（植物营养学专业论文）草坪植物对铅的吸收积累及其根际效应.pdf

贵州大学硕土研究生论文 草坪植物对铅的吸收积氧及其根际效应 摘要 本试验首先通过溶液培养试验研究了四种草坪植物对铅的耐性，结果表明翦股 颖对铅的耐性强于其它三种植物，然后采用根袋法进一步研究了在不同浓度的铅处 理下，黑麦草、狗牙根、早熟禾和翦股颖对铅的吸收积累特点和铅对四种植物生长 及其根际生物活性的影响。 四种植物吸收的铅绝大部分积累在根系，根部和地上部铅含量与土壤铅添加量 呈显著正相关。试验研究结果显示，铅在各种植物体内的含量顺序是黑麦草 翦股颖 狗牙根 早熟禾( 以各种植物含量最高的器官计) ：从根系耐性指数来衡量四种植 物对铅的耐性，强弱顺序为：翦股颖 黑麦革 早熟禾 狗牙根；从富集能力来看，四 种植物的富集能力大小顺序为：翦股颖 黑麦革 狗牙根 早熟禾。 随着土壤中添加p b 浓度升高，微生物数量总的趋势增加，其所构成的三大类菌 数的趋势也因植物根系环境的不同而有所区别：三种植物根际土壤细菌数量增加， 黑麦草和早熟禾根际土壤放线菌数量降低，翦股颖根际土壤放线菌数量呈现波动起 伏；三种植物根际土壤真菌数量均增加。四种草坪植物根际土壤中过氧化氢酶活性、 淀粉酶活性和中性磷酸酶活性与土壤铅含量都表现出负相关性，与淀粉酶活性负相 关达到极显著，可以把淀粉酶活性作为黄壤铅污染的预警指标，铅对黑麦草和狗牙 根根际土壤脲酶活性表现出低浓度下激活高浓度下抑制，早熟禾和翦股颖根际土壤 脲酶活性与土壤铅含量表现出正相关。 各形态p b 的含量均随添加质量比的增加而升高，碳酸盐结合态、铁锰氧化物结 合态p b 增幅较大，交换态p b 含量增幅很低；而随铅添加量的增加，交换态、铁锰 氧化物结合态、碳酸盐结合态在土壤中质量分数增大，其余两种形态却有减小趋势， 其中碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机态占优势，其次为残留态，交换态质 量分数最小，且不同根际环境和不同处理浓度对铅的形态分布也有影响。 关键词：铅：草坪植物；吸收积累；根际效应 贵州人学硕十研究生论文 草坪植物对铅的吸收积累发j e 根际效麻 u p t a k ea n da c c u m u l a t io no fl e a da n de f f e c ts o fr h i z o s p h e r ei nt u r f g r a s s a b s t r a c t ：t h et o l e r a n tt oh e a v ym e t a ll e a di nf o u rk i n d so ft u r f g r a s s e s w a ss t u d i e db yu s i n gt h em e t h o d so fs o l u t i o n p l a n t i n ga tf i r s t r e s u l t ss h o w e d t h a ta g r o s t i ss g o l o n i f e r ai ss t r o n g e rt ot h ep a t i e n c eo fl e a dt h a nt h eo t h e r t h r e ep l a n t s i no r d e rt or e s e a r c hw h e t h e rt u r f g r a s sc o u l db ea p p l i e dt o p h y t o r e m e d i a t i o na n dr e v e g e t i o no fs o il sc o n t a m i n a t e dw i t hh e a v ym e t a ls u c h a sl e a da n do f f e rb a s i so ne f f e c t i v e l yl a u n c h i n gt h ec o n s t r u c t i o n so f e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，t h ee f f e c t so fl e a do ng r o w t ho fl o l l u mp e r e n n e 、 p o aa n n a a 、c y n o d o nd a e t y 7 0 n 、a g r o s t i ss t o l o n i f e r a ，a n dt h eb i o l l g i c a l a c t i v i t i e si nr h i z o s p h e r ew e r es t u d i e d m o s to fl e a dt h a tf o u rp l a n t su p t o o kw e r ea c c u m u l a t e di nt h er o o t ，t h e r e w a sar e m a r k a b l ep o s i t i r ec o r r e l a t i o nb e t w e e nl e a