陳天 包寧穎 杜崇宣 王妍 劉云根

摘要：【目的】探究不同水平外源磷（P）輸入對(duì)挺水植物香蒲在不同梯度砷（As）污染底泥中的生長(zhǎng)指標(biāo)及其對(duì)砷累積與遷移的影響，為砷污染濕地生態(tài)恢復(fù)區(qū)的建設(shè)和日常管理提供科學(xué)參考?！痉椒ā客ㄟ^(guò)試驗(yàn)?zāi)M0 mg/L（PCK）、0.2 mg/L（P0.2）、2 mg/L（P2）和20 mg/L（P20）4種不同水平的外源磷輸入0 mg/kg（As0）、150 mg/kg（As150）和600 mg/kg（As600）3種不同程度砷脅迫生境，分析香蒲的生長(zhǎng)指標(biāo)和其對(duì)砷的積累特征?！窘Y(jié)果】底泥砷處理為As0時(shí)，P0.2處理下香蒲有最大生物量積累（95.57 g/株），根部耐性指數(shù)（TI）和香蒲單位面積砷遷移總量（W）最高，分別為110.18%和2.68 g/ha;P20處理下香蒲PSⅡ光合系統(tǒng)最大光合潛力（Fv/Fm）、PSⅡ光合系統(tǒng)電子轉(zhuǎn)運(yùn)效率（ETo/RC）和植株間轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF）最大，分別為0.81、1.16和0.50，此時(shí)香蒲對(duì)底泥中砷去除率（Rc）、固定率（Rs）及提取量（EX）最高，分別為32.96%、33.12%和717.06 μg。底泥砷處理為As150時(shí)，P0.2處理下生長(zhǎng)于污染底泥中的香蒲生物量積累、TI和TF均最高，分別為100.20 g/株、120.16%和0.08，此時(shí)Rc、Rs和EX也最高，分別為32.45%、35.35%和1921.98 μg;P2處理下Fv/Fm、ETo/RC和W最大，分別為0.84、1.25和8.29 g/ha。底泥砷處理為As600時(shí)，P0.2處理下香蒲Fv/Fm、Rc和Rs最大，分別為0.80、56.99%和52.73%;P2處理下香蒲生物量積累、ETo/RC和W最高，分別為96.23 g/株、1.07和20.43 g/ha;P20處理下香蒲地上部對(duì)砷BCF和TF最大，分別為0.58和0.24?！窘Y(jié)論】當(dāng)?shù)啄嗵幱谥兄囟壬槲廴荆?150 mg/kg）時(shí)，較高磷水平（0.2 mg/L）處理可獲得更好的香蒲生態(tài)修復(fù)砷污染效果;當(dāng)?shù)啄嗵幱趪?yán)重砷污染（150～600 mg/kg）時(shí)，高濃度磷水平（2 mg/L）處理使香蒲對(duì)砷生態(tài)修復(fù)效果最優(yōu)。實(shí)際應(yīng)用中適當(dāng)提高供磷水平可改善香蒲生態(tài)修復(fù)砷污染濕地的效果。

關(guān)鍵詞： 香蒲;砷;磷;積累;雙重脅迫;耐受性;遷移

中圖分類號(hào)： S181? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：2095-1191（2020）09-2104-09

Effects of exogenous phosphorus input on growth and arsenic accumulation in Typha angustifolia L. contaminated by arsenic

CHEN Tian1， BAO Ning-ying1， DU Chong-xuan1， WANG Yan1，2， LIU Yun-gen1，3*

（1College of Ecology and Environment， Southwest Forestry University， Kunming? 650224， China; 2Institute of Rock Desertification， Southwest Forestry University， Kunming? 650224， China; 3Water Science and Engineering Center，Southwest Forestry University， Kunming? 650224， China）

