3种园林植物对土壤重金属Cd的吸收及修复研究
2024-04-18
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广西农业科学2010。41(10):1101—1103 Guangxi Agricultural Sciences 3种园林植物对土壤重金属Cd的吸收及修复研究 张翠萍,仇 硕,赵 健,李秀娟,全艳斌 (; 是广西植物研究所,广西桂林541006) 摘要:以自来水处理作对照,采用土培法研究了3种Cd处理浓度下棕竹、宛田红花油茶、博自大果油茶对土壤重金 属cd的吸收及修复能力,为Cd超积累植物的筛选及土壤cd污染治理提供依据。结果表明,与对照组(0 nag・kg )相比, 10、25、50 mg-kg Cd处理45 d后,3种园林植物均能较好生长,未出现任何中毒症状;10、50 mg・kg Cd处理浓度下,3 种园林植物地下部(根系)Cd含量均大于地上部(茎、叶),且随着Cd处理浓度的增大,地下部(根系)Cd含量增幅均大 于地上部(叶、茎),其中棕竹根系cd含量增幅最大,是10 mg・kg 处理的7.05倍;在10~50 mg・kg 处理浓度范嗣内,3种 园林植物地上部与地下部Cd含量比值均较低,且Cd在3种植物体内的迁移率均随处理浓度增大而降低。 关键词:园林植物;Cd胁迫;Cd积累;土壤修复 中图分类号:S154.4 文献标识码:A 文章编号:1002~8161(2010)10—1101—03 Phytoremediation properties of three ornamental plants for cadmium absorption in soils ZHANG Cui—ping,QIU Shuo,ZHAO Jian,LI Xiu-juan,QUAN Yan-bin (Guangxi Institute of Botany,Chinese Academy of Sciences,Guilin,Guangxi 541006,China) Abstract:An experiment was conducted to investigate the phytoremediation properties of three ornamental plants viz.,Rhapis excelsa,Camellia polyodonta and Camellia gigantocarpa for soil cadmium(Cd)absorption in order to provide references for Cd hyperaccumulating plant screening and soil pollution contro1.The experiment was conducted in soil-pot culture system and plants were treated with Cd(1 0,25 and 50 mg‘kg。).The results showed that all ornamental plants grew well and did not showed any toxic symptoms in soils while containing 1 0,25 and 50 mg・kg~cadmium compared to contro1. When the cadmium concentrations were 10 and 50 mg・kg~,the Cd contents in the underground pans roots)of three orna— mentla plants were all higher than that in the aboveground parts(steins and leaves).With the increasing cadmium concen— tration,the increasing rates of cadmium contents in the underground parts(roots)of three ornamental plants were all higher than that in the aboveground parts(stems and leaves).The Cd content in the roots of the Rhapis excelsa at 50 mg・kg Cd concentration was 7 05 times higher than that at 10 mg・kg cadmium concentration and its increasing rate of cadmium content was the highest amongst all ornamental plants.The ratio of cadmium contents in aboveground part to underground part in all ornamental plants were low and their mobility decreased with increasing cadmium concentration in the soil. Key words:ornamental plants;cadmium stress;cadmium accumulation;soll remediation Cd是一种分布较广的重金属元素,易被植物吸 收、富集,并通过食物链对动物和人类健康构成威 胁[ , 。