da d d e di ns o l la n dt h e c o n t e n to fl e a di nr o o ta n da b o v e g r o u n d t h i se x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a t t h ec o n t e n to r d e ro f l e a di nf o u rp l a n t si s ：7 0 l i u mp e r e n n e a g r o s t i s s t o l o n i f e r a p o aa n n u a c y n o d o nd a c t y o n ( c o u n tw i t ht h eo r g a no ft h ef o u r p l a n t s o f s u p r e m ec o n t e n t ) t h ei n d e xo fr o o tt o l e r a n c eo fa g r o s t f s s t o i o n i f i e r ai s h i g h e rt h a nt h eo t h e rp l a n t s t h eo r d e ro fa b i l i t yo f a c c u m u l a t i o no fl e a di nf o u rp l a n t si s ：a g r o s t i ss t o l o n l f e r a o l i u m p e r e n n e c y n o d o nd a c t y l o n p o aa f i f i u a w ec a nc o n c l u d et h a ta g r o s t i ss t o l o n i 点e r ai s t o l e r a n tt ol e a d ，c o u l dt r a n s l o c a t el e a df r o mt h er o o tt ot h es t e m sa n d l e a v e s ，a n ds oi ts h o u l db ep r e f e r r e da g e n t sf o rp h y t o r e m e d i a t i o no f i e a d p o l l u t e ds o i l s a d d1 0 0 3 0 0 0 m g p b k g t ot h es o i l ，g ou pa l o n gw i t ht h ei e a dd e n s i t y ，t h e t r e n do ft h ea m o u n to fm i c r o o r g n i s mi n c r e a s e d t h eq u a n t i t yo fb a c t e r i u ma n d f u n g ii n c r e a s e d ，t h eq u a n t i t yo fa c t i n o m y c e sr e d u c e d i nt h er h i z o s p h e r eo f f o u rp l a n t s ，t h ea c t i v i t i e so fc a t a l a s e ，n e u t r a lp h o s p h a t a s e ，a m y l a s ea n d t h ec o n t e n to fl e a di ns o i le x p r e s s e dn e g a t i v ec o r r e l a t i o n ，a n dt h en e g a t i v e c o r r e l a t i o nb e t w e e nt h ea c t i v i t yo fa m y l a s ea n dt h ec o n t e n to fl e a di ns o i i 4 塞型盔堂堡 二鲨壅竺笙塞 蔓堡堕塑翌塑堕壁些堡墨墨墨堡堕塾坐 w a sr e m a r k a b l e ，s ot h ep o l l u t i o no f l e a d c o u l dt a k ea m y l a s ea sw a r n i n g i n d e x i nt h er h i z o s p h e r eo f o l i u m p e r e n n ea n dc y n o d o nd a c t y o n ，t h ea c t i v i t y o fu r e a s ew a sa c t i v a t e da t1 0 wd e n s i t yo fl e a da n dd e s c e n d e da th i g h d e n s i t y ，b u ti nt h er h i z o s p h e r eo fa g r o s t f ss t o l o n i f e r aa n d p o