Abstract：【Objective】To explore the effects of different levels of exogenous phosphorus（P） input on the growth indexes of the emergent plant Typha angustifolia L. in the sediment polluted by arsenic（As） in different gradients and on the accumulation and migration of As，and to provide suggestions for the construction and daily management of the wetland ecological restoration area polluted by arsenic. 【Method】The growth indexes and arsenic accumulation characteristics of T. angustifolia were analyzed by simulating four different levels of exogenous phosphorus 0 mg/L（PCK），0.2 mg/L（P0.2），2 mg/L（P2） and 20 mg/L（P20） under three different levels of arsenic stress 0? mg/kg（As0），150 mg/kg（As150） and 600 mg/kg（As600）. 【Result】When the sediment arsenic treatment is As0， the T. angustifolia has the largest biomass accumulation （95.57 g/plant） under the P0.2 treatment，and the root tolerance index（TI） and the total arsenic migration per unit area （W） of the T. angustifolia were the highest，respectively 110.18% and 2.68 g/ha. The maximum photosynthetic potential （Fv/Fm），electron transport efficiency（ETo/RC） and interplant transfer coefficient（TF） of the PSⅡ photosynthetic system of T. angustifolia under P20 treatment were the highest，which were 0.81，1.16 and 0.50 respectively. The medium arsenic removal rate（Rc），fixation rate（Rs） and extraction volume（EX） of T. angustifolia on arsenic in sediment were the highest，respectively 32.96%，33.12% and 717.06? μg. When the sediment arsenic treatment was As150，the biomass accumulation，TI and TF of the T. angustifolia growing in the polluted sediment under the P0.2 treatment were the highest，which were 100.20 g/plant，120.16% and 0.08，respectively，while the Rc，Rs and EX were also the highest，respectively 32.45%，35.35% and 1921.98 μg. Fv/Fm，ETo/RC and W were the largest under P2 treatment，respectively 0.84，1.25 and 8.29 g/ha. When the sedi-ment arsenic treatment was As600，the Fv/Fm，Rc and Rs of T. angustifolia under P0.2 treatment were the largest，which were 0.80，56.99% and 52.73% respectively. T. angustifolia biomass accumulation，ETo/RC and W were the highest under P2 treatment，which were 96.23 g/plant，1.07 and 20.43 g/ha，respectively. Under P20 treatment，the arsenic BCF and TF of T. angustifolia? were the highest，which were 0.58 and 0.24，respectively. 【Conclusion】When the bottom sediment is in mode-rate to severe arsenic pollution（<150 mg/kg），treatment with a higher phosphorus level（0.2 mg/L） can achieve a better effect of T. angustifolia ecological restoration of arsenic pollution. When the sediment is seriously polluted by arsenic （150-600 mg/kg），the treatment with high concentration of phosphorus（2 mg/L） makes T. angustifolia the best effect on arsenic ecological restoration. In practical applications，an appropriate increase in the level of phosphorus supply can improve the effect of T. angustifolia ecological restoration of arsenic-contaminated wetlands.

Key words： Typha angustifolia L.; arsenic; phosphorus; accumulation; dual stress; tolerance; migration