植物修复(phytoremedjation)是近年来兴起的 一强等特点。为了明确这3种园林植物对土壤重金属 Cd污染的修复能力,2009年4~5月采用土培盆栽法 研究了其对Cd的耐性及吸收积累效应,以期为Cd 污染土壤修复提供更多的植物种类和理论依据。 种治理土壤重金属污染的新技术[3-5],目前用于 Cd污染治理的超积累植物主要有拟南芥属植物拟 南芥(Arabidopsis hailed L.)、遏蓝菜属植物遏蓝菜 (Thlaspi caemleseens L.)等少数几种十字花科植物[ ], 但这些植物普遍存在生物量小、生长缓慢等问题,严 重延缓重金属土壤修复进程。棕竹(Rhapis excelsa)[91、 宛田红花油茶(Camellia polyodonta)[1o]、博白大果油 茶(Came胁a gigantocarpa)Ill 均是我国南方园林绿 1材料与方法 1.1土壤样品 供试土壤(O~20 cm深)为田园土,采自桂林市 雁山区广西植物研究所花卉中心苗圃,风干后过2 mm筛,土壤理化性质和Cd含量见表1。对照国家和 广西土壤环境质量标准,供试土壤全Cd含量既低于 国家土壤背景值(0.20 mg・kg ) ],又符合广西二级 化常用植物,具有观赏价值高、栽培范围广、适应性 收稿日期:2010—06—24 作者简介:张翠萍(1977一),女,广西桂林人,助理研究员,主要从事园艺植物生理学研究二[:作。 广西农业科学 土壤标准值(0.15 mg・kg ) ,说明其未受污染。 表1供试土壤理化性质和cd含量 Table 1 Physicochemica1 properties and Cd content of the tested soils 注:土壤pH、有机质、有机碳检测报告由广西植物研究所生态中心提 供;全Cd含量检测报告由广西分析测试研究中心提供。 Note:The data of soil pH,organic matter and organic carbon were pro— vided by Ecology Center of Guangxi Institute of Botany,Chinese A— eademy of Sciences.The testing results of total Cd were provided by Research Center of Analysis and Test of Guan ̄xi. 1.2试验材料 棕竹实生苗,2年生,高约20 CB;宛田红花油茶 实生苗,1年生,高约30 cm;博白大果油茶实生苗,1 年生.高约30 am。3种幼苗自苗圃采挖后于河沙中 培养1周.备用。 试剂:CdC1:・2.5H O(分析纯),HC10 (优级纯), HNO (优级纯)。 1.3试验方法 2009年4~5月于塑料大棚内进行土培盆栽试 验。取过筛风干土,拌人少量有机肥作基肥,分别加 入不同浓度(含纯Cd 1O、25、50 mg・kg )CdC12・ 2.5H O,混匀后放置15 d,装盆。同时设自来水处理 作对照。取棕竹5株/丛栽植于花盆(直径×高=16 cmxl3 am)中,土壤干重1.5 kg;宛田红花油茶3株/ 丛栽植于花盆(直径×高=18 cmxl9 am)中,土壤干 重3.0 kg:博白大果油茶3株/丛栽植于花盆(直径× 高=18 cmxl9 am)中,每处理3次重复。45 d后观察 各处理植株生长情况,分别取1O、50 mg・kg 处理组 样品测定重金属Cd含量,并分析植株不同部位Cd 积累和植株Cd转移能力。做法是:植物收获后先用 自来水冲洗干净。再用去离子水反复浸洗;将根系 置于20 mmol・L—EDTA—Na 溶液中交换15 min,以 去除表面粘附的金属离子.后用去离子水冲洗干 净,吸水纸吸干表面水分;于105℃下杀青2 h,后在 6Oc【=下烘干至恒重,磨碎。称取0.300 g左右干样,用 HNO 一HC10 (V:V=87:13)混合液消煮提取,消化至 近干JJn5%硝酸溶解,并定容至20 mL,用TAS一990原 子分光光度计(AAS)测定重金属Cd的含量 l4]。 1.4数据处理 数据处理及统计采用Excel 2003及SPSS 13.0中 文版等分析软件。 2结果与分析 2.1 Cd对3种园林植物生长的影响 经观察,不同浓度Cd处理45 d后,棕竹、宛田红 花油茶及博白大果油茶均能较好生长,未出现任何 中毒症状。 2.2 3种园林植物不同部位Cd含量差异 从表2可知,l0、50 mg・kg Cd处理45 d后,3种 园林植物地下部Cd含量均大于地上部,即根>叶,或 根>茎>叶:随着Cd处理浓度的增大,3种园林植物 不同部位Cd含量也相应增加.