aa 门e u a , t h e r e w a sap o s i t i v ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h ea c t i v i t yo fu r e a s ea n dt h ec o n t e n t o f l e a di ns o i l t h ec o n t e n to fe v e r yc o n f o r m a t i o no fl e a di n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n g o f l e a dd e n s i t yi ns o i l i tw a sr e a v e a l e dt h a tt h el e v e l so fc a r b o n a t e c o m b i n e d p b f e 一o x i d ec o m b i n e d p ba n de x c h a n g e a b l el e a di n c r e a s e di n r h i z o s p b e r es o l la n do r g a n i cc o m b i n e d p ba n dr e s i d u a ll e a dd e c r e a s e d v a r i o u s l e v e l so fl e a dt r e a t m e n ta n dd i f f e r e n tr h i z o s p h e r eh a dc e r t a i ne f f e c t so n t h ed i s t r i b u t i o no f1 e a d k e yw o r d s ：l e a d ：t u r f g r a s s ：u p t a k ea n da c c u m u l a t i o n ： e f f e c t so fr h i z o s p h e r e 贵州丈学颁t 研究生论支 草坪植物对铅的吸收积累及扎根际效心 l 前言 重金属污染是目前国际上严峻的环境污染问题之一。铅是一种有毒的重金属元 素，是环境中主要的重金属污染物“1 。许多研究表明，重会属元素进入土壤后，会 产生明显的生物效应，高浓度的铅不仅使植物生长受阻、花期延迟、固氮率下降， 影响作物的产量，而且还严重地影响了作物的质量“7 、”、“1 ，土壤被重金属污染后， 对人体健康产生间接的影响，即通过土壤一农作物一人或土壤一植物一动物人或 土壤一水一人等食物链形式影响到人体的健康，它能置换骨骼中的钙而储存在骨中， 当其进入血液中将会引起许多疾病，如贫血、肝炎、肾炎、高血压、神经错乱等， 甚至导致死亡“、。 根据来源不同，环境中的铅可分为“原生”和“外源”两种。土壤成土过程中 保留在土壤母质中的铅称为原生铅，主要来源于岩石矿物。岩石在风化成土过程中， 大部分铅仍保留在土壤中，无污染土壤的铅含量大都仅略高于母质母岩含量。而土 壤“外源”铅的主要来源主要有以下几种：大气降尘，由于大量的铅被加入汽油中作 防爆剂：其直接后果首先是空气中铅浓度升高，尤其是在工业区和人口集居、交通繁 忙的城市及近郊。公路两旁的土壤和植被含铅量与交通量成正相关关系，与公路的 距离成负相关关系：污泥、城市垃圾和废水的土地利用，直接用城市工业废水进行 农田灌溉也能将大量的铅带入土壤中。我国1 9 9 1 年的抽样调查结果表明”，6 6 7 的农阳灌溉水含量超标，使用污水或污泥作肥料会使其中的铅进入土壤，从而阻碍 作物生长。减少作物产量：采矿和金属加工业，自然界相当多的矿物含铅，铅矿床 开采进入环境的铅更是直接。近年来随着工业的发展，引起铅的废弃物更多地进入 环境，使土壤和植被受到污染。另外在某些果园，砷酸铅曾被用作杀虫剂使用，从 而导致铅在土壤中的积累。前苏联的一项报道说明土壤中的铅可来自含有多种微量 元素的化肥，因为这些化肥中的含铅量可达1 。总的说来，人类的生产活动增加了 土壤的铅来源，现在每年都有二百多万吨用来循环利用的铅以各种不均匀的方式进 入水、大气和土壤中，造成了很多的铅含量异常区”。 2 0 世纪7 0 年代以来，重金属污染的研究成为一个令人瞩目的新领域。重金属 种类繁多，其在土壤中的存在形态、危害程度和迁移转化规律因上壤类型的不同而 有差异，国内外有很多学者对此开展了相关研究5 9 1 6 2 】。有人从土壤一植物生态系 统的角度出发，研究了土壤重金属在土壤一植物系统中的迁移转化动念规律及其污 染表征方式【1 7 扎3 3 1 ，还有许多专家和学者致力于重金属污染土壤的防治工作5 ，3 8 4 1 、 6 贵州大学硕f 二研究生论史 草坪植物对铅的吸收积累发其根际效应 4 2 、4 7 1 。国内外不少研究人员，通过对植物从土壤中摄取铅的影响因素研究，对铅污 染的土壤采取改良措施，以尽量减少土壤铅对植物的有效性，这种方法既可以阻止 铅进入食物链，并且可以改良土壤，保持土壤生产力。 