Foundation item： National Natural Science Foundation of China（21767027，40761098）

0 引言

【研究意義】砷是一種致癌的劇毒類重金屬元素，我國(guó)在2013年被世界衛(wèi)生組織（WHO）列為砷污染最嚴(yán)重的國(guó)家和地區(qū)之一，其中西南地區(qū)有色金屬資源豐富、大面積開采礦產(chǎn)，使得湖泊、水庫(kù)等地表水遭受砷污染的風(fēng)險(xiǎn)更高（Chen et al.，2015;Han et al.，2016）。湖濱濕地處于水陸交界處，在陸源污染攔截、湖泊水質(zhì)凈化等方面有十分重要的地位（Liu et al.，2016）。滇中高原湖群區(qū)分布多條磷礦帶，流域內(nèi)生活、生產(chǎn)活動(dòng)加劇了入湖的磷污染負(fù)荷，湖濱濕地是外源磷輸入湖泊的必經(jīng)區(qū)域（段昌群等，2010）。磷和砷均為第五主族元素，磷酸鹽與砷酸鹽有十分相似的化學(xué)性質(zhì)，在晶體結(jié)構(gòu)中可相互替代，關(guān)注面臨砷污染和富營(yíng)養(yǎng)化雙重風(fēng)險(xiǎn)的高原湖濱濕地保護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和科學(xué)價(jià)值。植物是湖濱濕地的核心組成部分，在外源污染吸收、底泥環(huán)境優(yōu)化和微生物群落構(gòu)建等方面的作用不可取代（戚志偉等，2016），因此，對(duì)于砷污染高原湖泊，研究外源磷輸入對(duì)湖濱濕地挺水植物吸收砷的影響十分有必要?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】香蒲（Typha angustifolia L.）是一種易于培養(yǎng)、抗逆性強(qiáng)的多年生大型挺水植物，能耐高濃度的鎘、鉛、鋅等重金屬污染，同時(shí)對(duì)生活及工業(yè)廢水中磷、氮、有機(jī)物等污染物質(zhì)也有很強(qiáng)的吸附富集能力，被以美國(guó)為代表的北美國(guó)家廣泛引種用作濕地生態(tài)修復(fù)建群種（Wenzel et al.，2001;Duman et al.，2015）。自1975年美國(guó)在華盛頓湖濱濕地開展以挺水植物構(gòu)建生態(tài)修復(fù)區(qū)的研究以來(lái)，以香蒲為建群種的人工濕地對(duì)區(qū)域水環(huán)境的治理取得了顯著成效（黃淑萍等，2016）。此外，昆明滇池流域人工濕地對(duì)湖水總氮和總磷削減量分別達(dá)60%和50%（翁白莎等，2010），上海大蓮湖人工濕地建設(shè)后水域總磷和總氮量均顯著下降的同時(shí)水域新增6種水禽類動(dòng)物（吳迪等，2010），白銀黃河流域人工濕地建設(shè)后水體鉛和銅濃度下降80%以上（司萬(wàn)童等，2012）。砷和磷在植物中的行為十分復(fù)雜，Pigna等（2009）研究發(fā)現(xiàn)外源磷輸入的增加可使植物吸收砷效率顯著降低，但部分學(xué)者在對(duì)砷超富集植物蜈蚣草的研究中發(fā)現(xiàn)外源磷可顯著促進(jìn)蜈蚣草對(duì)砷的吸收和富集，表現(xiàn)出明顯的協(xié)同效應(yīng)（陳同斌等，2002;Liu et al.，2018）?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前尚未有在人工模擬濕生狀態(tài)中研究磷水平改變對(duì)富砷生境下香蒲生理指標(biāo)的影響，以評(píng)價(jià)香蒲對(duì)砷污染土壤耐受性及其對(duì)砷積累的文獻(xiàn)報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】探究香蒲對(duì)生境中砷、磷改變的生理生態(tài)響應(yīng)，以期為砷污染濕地生態(tài)修復(fù)區(qū)的建設(shè)和日常管理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

供試植株為購(gòu)自昆明市花卉市場(chǎng)的當(dāng)年生香蒲萌發(fā)苗，選擇生物量和株高基本一致、生長(zhǎng)狀態(tài)相近的幼苗。模擬濕地生境底泥的土壤在昆明市呼馬山（東經(jīng)102°49′53.27″，北緯24°52′59.33″，海拔1930.05 m）采集，將土壤采回自然陰干后磨細(xì)，過(guò)60目，其理化性質(zhì)見表1。

1. 2 試驗(yàn)方法

1. 2. 1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)在西南林業(yè)大學(xué)水科學(xué)與工程中心進(jìn)行，采用室內(nèi)培養(yǎng)的方式。通過(guò)人工添加七水合砷酸氫二鈉（Na2HAsO4·7H2O）的方式模擬野外砷污染濕地環(huán)境，依據(jù)本課題組前期研究結(jié)果（任偉等，2019），試驗(yàn)設(shè)置模擬0、150和600 mg/kg 3種底泥砷梯度（以As5+計(jì)），分別記為As0、As150和As600，在水中加入磷酸二氫鉀（KH2PO4）設(shè)0、0.2、2和20 mg/L 4個(gè)供磷水平（以P5+計(jì)）磷源，分別記為PCK、P0.2、P2和P20，模擬12種不同水平砷磷交互形成污染的濕地底泥。

使用黑色聚乙烯塑膠桶作濕地模擬裝置，每桶裝入15 kg干土和10 L添加有KH2PO4的外源水，稱取Na2HAsO4·7H2O按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)制成水溶液加入處理好的土壤，并充分?jǐn)嚢韬蠛诎捣胖?個(gè)月進(jìn)入老化階段，每個(gè)試驗(yàn)梯度用濕地模擬裝置桶重復(fù)3次。表2為香蒲移栽前底泥各形態(tài)砷及總砷含量的測(cè)量結(jié)果。

