周廣波 ，張方剛 ，荀守華 ，喬玉玲 ，丁昌俊 ，李善文 ，董玉峰 *

(1.莘縣國有馬西林場，山東 莘縣 252415；2.臨邑縣農林局，山東 臨邑 251500；3山東省林業(yè)科學研究院 山東省林木遺傳改良重點實驗室，山東 濟南250014；4.林木遺傳育種國家重點實驗室，國家林業(yè)局林木培育重點實驗室，中國林業(yè)科學研究院林業(yè)研究所，北京100091)

土壤重金屬污染是全球面臨的一個嚴重的生態(tài)環(huán)境問題，因其具有持續(xù)時間長、污染隱蔽性強、污染區(qū)域廣等特點，導致污染土壤治理十分困難，并成為環(huán)境污染治理研究的熱點和難點［1-2］。國內外對土壤重金屬污染的治理方法主要有物理修復、化學修復和生物修復［3-5］。然而，因植物修復技術具有成本相對較低、不引起二次污染等優(yōu)點，近年來已經為重金屬污染治理與修復研究的熱點［6-8］。目前，國外內學者對植物修復的研究主要集中在重金屬對植物生長與生理生化特征的影響，及重金屬在植物體內的吸收、遷移和轉化機制等方面［6-7］。但針對重金屬對植物生長等方面的研究相對較少［9］，尤其是重金屬對同種植物不同品種和無性系生長的影響更是鮮有報道。

楊樹種類多、生長快、繁殖容易、適生栽培區(qū)域廣泛，是中緯度地區(qū)最重要的造林樹種之一。研究表明，楊樹對重金屬 Zn、Pb、Cu、As、Cd 等均具有一定的修復效應［10-11］，如在重金屬 Cd、Zn、Cu、Pb 復合污染下，水培的20個楊樹和柳樹品種生物量、重金屬耐性和富集量等方面存在顯著差異［12］。然而，目前國內的相關研究相對較少，并已影響到楊樹在土壤重金屬污染修復中的應用。本文通過開展黑楊派雜交無性系苗木在重金屬Cd和Cu污染土壤中的對比生長試驗，探索不同楊樹品系對土壤重金屬污染的生長響應，旨在初選出適宜推廣的耐重金屬污染品系，為區(qū)域重金屬污染土壤的植物修復提供參考依據。

1 材料和方法

1.1 植物材料

選用山東省林業(yè)科學研究院楊樹課題組初選的黑楊人工雜交無性系 L-6、L-9、L-16、L-18、L-23和L-24，和當前主栽楊樹品種中菏1號、I-107、T26和L324，共計10個品系。取其1年生插穗扦插盆栽。從長清區(qū)育苗基地剪取1年生苗干，每個品系6～8株，各品系苗高和苗徑相對均勻一致。

1.2 土壤材料

土壤為山東省林業(yè)科學研究院試驗苗圃土，速效氮、磷和鉀的含量分別為67.7、48.2和79mg/kg，pH為7.55，可溶性鹽分為0.056%，土壤田間持水量為33.2%。

選用鎘（Cd）和銅（Cu）2種重金屬化合物作為試驗污染物。Cd化合物為CdCl2·2.5H2O分析純，分子量228.35，采購試劑為天津市凱通化學試劑有限公司生產。Cu化合物為CuSO4·5H2O分析純，分子量249.68，為萊陽市康德化工有限公司生產。

重金屬Cd設計3個處理用量，分別為Cd1=50 mg·kg-1、Cd2=100 mg·kg-1和 Cd3=150 mg·kg-1，以零用量為對照（CK）。重金屬Cu設計3個處理用量，Cu1=500 mg·kg-1、Cu2=1000 mg·kg-1、Cu3=1500 mg·kg-1，并以零用量為對照（CK）。

1.3 試驗方法

采用盆栽試驗，其中花盆口直徑30 cm，高26 cm，每盆裝土7 kg。將每種化學試劑每一處理濃度的10個品系所需土壤全部稱重，稱取所需的試劑總重量加入土壤，充分混合攪拌均勻，裝盆。土壤裝盆后澆適量清水，待平衡一月后，選規(guī)格均一的插穗進行扦插，每盆扦插1個插穗，待插穗發(fā)芽成活后保留1株健壯苗。盆栽試驗的全過程在嚴格控制水分和大氣條件下進行。