自1 9 7 7 年b r o o k s ”提出超富集植物的概念以来，有关耐重会属植物与超富集植 物的研究逐渐增多，植物的耐重金属研究阶段是植物修复技术研究的初级阶段，这 一阶段的研究土作使人们初步认识了植物忍耐重金属的机理，许多学说被提出来用 以解释这一自然现象，综合归纳起来有下面几种看法”“。、7 “7 。7 “：( 1 ) 回避机制： 植物由于某些因素的影响不吸收重金属，以此来抵御重金属毒害，被认为是最佳的 方式；( 2 ) 排除机制：耐重金属植物通过根或枝条部位排出金属，来达到解除重金属 毒害的目的；( 3 ) 细胞壁作用机制：t u r n e r ”7 1 用a g r o s t i st e n u i s 进行实验后发现， 耐重金属植物要比非耐重金属植物的细胞壁具有优先结合金属的能力，这种能力对 抑制金属离子进入植物根部的敏感部位起着保护作用；( 4 ) 重金属进入细胞质机制： 许多观察表明，重金属确实能进入忍耐型植物的共质体；( 5 ) 重金属与各种有机酸络 合机制：重金属与各种有机化合物包括有机酸络合后，能降低自由离予的活度系数， 减少其毒性；( 6 ) 酶适应机制：土壤溶液中余属的影响会导致植物根际细胞酶的形成， 许多植物能产生不受重金属制约的酶；( 7 ) 渗透调节机制：重金属能引起许多物质从 植物体内渗漏，这是由于膜渗透性增加的缘故。 植物修复是2 0 世纪8 0 年代初期发展起来的环境污染治理技术【4 2 1 ，植物修复技 术具有其它物理化学方法所没有的优点：( 1 ) 成本低；( 2 ) 植物利用太阳能，不破坏生 态平衡，同时还能美化环境，易为公众所接受；( 3 ) 将富铅植物残体用于植物炼矿， 可产生经济效益。任何技术都不是万能的，植物修复也有其局限性：( 1 ) 修复速度慢； ( 2 ) 植物生长受到土壤类型、温度、湿度、营养等环境条件限制；( 3 ) 污染物必须是 植物可利用形态并且处于根系区域。根据植物修复的过程和机理，可归成3 种类 型：( 1 ) 植物提取( p h y t o e x t r a c t i o n ) ；( 2 ) 植物挥发( p h y t o v o l a t i l i z a t i o n ) ：( 3 ) 植 物稳定( p h y t o s t a b i l i z a t i o n ) 。植物提取修复技术主要是利用能够超量积累或富集 重金属的特殊植物，将土壤中各种过量元素或化合物大量转移到植物体内特别是地 上部分，通过移走地上部分从而达到减少土壤中重金属的目的。植物相当于一个太 阳能驱动泵将土壤中的过量元素不断泵到植物体内。植物提取技术可分为两种：持续 植物提取( c o n t i n u o u sp h y t o e x t r a c t i o n ) 即利用特殊植物吸收土壤重会属；诱导植 物提取( i n d u c e dp h y t o e x t r a c t i o n ) 即利用鳌合剂促进植物吸收土壤重金属。持续植 贵州大学硕十研究生论文 学坪植物对铅的吸收积累及其根际效j 、v 物提取( c o n t i n u o u sp h y t o e x t r a c t i o n ) 运用持续植物提取技术来修复污染土壤的关 键是植物超积累或富集重金属的能力。一般认为，能应用于持续植物提取技术的理 想植物应具备以下几个条件：可收获部分能积累较高含量的重金属：能在污染土 壤上正常生长并完成其生活史；具有较快的生长速度和较高的生长量。但目前大 多数的超积累植物往往生长缓慢，且生物量小，使得修复完成的时问过长。因此利 用基因工程技术将与超积累特性相关的基因转移到生长速度快且生物量大的普通植 物中，不失为一种可行办法。诱导植物提取( i n d u c e dp h y t o e x t r a c t i o n ) 对于在土壤 中极难移动的污染元素( 如铅) ，可以施用鳌合剂使土壤固相键合的金属释放，增加 土壤溶液金属的浓度，可大幅度地提高植物对余属的吸收和富集能力。由于已发现 的超积累植物种类少，而且生长较慢生物量较小，因而鳌合诱导修复技术比持续提 取技术更引人注目。鳌合剂对土壤中重金属的活化作用是鳌合剂应用于植物修复技 术的关键所在。鳌合剂的活化作用主要是通过鳌合剂与土壤溶液中的重金属离子结 合，降低土壤液相中的金属离子浓度，为维持金属离子在液相和固相之间的平衡， 熏金属从土壤颗粒表面解吸，由不溶态转化为可溶态，为植物的吸收创造有利条件。 植物挥发是利用植物吸收、积累和挥发污染元素从而减少土壤污染元素浓度。目前 在这方面研究最多的是类金属元素汞和非金属元素硒。很多种植物都可进行挥发性 s e 气体的生物合成与释放，但是目前还不十分清楚植物是如何吸收无机态的s e 并 将其还原成可挥发的有机态s e 。植物挥发技术不需要收获植物，也不需要考虑植物 的生长速度，但是植物挥发出来的有毒元素有可能会对大气环境造成污染。所以有 关植物挥发技术的环境风险也应加以系统评价。植物稳定是利用植物吸收和沉淀来 固定土壤中的重金属，以降低其生物有效性和防止其进入她下水和食物链，从而减 少其对环境和人类健康的污染风险。重金属污染土壤的植物稳定技术的研究与实践， 主要是对采矿、冶炼厂废气、清淤污泥和污水厂污泥及各种污染土壤的复垦。