2018年4月18日移栽香蒲，在每個(gè)濕地模擬裝置桶中等間距栽種6株香蒲幼苗，每個(gè)試驗(yàn)梯度共種植18株香蒲。試驗(yàn)區(qū)外設(shè)置遮雨大棚保證試驗(yàn)不受天氣影響。培養(yǎng)60 d后，選取生長(zhǎng)良好且均勻一致的植株用于各指標(biāo)測(cè)定，期間土壤始終處于水位一致淹水狀態(tài)。

1. 2. 2 樣品采集與測(cè)定 植株采樣前3 d內(nèi)選取天氣溫度適宜、陽(yáng)光晴好的一天，早晨10點(diǎn)測(cè)量香蒲葉片快速葉綠素?zé)晒鈪?shù)。每處理選取生長(zhǎng)狀況一致的3株香蒲，用葉夾處理將香蒲內(nèi)生第3片葉片暗適應(yīng)30 min后，使用OS5p+便攜式脈調(diào)制脈沖葉綠素?zé)晒鈨x（美國(guó)Opti-Science公司）測(cè)定快速葉綠素?zé)晒鈪?shù)[PSⅡ光合系統(tǒng)最大光合潛力（Fv/Fm）、PSⅡ光合系統(tǒng)電子轉(zhuǎn)運(yùn)效率（ETo/RC）]。

將土壤與香蒲小心分離，取出包括根在內(nèi)的1株完整株香蒲，用水仔細(xì)沖洗表面，再用去離子水將香蒲洗凈后濾紙擦干，測(cè)定香蒲株高、鮮生物量等指標(biāo)。將香蒲地上部與地下部分離，在105 ℃下殺青30 min，70 ℃烘干至恒重后粉碎。植株部分總砷采用HNO3-HClO4混酸消解法測(cè)定，土壤總砷及各形態(tài)砷采用Wenzel等（2001）報(bào)道的連續(xù)提取方法，樣品處理后使用AFS-810雙道原子熒光光度計(jì)（北京吉天儀器有限公司）進(jìn)行測(cè)定。

1. 3 相關(guān)指標(biāo)計(jì)算方法

1. 3. 1 植物對(duì)重金屬的耐性指數(shù) 植物根部是最先接觸土壤重金屬的器官，可利用根長(zhǎng)作為表征植物對(duì)重金屬耐性的指標(biāo)，計(jì)算公式如下：

耐性指數(shù)（TI，%）=Li/Lc×100

式中，Li為各處理組根的平均長(zhǎng)度（cm），Lc為對(duì)照組根系平均長(zhǎng)度（cm）。

1. 3. 2 植物對(duì)重金屬的生物富集和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù) 植物對(duì)重金屬的富集系數(shù)（BCF）與轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF）用以表征香蒲對(duì)砷的吸收特征，計(jì)算公式如下：

BCF=Co或Cr /Cs

TF=Co /Cr

式中，Co為香蒲地上部砷含量（mg/kg），Cr為香蒲地下部砷含量（mg/kg），Cs為試驗(yàn)土壤樣品中總砷含量（mg/kg），Cr為香蒲根部砷含量（mg/kg）。

1. 3. 3 植物對(duì)土壤中砷的去除率和固定率 計(jì)算香蒲對(duì)砷的去除率（Rc）和固定率（Rs），用以表征香蒲對(duì)土壤中砷的去除與固定效果，計(jì)算公式如下：