生長季結束，測量試驗品系的苗高、地徑，將試驗植株從盆中帶根系取出，掛牌標記，每株稱重，即為苗木生物量。

1.4 數據分析

試驗各組數據均運用SPSS 16.0進行ANOVA方差分析和LSD法進行多重比較，顯著性水平定為p=0.05。聚類分析使用層次聚類法（Hierarchical cluster），度量標準選用Pearson系數。

2 結果與分析

2.1 Cd、Cu處理對地徑生長量的影響

Cd和Cu處理對楊樹苗木的地徑生長量具有一定的影響，但不同品系對Cd和Cu水平的響應趨勢不完全一致（表1）。在重金屬Cd的3個處理（Cd1、Cd2、Cd3）中，除中菏1號外其他9個品系的地徑生長量均是在 Cd1 水平（50 mg·kg-1）下最大，其中最大地徑生長量出現在L-9。當Cd用量為100 mg·kg-1時，各品系苗木生長量高于對照或與對照無顯著性差異，其中L-18和L-23的地徑生長量最大；當Cd用量為150 mg/kg時，各品系苗木生長量略低于對照或與對照無顯著性差異，其中L-6的地徑生長量最大，L-18的地徑生長量最小。這說明土壤中Cd含量在50-100 mg·kg-1對楊樹苗木的生長影響較小，但Cd含量超過100 mg·kg-1則對地徑生長產生抑制作用。

在使用重金屬Cu的3個處理中，除L-24外其他9個品系地徑生長量隨Cu濃度增加無顯著性差異。使用 500 mg·kg-1和 1000 mg·kg-1Cu 處理時對各品系苗木地徑生長量無抑制表現；使用1500 mg/kg Cu處理時，多數品系地徑生長量大于對照或與對照無顯著性差異，個別品系地徑生長量（L-24、L-6、L-9）小于對照。

2.2 Cd、Cu處理對高生長量的影響

Cd處理對10個楊樹品系高生長量的影響具有一定差異（表2）。表2表明，中菏 1號、L-324、L-6、L-24、L-23的高生長量在不同Cd處理水平下無顯著差異，而I-107則存在顯著差異。這說明，I-107對Cd的耐受性水平較高或者Cd對I-107的高生長沒有影響。當 Cd用量為 50 mg·kg-1時，L-16、L-9和I-107的高生長量顯著大于對照，而其他品系與對照差異不顯著；而Cd2水平下，只有L-16的高生長量顯著大于對照，而其他品系與對照的差異不顯著；當Cd用量為150 mg·kg-1時，10個品系的高生長量均與對照差異不顯著。

表1 Cd、Cu處理對地徑生長量的影響

表2 Cd、Cu處理對高生長量的影響

Cu處理對10個楊樹品系苗高生長量的影響各不相同（表2）。表2表明，在不同處理水平下，I-107、L-16、T-26、中菏1號的高生長量無顯著性差異，而其他6個品系的高生長量存在一定的顯著性差異。不使用Cu處理時，10個品系中L-6的苗高生長量最大。當Cu用量為500 mg·kg-1時，L-23、L-9的苗高生長量顯著高于對照，其他品系則與對照物顯著差異；當Cu用量為1000 mg·kg-1時，只有L-324的高生長量顯著低于對照，其他品系的高生長量與對照差異不顯著；當Cu用量為1500 mg·kg-1時，只有L-18的高生長率顯著低于對照，而其他9個品系與對照差異不顯著。

2.3 Cd、Cu處理對生物量的影響

Cd處理對10個品系生物量具有顯著性影響，但不同的Cd水平對各品系的影響不完全一致。當Cd 用量為 50 mg·kg-1時，I-107、L-16、L-18、L-9 的生物量顯著高于對照，分別為對照的1.24倍、1.53倍、1.42倍和1.45倍。當Cd用量為100 mg·kg-1時，I-107、L-16、L-18、L-9、L-324、 中菏 1 號的生物量顯著高于對照，其中中菏1號的生物量約為對照的2.03倍。當Cd用量為150 mg·kg-1時，只有中菏1號的生物量呈現顯著增加，而其他品系的生物量呈下降趨勢或者差異不顯著。