土壤 改良剂能够改变土壤化学性质和多价螯合金属污染物。常用的土壤改良剂有机肥和 污泥，无机阴离子( 磷酸盐) 、金属氧化物或氢氧化物等。植物在植物稳定技术中有 两个主要功能：保护污染土壤不受侵蚀。减少土壤渗漏来防止金属污染物的淋失：通 在根部累积和沉淀或通过根表吸收金属来加强对污染物的固定。适用于植物稳定技 术的植物应具有以下几个特点：( 1 ) 对重金属具有较高的耐性；( 2 ) 通过根部吸收，或 沉淀作用或还原作用将金属固定在土壤中；( 3 ) 植物对金属的吸收能力较低，减少收 获部分因为含有高浓度金属而带来的环境风险。植物稳定技术适用于相对不宣移动 贵州人学硕士吲f 究生论文 草坪植物对铅的吸收积累及其根断效戍 的金属，土壤质地粘重，有机质含量越高越好。目前这项技术已在矿区污染修复中 使用，在城市和工业区中采用不多。 超累积植物对重金属的富集能力比普通植物高出几十倍到几百倍，到目静为止， 在美国、澳大利亚、新西兰等地发现了4 0 0 多种超累积植物“。随着研究的深入， 人们发现超累积植物往往植株矮小，生长速度慢，再加上受气候、土壤环境的限制， 这些超累积植物很难具有实际应用价值。而生长速度快、生物量大的植物往往对重 金属忍耐性低，积累量不高。为了解决这个矛盾，使得普通植物具有超累积植物的 优良性能，国外已有将基因技术应用于植物修复的研究，并成为今后该领域研究的 一个重要方向，有可能导致植物修复的革命性的突破”1 。基因技术应用于修复技术 主要经过以下几个步骤：首先识别出对重金属耐性强或累积性高的生物，通过生物化 学、分子生物学等方法鉴别出控制这些性状的基因：然后将这些基因按设计方案定向 连接起来，并在特定的受体细胞中，与载体一起得到复制与表达，使受体植物获得 新的遗传特性，最后，将转基因植物进行田间试验。 植物根际与根际壤环境存在着复杂的相互作用“，根际土壤一般是指围绕根 面卜2 m m 厚、受根系分泌物控制的薄层土壤，是植物根系影响下的特殊生态环境3 。 根际环境独特的物理、化学和生物学性质能使重金属形态发生变化，改变其迁移性 和生物有效性，从而影响植物对它们的吸收。实际研究中往往将根系发育的整个表 土层作为根际土壤处理。根际环境不仅是物质和能量交换的场所，也是土壤物质循 环的重要作用界面，是养分、水分、有益或有害微生物、有机和无机污染物进入植 物的门户。由于植物根系分泌糖类、有机酸、氨基酸、脂肪酸等有机物质，降低了 根际土壤p h 值，加上植物根系对水分、氧含量、土壤通气的调适，刺激了根系附近 微生物群体的发育，使根际环境成为微生物作用的活跃区域，可以使重金属元素在 根际环境得到富集，金属元素的赋存形态及其生物有效性增加，从而提高植物对元 素的吸收、挥发或固定效率。植物根系与根际土壤间的作用是双方面的，方面根 际环境中重金属元素的地球化学行为及生物有效性受到植物生长、根系分泌物的影 响而产生变化，另一方面通过对根际环境的调适，可以改变重金属的生物有效性从 而增强或抑制植物根系对重金属的吸收脚”。根际土壤组分间的作用十分复杂，土壤 中重金属的地球化学活动性、生物有效性受到包括有机质、络合剂、p h 、e h 、微生 物等诸多土壤环境要素的控制，这为根际环境的调控提供了多种可能的途径。 通过对该研究领域近几十年来中外文献资料的检索发现，大部分的研究都是围 9 贵州人学硕士研究生论文 草坪植物对铺的吸收积累及其根际效心 绕铅对农作物的影响或者铅的富集植物的筛选进行的6 、巧2 2 切_ 2 4 2 5 棚j 。而且，目 前已经知道的超富集植物存在生物量小、生长缓慢等缺点，因此利用超富集植物去 除土壤中重金属的技术还没有大规模的运用”“，另外，重金属污染严重的般是公 路两侧、矿业废弃地，对这些铅污染土壤只要种植忍耐重金属的植物品种就可以。 草坪植物具备生长快、抗逆性强的特点，在被污染的土壤上种植草坪植物既可以改 良土壤理化性状，又能美化环境。本试验研究了铅污染对不同草坪草生长的影响， 通过对不同草坪植物生长的农艺指标以及植株体内铅含量的分析，揭示不同草坪草 品种在不同重金属污染水平下的危害特征，探讨四种草坪草对铅的吸收积累和耐性 特点以及铅对其根际生物活性的影响，为有效开展生态环境建设提供可能的依据。 l o 贵州大学硕士研究生论文 革坪植物对铅的吸收积累及兑根际敬戍 2 材料与方法 2 1 试验材料 供试土壤采自贵州大学南区松林坡，区域土壤类型为黄壤，取表层0 2 0c m 的 混合土样，经风干后过2 栅筛，充分混匀后备用。土壤的基本理化性质如表l 所示。 表1 供试土壤的基本性质 t a b l elp h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so ft h et e s ts o l l 供试植物分别为多年生黑麦草( 泰垂莱特品种) ( l o f i u m p e r e n n e ) 、早熟禾( 优异 品种) ( p o aa n n u a ) 、狗牙根( 麦瑞芝品种) ( c y n o d o nd a c r y l o n ) 和匍匐翦股颖( 开拓品 种) e r o s t i fs t o l o n i 乒r a ) 。 