Rc（%）=Tδ/Ts×100

Rs（%）=To/Ts×100

式中，Tδ為土壤樣本中總砷的減少量（mg），Ts為土壤樣本中總砷含量（mg），To為土壤樣本中增加的殘?jiān)鼞B(tài)砷含量（mg）。

1. 3. 4 香蒲對(duì)土壤砷提取量 以提取量（EX）表征植物對(duì)土壤重金屬的提取效果，計(jì)算公式如下：

EX=Ms×Cs

式中，Ms為香蒲地上部生物量總干重（g），Cs為香蒲地上部砷含量（mg/kg）。

1. 3. 5 香蒲單位種植面積內(nèi)砷的遷移量 計(jì)算單位面積香蒲遷移砷的總量以具體表征香蒲的吸收效能，計(jì)算公式如下：

W=MT×C/A

式中，W為單位面積砷遷移量（g/ha），MT為單位面積生態(tài)修復(fù)區(qū)內(nèi)收獲的植物總質(zhì)量（kg），C為植物體內(nèi)砷含量（mg/kg），A為處理區(qū)面積（ha）。香蒲種植最佳行間距均為50 cm，計(jì)算得出香蒲最佳種植密度為40400株/ha（陳俊峰等，2015）。

1. 4 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2018和SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析，Origin 2018制圖。

2 結(jié)果與分析

2. 1 外源磷作用下砷污染生境中香蒲生長(zhǎng)的狀況

如表3所示，當(dāng)?shù)啄嗌樘幚頌锳s0時(shí)，香蒲生物量隨輸入外源磷濃度的增加呈先增大后減小的變化趨勢(shì)，P0.2處理下香蒲生物量最大，較PCK處理顯著增加60.06%（P<0.05，下同）;P0.2～P20處理下ETo/RC較PCK處理顯著提高。當(dāng)?shù)啄嗌樘幚頌锳s150時(shí)，PCK和P0.2處理下香蒲生物量積累較大;P2處理下香蒲葉片F(xiàn)v/Fm和ETo/RC最高。當(dāng)?shù)啄嗌樘幚頌锳s600時(shí)，P2處理下香蒲生物量最大，較PCK處理顯著增加24.12%，此時(shí)ETo/RC最高;P0.2處理下Fv/Fm最高。

隨著土壤中砷含量增加，As150處理下香蒲整體根系TI最高，As600處理下香蒲TI明顯下降。在3種土壤砷濃度處理下，P0.2和P2 2種梯度外源磷的輸入均提高了香蒲TI：土壤中砷含量為150 mg/kg時(shí)，香蒲根系TI在P0.2和P2處理下分別較PCK處理提高6.22%和4.50%;土壤中砷含量為600 mg/kg時(shí)，P0.2和P2處理的TI分別較PCK處理提高6.82%和12.59%。

2. 2 香蒲在外源磷作用下對(duì)砷的積累特征

生長(zhǎng)于砷污染底泥中，香蒲植株對(duì)砷的積累特征在不同供磷水平處理下有顯著差異，香蒲地上部砷含量均低于地下部（圖1）。總體來(lái)看，隨著土壤中砷含量的升高，香蒲地上部和地下部的砷含量均呈增加趨勢(shì)。As0處理下，隨供磷水平的提高，香蒲地下部砷含量逐漸下降，P2處理下砷含量比PCK處理顯著減少54.35%;提高供磷水平后，香蒲地上部砷含量先減少后增加，P0.2處理砷含量比PCK處理減少63.89%。As150處理下，隨供磷水平的提高，香蒲地下部砷含量逐漸增加，P20處理較PCK處理顯著增加29.34%;此時(shí)香蒲地上部砷含量隨供磷水平提高逐漸降低，P20處理的地上部砷含量較PCK處理顯著減少59.99%。底泥砷含量為600 mg/kg時(shí)，香蒲地下部和地上部砷含量均隨外源磷水平提高呈先減后增的變化趨勢(shì)，P0.2處理的香蒲地下部和地上部砷含量分別較PCK處理顯著下降38.57%和49.43%。

由表4結(jié)合植物生物量分析可知，不同供磷水平下香蒲地下部對(duì)砷的富集能力強(qiáng)于地上部。 當(dāng)?shù)啄嗌楹繛? mg/kg時(shí)，P20處理的香蒲地上部BCF和植株間TF最高。當(dāng)?shù)啄嗌楹繛?50 mg/kg時(shí)，P20處理的香蒲地下部BCF最高。當(dāng)?shù)啄嗌楹繛?00 mg/kg時(shí)，PCK處理的香蒲地下部和地上部BCF最高，但P2和P20處理下植株間TF最大。不同供磷水平處理下香蒲對(duì)砷的TF均較小且遠(yuǎn)低于1.00，說(shuō)明香蒲根系積累的砷只有很少一部分會(huì)向上轉(zhuǎn)運(yùn)到達(dá)香蒲地上部。