且增加幅度以根系大 于地上部(叶片或茎),其中棕竹根系Cd含量最大, 达l2.70 g・g~,是10 mg・kg 处理的7.05倍,宛田红 花油茶叶片Cd含量增幅最小,仅0.O5 g・g一,差异 不显著(P<O.05)。 表2不同Cd浓度下3种园林植物不同部位Cd含■比较 Table 2 Comparison of Cd content in diferent parts of three ornamental plants of Rhapis excelsa,Camellia polyodonta and Camellia gigantocarpa at different Cd concentrations 注:数据为平均值4-标准差,n=3;同行中不同大、小写字母分别表示 1%、5%水平上差异显著。下同。 Note:Data mean values of three replicates±SD,n=3.The capitals and small alphabets in the sanle lOW indicated the signiifcant difference at l and 5%levels.respectively.The same is ̄llowed in the following tbales. 2.3 3种园林植物对Cd的分配差异 地上/地下重金属含量的比值反映了重金属在 植物体内的运输能力。从表3可知,在1O~50 mg・kg- 处理浓度范围内。棕竹、宛田红花油茶、博白大果油 茶地上部与地下部Cd含量比值均较低。且表现出随 处理浓度增大而降低的趋势.说明这3种园林植物 对重金属Cd的分配主要于地下部。 张翠萍等:3种园林植物对土壤重金属Cd的吸收及修复研究 ・1103・ 表3不同cd浓度下3种园林植物对Cd的分配差异 Table 3 Leaf/root ratio of Cd contents in three ornamental plants of Rhapis exee/sa,Camellia polyodonta and Camellia 一 gantoearpa grown in soils with different Cd concentrations 2.4 3种园林植物对Cd的迁移率 迁移率是用来衡量重金属由根向茎叶运输能 力的一个重要指标.植株茎叶重金属含量与整株重 金属含量比值的高低直接反映了重金属在植物体 内由地下根部向地上茎叶迁移能力的强弱05]。从表 4可知,棕竹、宛田红花油茶、博白大果油茶对Cd的 迁移率随处理浓度增大而降低,其中50 mg・kg Cd 处理下棕竹Cd迁移率最低,仅为0.06,与10 mg・kg Cd处理组(0.18)相比,差异达极显著水平(P<0.01); Cd迁移率最大的是10 mg・kg Cd处理组的博白大 果油茶.达0.28。 表4不同Cd浓度下3种园林植物对Cd的迁移率 Table 4 Mobility of Cd in three ornamental plants of Rhapis excelsa,Camellia polyodonta and Camellia gigantocarpa with diferent Cd concentrations 3小结与讨论 本研究结果表明,与对照组相比,1O、25、50 mg・kg Cd处理45 d后,棕竹、宛田红花油茶、博白 大果油茶均能较好生长,未出现任何中毒症状; 10、50 mg・kg Cd处理45 d后,3种园林植物地下部 (根系)Cd含量均大于地上部(叶、茎),且随着Cd处 理浓度的增大,根部Cd含量增幅均明显大于地上 部.其中棕竹根系Cd含量增幅最大.达12.70 Ixg・g , 是10 mg・kg 处理的7.05倍:在10~50 mg・kg Cd处 理浓度范围内,3种同林植物地上部与地下部Cd含 量比值均较低.说明其对Cd的吸收积累主要在根 部,这与前人的研究结果[16--18]基本一致。尽管这3种 园林植物在Cd污染土壤中生长良好.但与Cd超积 累植物相比.其不同部位Cd含量及Cd在植物体内 的迁移率均较低,说明其对Cd污染土壤的修复能力 相对较弱。鉴于这3种植物是南方地区特别是广西 园林绿化常用树种,建议用于厂矿区生态恢复建 设,以发挥其美化环境的作用,更好地造福于人类。 参考文献: 【1 j Wagner G J.Accumulation of cadmium in crop plants and its consequences to human health[J].Advances in Agronomy, 1993.51:173—212. 12j Salt D E,Prince R C,Pickering I J,Raskin I.Mechinisms of cadmium mobility and accumulation in Idian mustard[J]. 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