试验所用铅为分析纯( a r ) 醋酸铅( p b ( c h c 0 0 ) ：3 h ：0 ) 2 2 试验设计 2 2 1 土壤培养试验设计 土壤的铅处理浓度以铅离子计，设计6 个处理。处理1 ( 对照) ：0m g k g 。| 干土， 处理2 ：i 0 0m g k g “干土，处理3 ：5 0 0m g k g 。干土，处理4 ：1 0 0 0m g k 9 1 干土，处 理5 ：2 0 0 0m g k 9 1 干土，处理6 ：3 0 0 0 m g k g 。干土，每处理3 个重复。 2 2 2 溶液培养试验设计 溶液培养试验，设计6 个处理。处理1 ( 对照) ：0m g l ：处理2 ：0 5m g l ： 处理3 ：1m g l 一；处理4 ：5 m g l 一；处理5 ：l o m g l ；处理6 ：2 0 m g r ，每处理重复 3 次。 2 3 试验方法 2 3 1 溶液培养试验方法 将试验草种首先固定在尼龙网上。然后悬挂在盛有2 0 0 m l 的各质量浓度处理培 养液的烧杯里，培养液为0 5 9 l “的c a ( n 0 1 ) ：溶液，如果以蒸馏水替代c a ( no ) ：溶 液，会减缓植物根的生长，如果以复杂的的完全培养液来替代c a ( n o ，) ：溶液，可能 会使铅发生沉淀令试验结果出现偏差”。试验在连续光照条件下进行了1 4 天，每3 贵州大学碳士研究生论义 草坪植物对铅的吸收积累发j e 根阿；效应 天更新培养液并维持相同的铅离子浓度，在第1 4 天选取最长的株高和根长进行长度 测量。 2 3 2 土壤培养试验方法 将3 0 0 目尼龙纱网缝成7 0 r a m 黑麦草 早熟禾 狗牙根。 3 i 2 溶液培养条件下铅对植物根长的影响 研究结果显示( 表3 ) ，在溶液培养条件下，铅对植物的根长有显著抑制作用， l4 贵州大学硕士研究生论文 草坪植物对铅的吸收积累及其根际效应 随着处理浓度的升高，植物根系长度下降，各处理根系长度与对照相比，都达到了 显著水平。当铅离子浓度为2 0 r a g l “时，黑麦草根长比对照下降了9 4 4 ，狗牙根 根长比对照下降了9 6 ，早熟禾根长比对照下降了9 7 ，翦股颖根长比对照下降了 9 4 1 。 表3 溶液培养下不同浓度铅污染对草坪植物根长的影响 t a b l e 3e f f e c to fd i f f e r e n td e g r e eo fp bp o l l u t i o ni nc u l t u r es o l u t i o n o nr o o tl e n g t ho ft u r f g r a s s 早期对高等植物的重金属耐性研究清楚地显示根的生长对重金属毒性特别敏感 。溶液的培养是利用来研究个体植物的根生长对某个提高的余属水平的反应，这 个反应程度是通过测量根伸长而获得。比较处理溶液和对照溶液的根生长被利用来 计算忍耐指数。根伸长法是一种满意和快速的测量植物对重金属耐性的方法。“7 ， 本试验采用此方法测量了四种草坪植物对铅的耐性。随着铅处理浓度的上升，四种 植物的忍耐指数下降，但是下降的幅度是不同的，由表3 可以看出，在0 5 m g l 1 的 铅处理下，翦股颖的为7 0 ，黑麦草耐性指数为5 7 4 ，狗牙根的为5 0 ，早熟禾的为 4 3 7 ，在2 0m g 的高浓度下翦股颖忍耐指数最大为5 9 ，其次为黑麦草的5 6 ， 狗牙根的为4 2 ，早熟禾的为3 1 ，说明不管是低浓度下还是在高浓度下，四种草坪 植物忍耐铅能力上的强弱顺序为：翦股颖 黑麦革 狗牙根 早熟禾。 由此可以看出，溶液培养条件下，在四种供试草坪植物中，翦股颖对铅有较强 的耐受性，这与王慧忠。1 的研究结论相符。为了进一步研究铅的高耐性草坪植物和 低耐性草坪植物对铅的响应，进行了土壤培养试验。 3 2 草坪植物对铅的吸收积累 3 2 1p b 在不同植物中的含量与分布 正确评价重金属对植物生长的影响还要分析植株体内重金属的含量。表4 为草 坪植物体巾蘑金属铅禽精结果，可以看出，各种植物对钭 元索的吸收和积累特性是 1 i 荆f 同的，四种l = l 【物存不同处明! 浓度m 0 禽铅融与对j ( 相比，均达到融一并水! f ， 各个处理浓度下的植物含铅量也都有娃著性差异。随着处理浓度的增高，植：助地上 部分和根部含铅最 l v ij l j i i i 有显著不同，四种植物根部重金属含量均大于地l 部重金 属含量，不具备重会属超积累植物的一般特点，也就是说，与其它大部分植物对重 金属积累的特点相似，原因可能是重金属与植物作用时，根系首先接触重金属，对 重金属进行吸收或排斥，同n , t i l 细胞壁中存在大量交换位点，能将重金属离子交换 吸收或固定，从而促进或阻止重金属离子进一步向地上部分运输。 表4p b 在不同植物体内的含量( m g k g 。1 ) 与分布 t a b l e 4t h ec o n t e n ta n dd i s t r i b u t i o no fl e a di n t h ed i f f e r e n tp l a n t s n - h 行中数据用邓占多重l 匕较，小川一母的数值表_ i 它们2 问有! i j ! 