2. 3 香蒲在外源磷作用下對(duì)土壤中砷的提取遷移效果

植物應(yīng)用于重金屬污染區(qū)生態(tài)修復(fù)一般依照2種原理：植物可通過(guò)自身組織積累將重金屬?gòu)耐寥乐刑崛∫瞥蛲ㄟ^(guò)根系活動(dòng)及根系分泌物將重金屬鈍化為非生物有效態(tài)。由表5可知，不同外源磷處理下香蒲對(duì)砷的Rc隨土壤中砷含量的增加基本表現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢(shì)，當(dāng)土壤中砷含量為0 mg/kg時(shí)，P20處理香蒲對(duì)砷的Rc和Rs均最高，分別為32.96%和33.12%，此時(shí)香蒲對(duì)土壤砷的EX也最高，為717.06 μg;當(dāng)土壤中砷含量為150 mg/kg時(shí)，P0.2處理下香蒲對(duì)土壤中砷的Rc最高，P20處理下香蒲對(duì)土壤中砷的Rs最低，此時(shí)香蒲對(duì)土壤砷的EX也最低，為545.98 μg;當(dāng)土壤中砷含量為600 mg/kg時(shí)，PCK處理下香蒲對(duì)土壤中砷的Rc最低，P2處理下香蒲對(duì)土壤中砷的Rs最低，P0.2處理下香蒲對(duì)土壤中砷的EX最低，為3743.06 μg。整體來(lái)看，外源磷處理下香蒲對(duì)土壤中砷的Rc高于Rs。

不同處理對(duì)香蒲生物量干重及砷富集量影響較大，故不同處理下香蒲W差異明顯。由表5可知，香蒲W總體呈現(xiàn)顯著的劑量依賴效應(yīng)：As0處理下，P0.2和P2處理香蒲W相較于PCK處理分別增加94.20%和23.91%;As150處理下，3個(gè)梯度外源磷處理（P0.2～P20）香蒲W無(wú)顯著差異（P>0.05）;As600處理下，P0.2、P2和P20處理香蒲W相較于PCK處理分別增加24.87%、36.93%和17.63%。

3 討論

磷和砷在元素周期表中同屬于第五主族，2種元素化學(xué)性質(zhì)十分相似，最外層核外電子數(shù)相同，晶體結(jié)構(gòu)中砷可代替磷，但在植物體內(nèi)2種元素的生態(tài)意義完全相反。磷是一種植物生長(zhǎng)代謝中不可缺少的大量元素，在植物體內(nèi)參與磷脂、核苷酸和三磷酸腺苷酶等多種重要化合物的合成，而砷是植物生長(zhǎng)不需要的有毒痕量元素，影響正常生理代謝（陳國(guó)梁等，2017;陳文玲等，2018;王月玲等，2019）。非生物脅迫下會(huì)顯著降低植物生物量積累（朱泓等，2015），所以生物量可作為衡量植物在脅迫下適應(yīng)能力強(qiáng)弱的指標(biāo)。已有研究證明，低濃度砷作用下對(duì)植物的生物量積累會(huì)有一定程度的促進(jìn)作用，但這種刺激存在閾值，超出后會(huì)抑制植物生長(zhǎng)（陳天等，2019）。本研究對(duì)不同砷水平作用下香蒲的生物量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)底泥砷毒害水平對(duì)香蒲生物量起到低促高抑的效果，與砷脅迫作用下黃芪（Cao et al.，2009）和日本小松菜（Shaibur and Kawai，2009）的生物量積累特征反應(yīng)一致。本研究中，香蒲在3種底泥砷濃度處理下，適當(dāng)?shù)奶岣吖┝姿娇奢^PCK處理顯著提高生物量。磷添加可緩解植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)限制，促進(jìn)植物地上部分的生長(zhǎng)，但植物利用磷的能力和效率與供磷水平并不呈線性關(guān)系（楊曉霞等，2014）。高供磷水平處理較中低磷水平處理降低香蒲生物量積累，有研究證明過(guò)量的磷供應(yīng)會(huì)增加植物呼吸作用，消耗大量糖分和能量，用于植物積累的部分減少（柳美玉等，2017;佟靜等，2018）。無(wú)論是在As600或P20處理下，香蒲葉片F(xiàn)v/Fm數(shù)值較砷/磷的對(duì)照處理均有增大，這是植物在脅迫下提高了光能轉(zhuǎn)化能力，最大限度降低逆境傷害，以提高其適應(yīng)性（安玉艷等，2016），符合生態(tài)因子補(bǔ)償性作用特征。在被重金屬污染的土壤中，根系是植物直接接觸重金屬的組織。非重金屬耐性植物在受到脅迫時(shí)會(huì)在根系有較顯著反應(yīng)，出現(xiàn)根長(zhǎng)減短等根系發(fā)育受限現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致植物生長(zhǎng)不良，而重金屬對(duì)耐受性產(chǎn)生的影響相對(duì)較?。∕etwally et al.，2005）。試驗(yàn)中砷的加入并未嚴(yán)重影響香蒲TI，說(shuō)明香蒲具有選育為耐砷植物的潛力;同時(shí)P0.2和P2處理明顯減緩砷對(duì)香蒲根系產(chǎn)生的脅迫。

