,施用同氮素水平下有机肥(鸡粪)、硫酸铵和尿素3种类型氮肥,测定土壤pH、有机质含量、重金属有效态、东南景天和玉米地上部生物量及重金属锌、镉含量的变化。【结果】施用有机肥增加土壤有机质含量,提高土壤镉的生物有效性,对土壤pH和锌的生物有效性则无影响;施用硫酸铵和尿素均降低土壤pH和土壤镉的生物有效性,提高了土壤有机质含量和土壤锌的生物有效性。氮肥类型对东南景天中锌、镉以及玉米镉积累影响不显著,但两种化学氮肥均显著增加了玉米锌的累积量;不同类型氮肥对东南景天和玉米生长均有显著促进作用,有机肥处理两种作物的地上部生物量均显著高于其他处理(P<0.05)。【结论】有机肥对东南景天修复土壤重金属污染效率的促进作用优于硫酸铵和尿素。

外源钙离子对东南景天生长及锌积累的影响

采用水培试验,研究了外源添加不同浓度钙离子(Ca2+)对两种生态型东南景天生物量、根系形态及体内锌、钙、硫含量的影响.结果表明:随着外源Ca2+浓度的上升,两种生态型东南景天的干物质量均增加,且超积累生态型地上部增加显著(P<0.05);超积累生态型根长和根表面积增加,而非超积累生态型降低;超积累生态型根、茎、叶锌含量随着外源Ca2+浓度的增加而上升,但各处理间差异不显著(P>0.05),非超积累生态型地上部锌含量显著降低(P<0.05).非超积累生态型根、茎、叶钙含量与外源Ca2+浓度呈显著正相关(P<0.05),超积累生态型根系硫含量与外源Ca2+浓度呈极显著正相关(P<0.01).外源Ca2+对超积累生态型东南景天锌吸收及积累有促进作用,而Ca2+浓度的升高抑制了非超积累生态型东南景天对锌的吸收.适当增加外源Ca2+可促进超积累生态型东南景天生长,改善其锌积累能力.