兽差异( p 翦股颖 狗牙根 早熟禾( 以各种植物含量最高的器官计) 。 植物地上部和根系含铅量的比值即茎, f 根系( s r ) 能反映出重会属铅在植物 体内的运输和分配情况，由表3 可以看出，随着土壤中铅处理浓度的增加，黑麦草、 狗牙根、早熟禾和翦股颖的茎叶根系( s r ) 均有不同程度的增加，可见在被污染 的土壤上，这四种植物对铅有一定的运输能力，但表现不显著，各处理浓度下的茎 叶根系( s r ) 都小于1 ，且基本上都小于0 5 ，与对重金属超积累植物所具备的高 茎叶根系( s r ) 不符，说明这四种植物从根部向地上部运输铅的能力不强，不具 备超吸收、积累铅的能力，不能以“植物提取”的方式来修复重会属铅污染的土壤。 同时试验结果显示，随着土壤铅污染程度的加大，翦股颖的s r 比值一直在增加， 在3 0 0 0 m g p b k 9 1 处理时达到最大，为0 2 8 ，是此处理下早熟禾的s r 比值的1 4 倍， 狗牙根的s r 比值的l _ 6 倍，黑麦草的s r 比值的1 3 倍。由此可见，从茎叶根系 ( s r ) 比值这个指标来看，四种植物从根部向地上部运输铅的能力强弱顺序为：翦 股颖 黑麦草 狗牙根 早熟禾。 3 2 2 四种植物对铅的迁移总量 重金属迁移总量是个非常重要的指标，用以评价植物修复重会属污染土壤的 潜力”。由表5 可以看出，随着处理浓度的增加，四种植物地上部对铅的迁移总量 也在上升，在3 0 0 0 m g k 9 1 的铅处理下，黑麦草地上部迁移总量为2 0 3 m g ，是对照的 5 3 4 倍，翦股颖地上部分迁移总量为i 2 0 1 m g ，是对照的7 5 1 倍，狗牙根和早熟禾地 上部分迁移总量比黑麦草和翦股颖要小的多，分别为0 3 7 6 m g 、0 0 4 5 m g 。因为草坪 植物的生物量量大、生长迅速，而且本试验所用草种仅为o 5 9 ，如果大面积的种植 黑麦草和翦股颖，它们对铅的迁移总量也是很大的。 贵州大学硕士研究生论义革坪植物对铅的吸收积累及 且根陬艘戍 表5 植物的重金属迁移总量 t a b l e 5t o t a lh e a v ym e t a lt r a n s l o c a t i o no fl e a di na b o v e g r o u n d p a r t so fd i f f e r e n tp l a n t s 处理( m g p b k g 土) 0 1 0 05 0 0l o g o 2 0 0 03 0 0 0 黑麦革 狗牙根 早熟禾 c o n 翦股颖 b i o 1 8 l 产 1 6 7 b c 0 0 3 8 1 3 8 f 7 6 b o 0 1 0 1 9 4 f 8 6 b 0 0 1 7 l ，2 4 f 1 2 8 c 2 2 5 e 1 9 4 a 0 0 3 5 1 9 1 e 8 9 a o 0 1 7 5 4 2 e 1 0 5 a 0 0 5 7 1 4 6 e 1 3 4 b 4 0 6 d 1 65 b c 0 0 6 7 4 3 8 d 7 6 b o 0 3 3 6 2 5 c 8 9 b 0 0 5 6 6 ，8 5 d 1 6 o a 5 8 2 7 c 1 7 1 b 0 9 9 6 3 3 9 2 c 5 6 c 0 ，1 9 0 5 5 l d 7 8 c 0 0 4 3 1 4 1 2 c 1 6 o a 5 8 6 0 b 1 7 ，l b l0 0 2 5 2 ，1 4 b 1 2 4 c 1 3 9 o l a 1 4 6 d 2 0 3 0 1 2 1 8 1 0 8 d t m t0 0 1 60 0 2 0 0 1 l o0 2 2 60 6 4 7 】2 0 1 在同一行中数据用邓肯多重比较4 i 旧字母的数值表示它们之间青显著差异( 仄o 0 5 ) s a m el e t t e r sw i t h i n e a c hi i n ei n d i c a t en os i g n i f i c a n td i f f e r e n c ep c 0 。0 5l e v e l ，a c c o r d i n gt od u n c a n sm u l t i p l er a n g et e s t ： c o n ：地上部重金属含量c o n t e n to fl e a di na b o v e g r o u n dp a r t s ( m g k g ) ：b i d ；地上部生物置b i o m a s so f a b o v e g r o u n dp a r t s ( g ) ；t m t ：地上部重金属迁移总量t o t a lh e a v y m e t a lt r a n a l o c a t e do f a b o v e g r o u f l d d a r t s ( “g ) ；生物量和t 衔下均以所收获的全部植物计b i o m a s sa n d1 衙w e r ec a l c u i a t e dw i t ha i id i n n t s 3 2 3 植物对铅的耐性 根系耐性指数( r o o tt o l e r a n c ei n d e x ) 是各处理的根系长度与对照的根系长 度的比值，可以很好的反映植物对重盒属的耐性情况“，因为植物与重盒属作用时， 首先接触的是根系，敏感植物在中毒浓度下，都会有不同程度的损伤，抑制根系的 生长，而耐性植物则没有影响或影响较小，因此根系耐性指数是反映植物体对重金 属耐性的一个非常重要的指标。 