表3 Cd、Cu處理對生物量的影響

Cu處理同樣對10個品系的生物量具有顯著性影響，但不同品系對不同處理水平的響應不同。當Cu 用量為 500 mg·kg-1時，I-107、L-16、L-18、L-9的生長量顯著高于對照，分別約為對照的1.24、1.53、1.42和 1.45倍。當 Cu用量為 1000 mg·kg-1時，I-107、L-16、L-18、L-9、L-324 的生長量顯著高于對照。當Cu用量為1500 mg·kg-1時，I-107的生物量顯著下降，而中菏1號仍為顯著增加，而其他無性系沒有顯著變化。

2.4 不同品系對Cd、Cu處理響應的聚類分析

以10個品系不同處理下的地徑、苗高、生物量為變量，進行層次聚類。聚類分析結果表明，10個品系對Cd和Cu處理的響應規(guī)律不一致（圖1，表4）。10個品系在3個用量Cd處理后，苗高、地徑生長量排在較大的是L-9和L-6，生物量最大的是L-16，其次是L-9。這說明這幾個系號自身具有速生特性，同時表明L-9、L-16和L-6對重金屬Cd污染具有較強抗性。10個品系在Cu處理后，苗高生長量最大的為L-9，其次是L-6；地徑生長量最大的系號是L-6和L-9；生物量最大的系號是L-9，其次是L-6。

以9作為組間分類特征值，10個品系分別可以3組和4組。其中，中菏1號對Cd處理的響應最為顯著，而I-107對Cu的處理的響應最為顯著。同樣，多重比較分析（LSD）也支持這一結論（表4）。

圖1 不同品系對Cd、Cu處理響應的聚類分析

表4 Cd、Cu處理對生長量影響的綜合比較

3 討論與結論

重金屬Cd和Cu對黑楊品系苗木生長量的具有一定的影響，但影響程度的大小受品系和處理水平的影響，這與王新等［10］、張春燕等［13］的研究結論一致。本試驗土壤加入50-100 mg·kg-1Cd有利于苗木高度、地徑和生物量的增加，Cd用量超過100 mg·kg-1則不利于苗木的生長。張東為等［14］試驗證明遼育系列苗木的生物量明顯受鎘污染的影響，在土壤含Cd量為150 mg·kg-1時，2個品種生物量顯著下降，這與本試驗結果相似。

土壤加入500 mg·kg-1的重金屬Cu對黑楊苗木高生長量沒有抑制，Cu用量超過500 mg·kg-1Cu則降低苗木高生長量。使用500 mg·kg-1和1000 mg·kg-1Cu處理有利于苗木地徑生長量沒有抑制，用量1500 mg·kg-1Cu時則地徑生長量受抑制。本試驗中，Cu對黑楊苗木生物量有促進作用，土壤加入500 mg·kg-1和 1000 mg·kg-1Cu 有利于楊樹苗木生物量的增加。袁成等［15］通過調查分析江蘇省宿遷市境內楊樹葉片3種重金屬Cu、Mn、Zn的含量，呈現出 Mn、Zn 含 量較 高 分 別 為 50.47 mg·kg-1、36.67 mg·kg-1，Cu含量中等。正是因為楊樹體內Cu含量少，在土壤中增加用量，相當于增加微量元素，反而有利于直徑生長和單株生物量增加。

不同品系在Cd和Cu處理后生長量差異顯著。在3個用量Cd污染后，苗高、地徑生長量排在前列的系號是L-9和L-6，生物量最大的系號是L-16，其次是L-9。在3個用量Cu污染后苗高、地徑和生物量較大的系號同樣是L-9和L-6。說明這幾個系號自身具有速生特性，同時表明它們對重金屬Cd和Cu污染具有較強耐受性。