香蒲地下部砷富集顯示出強(qiáng)烈的劑量依賴特性，即隨生境砷含量的上升，香蒲地下部富集砷含量也顯著上升。而香蒲在底泥砷處理由As0過(guò)渡到As150時(shí)香蒲地上部砷富集量并沒有很明顯的劑量依賴效應(yīng)，說(shuō)明香蒲地上部對(duì)重金屬的富集受到生境中重金屬濃度和植物轉(zhuǎn)運(yùn)能力等因素的影響（董萌等，2012）。同一底泥砷處理下，不同供磷水平對(duì)香蒲地下部和地上部砷富集濃度影響很大。不同底泥砷處理下適量提高香蒲的供磷水平后，香蒲地下部和地上部砷富集量較未加磷處理有一定程度降低，隨磷水平的增加砷富集量會(huì)再次增加。底泥中砷與磷同時(shí)存在時(shí)，提高供磷水平可能會(huì)抑制植物對(duì)砷酸鹽的吸收，植物可通過(guò)體內(nèi)積累過(guò)量的磷在生理上對(duì)其進(jìn)行解毒，緩解自身的砷中毒（陳靜和方萍，2012）。目前已有多種植物用于砷污染土壤的生態(tài)修復(fù)，一般選育砷超富集植物可依據(jù)3種標(biāo)準(zhǔn)：（1）根據(jù)植物砷富集能力計(jì)算，且植物地下部或地上部砷富集濃度≥1000 mg/kg;（2）根據(jù)BCF標(biāo)準(zhǔn)判斷，即BCF大于1.00，某些超富集植物對(duì)特種重金屬元素的BCF可達(dá)50～100;（3）依據(jù)植株間TF劃分，TF用來(lái)反映植物體內(nèi)重金屬的運(yùn)輸和分配情況，TF>1即植物地上部重金屬積累量大于地下部，植物將富集更多的重金屬儲(chǔ)存于地上部（Baker and Brooks，1989;Angle，1999）。本研究結(jié)果顯示，香蒲地下部砷富集濃度顯著大于地上部，TF遠(yuǎn)小于1.00;在不同底泥砷處理下，香蒲地下部對(duì)砷的BCF均顯示出一定程度上對(duì)砷的生物超富集特性，但從富集濃度判斷，香蒲地下部還達(dá)不到砷富集植物的標(biāo)準(zhǔn)，可被選育作為耐砷植物。在同一底泥砷處理下增加供磷水平可提高香蒲植株間TF，使香蒲富集的砷更多地由地下部組織向上運(yùn)輸并集中儲(chǔ)存于香蒲地上部。植物地上部對(duì)重金屬的吸收會(huì)受到很多因素影響，例如生境中重金屬存在量等物理因素，以及植物根系活力和植物新陳代謝之類的植物生理狀態(tài)。在砷污染土壤中生長(zhǎng)的植物，在低濃度的磷、砷處理下兩者的吸收富集具有協(xié)同作用，而高濃度的磷、砷處理下植物對(duì)2種元素的吸收富集多表現(xiàn)出拮抗效應(yīng)（郭再華等，2009）。植物在砷脅迫下低磷水平處理中生長(zhǎng)不良，且伴隨皮層組織老化，會(huì)降低對(duì)砷的富集能力（Strock et al.，2018）;提高外源磷水平后，植物生境的營(yíng)養(yǎng)狀況得到改善，植物根系活力增強(qiáng)，從而增強(qiáng)對(duì)底泥礦質(zhì)元素的吸收能力（劉敏國(guó)等，2018），因此，本研究中在外源磷輸入后香蒲開始將地下部富集的大部分砷轉(zhuǎn)運(yùn)至地上部。