从图l 可以看出，四种植物的根系耐性指数有所不同，在1 0 0 - - 3 0 0 0 m g k g “的铅 处理范围内，狗牙根和早熟禾的耐性指数均小于l ，黑麦草在 2 0 0 0 m g ，k g - 的p b 处理 下耐性指数才小于1 ，而翦股颖在3 0 0 0m g k 9 1 的p b 处理下，耐性指数才小于l 。 在3 0 0 0m g - k 9 1 的铅高浓度处理下，黑麦草、狗牙根、早熟禾与翦股颖的耐性指数分 别为o 8 、0 6 4 、0 6 7 和0 8 5 ，说明狗牙根和早熟禾对铅比黑麦草和翦股颖对铅敏 感。所以从根系耐性指数来衡量四种植物对铅的耐性，强弱顺序为：翦股颖 黑麦草 早熟禾 狗牙根。 18 眦耐m 弘4 m鼢t ；啦 n 4 n 渤融嘶 。；4 m渤甜 & 6 c ： 咖椰 渤哪 咖咖哪 贵州大学硕士研究生论文 草坪植物对铅的吸收积累及其根际效应 ，、 h 卜 瞄 v 糕 靶 赳 谨 幅 璀 1 4 t 口o 图1 0 0 皿5 0 0 口1 0 0 0 团2 0 0 0 口3 0 0 0 狗牙根黑麦草早熟禾翦股颖 图1 不同铅处理下草坪植物根系耐性指数 f i g 1t h er o o tt o l e r a n c ei n d e xo fd i f f e r e n tt u r f g r a s s 3 2 4 不同植物体内含铅量耐性临界值的确定 耐性临界值是反映植物修复潜力的关键数据，耐性临界值高的植物其体内能够 吸收大量重金属，可以作为优势种群去修复被重金属污染的土壤。植物的耐性临界 值有上限和下限两个指标，把根系耐性指数约等与1 0 时该植物体内重金属含量定 为临界值的下限，当植株的重金属含量超过临界值的下限时，植物的根系生长受阻， 植物不能正常生长；在重金属污染条件下植物体内的重金属含量最高且能够正常生 长时其体内的含量定为临界值的上限，它表明当植株重金属含量超过此阈值，植株 体内的防御机制彻底破坏，植物受到严重毒害，甚至死亡。根据此定义和表4 、图1 的内容，确定了四种草坪植物在土壤铅污染下的临界值( 表6 ) 。从分析结果可以 看出，黑麦草的上限为1 3 9 o l m g k g ，翦股颖的上限为1 1 1 2 1m g k g ，分别是早熟 禾的1 4 0 倍和1 1 2 倍，说明黑麦草和翦股颖吸收铅的能力比早熟禾和狗牙根强。 表6 各种草坪植物p b 耐性临界值( m g k g 。) t a b l e 6c r i t i c a lc o n t e n t so fd i f f e r e n tt u r f g r a s s 1 9 贵州大学硕上研究生论文 学坪植物对铅的吸收积祟及其根际效廊 3 2 6 植物对铅的富集系数 为了能够更明确的反映植物对土壤中重金属的吸收转移能力的强弱，分别计算 了四种植物对重金属铅的富集系数，计算公式为：富集系数= 植株中重金属含量土 壤中重金属含量。富集系数是衡量植物对重金属积累能力大小的一个重要指标，富 集系数越大，说明植物对重盒属吸收积累能力越强。 由表7 可知，除了在对照处理下，黑麦草和狗牙根的根部铅富集系数大于l 以 外，其它处理下，四种草坪植物的地上部和根部铅富集系数均小于l ，也就是说植 物体内铅含量均未超过土壤中重金属铅的浓度。同时表6 还显示，四种草坪植物的 根部铅富集系数在各个处理下均大于地上部铅富集系数，说明四种植物吸收的铅主 要积累在根部。在3 0 0 0 m g k g “的p b 处理下，黑麦草地上部和根部铅富集系数分别为 0 0 9 和0 4 1 ，翦股颖地上部和根部铅富集系数分别为0 0 7 和0 ，2 8 ，狗牙根地上部 和根部铅富集系数分别为o 0 6 和0 3 5 ，早熟禾地上部和根部铅富集系数分别为0 0 1 和o 2 7 ，所以从富集系数这个指标来看，四种草坪植物的铅富集能力大小顺序为： 黑麦草 翦股颖 狗牙根 早熟禾。 表7 草坪植物对重金属铅的富集系数 t a b l e7t h eb i o a c c u m u l a t i o nc o e f f i c i e n to fp b i na b o v e g r o u n dp a r t so ft u r f g r a s s 3 2 6 植物含铅量与土壤中铅添加量的相关性 对四种植物地上部和根部铅含量与土壤中铅添加量的相关分析结果表明( 表8 ) ： 根、地上部铅含量都与土壤中铅添加量有显著的正相关，相关系数都大于0 9 0 ，说 2 0 贵州大学颁卜研究生论立草虾植物对铅的吸收积累及其根环效应 明随着外源铅添加浓度的升高，植物体内的含铅量也增加。四种植物体内铅含量与 土壤中铅添加量的相关系数不尽相同，黑麦草根部铅含量与土壤中铅含量的相关系 数最大为0 9 9 6 1 ，其次为翦股颖的根铅含量与土壤铅