香蒲對(duì)底泥中砷的遷移量有顯著的劑量效應(yīng)，而對(duì)比不同外源磷水平處理下香蒲對(duì)底泥中砷Rc和Rs分析可知，Rc整體大于Rs。在砷污染水平較低時(shí)，提高供磷水平可顯著提高香蒲對(duì)砷的Rc和Rs，而砷污染水平為600 mg/kg時(shí)，中低水平外源磷處理降低了植物對(duì)底泥中砷的提取，此時(shí)高濃度外源磷提高了植物對(duì)底泥中砷的去除和固定。在砷污染水平較低時(shí)，植物生長(zhǎng)狀態(tài)良好，此時(shí)提高外源磷濃度，香蒲根系表面積擴(kuò)大加強(qiáng)土壤礦質(zhì)元素的根際效應(yīng)（Chen et al.，2014），促進(jìn)香蒲對(duì)底泥中砷的吸收。在磷濃度較低的情況下，磷和砷在土壤吸附中的競(jìng)爭(zhēng)吸附尤其顯著，砷的釋放量與磷濃度有極顯著的正向相關(guān)性，持續(xù)增加土壤磷濃度會(huì)減弱磷對(duì)土壤吸附砷能力的影響（周娟娟等，2005），所以在高供磷水平下香蒲對(duì)底泥砷的修復(fù)效果得到改善。本研究中，同一砷濃度處理下，P0.2和P2處理可促進(jìn)香蒲生物量累積，提高香蒲對(duì)砷的W;高濃度砷脅迫下P20處理中香蒲對(duì)底泥中砷W較高是因?yàn)樵撎幚硐孪闫洋w內(nèi)富集砷濃度較高所致。

在實(shí)際生態(tài)修復(fù)建設(shè)中，增加植物的采集頻率是提高植物生態(tài)修復(fù)效果的有效手段之一（Chen et al.，2015），而香蒲是一種多年生大型挺水植物，抗逆分生能力很強(qiáng)。所以在實(shí)際修復(fù)工程的應(yīng)用中，應(yīng)適當(dāng)對(duì)生態(tài)修復(fù)區(qū)的香蒲進(jìn)行收獲和更換以提高香蒲修復(fù)底泥砷效果，同時(shí)從香蒲在高水平外源磷處理下對(duì)土壤中砷的提取遷移效果來(lái)看，香蒲十分適宜用于面臨嚴(yán)重砷、磷雙風(fēng)險(xiǎn)的湖濱濕地種植，作為生態(tài)修復(fù)區(qū)的建群種。

4 結(jié)論

當(dāng)?shù)啄嗵幱谥兄囟壬槊{迫（<150 mg/kg）時(shí)，香蒲在0.2 mg/L的外源磷處理下生長(zhǎng)良好，對(duì)砷的各項(xiàng)修復(fù)指標(biāo)較高;當(dāng)?shù)啄嗵幱趪?yán)重度砷脅迫（150～600 mg/kg）時(shí)，香蒲在2 mg/L的外源磷處理下各項(xiàng)指標(biāo)反應(yīng)較好，生物量較磷對(duì)照處理高24.0%左右，對(duì)砷的修復(fù)效果最佳。適當(dāng)提高供磷水平可改善香蒲生態(tài)修復(fù)砷污染濕地的效果，且在實(shí)際應(yīng)用中可適時(shí)增加對(duì)香蒲收獲次數(shù)，以獲得更高的生態(tài)修復(fù)效率。

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（責(zé)任編輯 羅 麗）