趙淑玲,何九軍,王一峰,張蕊紅,楊小錄,胡文斌

(1.隴南師范高等?？茖W校 農林技術學院,甘肅 成縣 742500；2.成縣城關鎮(zhèn)農業(yè)技術推廣站,甘肅 成縣 742500 )

隨著社會經濟的發(fā)展,城市化和工業(yè)化進程進一步加快,人們對物質需求急增導致環(huán)境污染加劇.我國土壤重金屬污染主要是汞、鉻、銅、鉛、鎳[1]等,其中重金屬鉛污染增長速度較快.據統計全世界每年鉛排放量約為5×106t,我國有六分之一的耕地不同程度受到重金屬污染[2].重金屬可以通過食物鏈一級一級傳遞,在動植物體內富集,進一步對人類造成危害.2016年以來，國務院等部門先后發(fā)布《土壤污染防治行動計劃》《中華人民共和國土壤污染防治法》,污染土壤修復成為關注點.

重金屬污染土壤的修復技術主要包括生物修復、化學修復、物理修復和聯合修復等[3],植物修復是利用植物對某些化學物質的富集、可耐受性吸收、轉移、分解和轉化污染物等去除污染物,由于植物修復具有成本低適應性廣,對周邊環(huán)境干擾少、原位修復以及有較多重金屬超富集植物等特點,使植物修復成為21世紀以來研究和應用的熱點[4].近年來關于修復植物的研究主要放在草本植物的超富集植物篩選上[5],陸引罡[6]、劉麗杰[7]、李婧[8]、張文博[9]等人研究中發(fā)現車前對重金屬Ni、Se、Zn、Cu、Hg、Pb均有不同程度的富集作用.與其他修復植物相比,車前(PlantagoasiaticaL.)和平車前(PlantagodepressaWilld.)生長速度快,能有效阻止重金屬鉛進入食物鏈,降低鉛危害的特點.

本研究通過移栽試驗,研究車前和平車前在Pb2+污染土壤上的生長情況,探索車前和平車前對鉛污染耐性及對鉛污染土壤修復的應用潛力.

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

車前種子采自成縣小川,平車前種子采自成縣梁山,2020年7月中旬至2020年9月上旬分別采集車前和平車前成熟果穗,在室內陰干,留取種子待用.

栽種基質槽(長×寬×高=72 cm×21 cm×22 cm ).

育苗基質(山東商道生物科技股份有限公司銀川分公司).

發(fā)酵后的農家肥(隴南師專農林技術學院).

1.2 試驗設計

用0.5%的KMnO4溶液將種子浸泡20 min,自來水沖洗干凈,播種在裝有育苗基質與農家肥(育苗基質∶農家肥=3∶1)的基質槽中進行催芽,催芽20 d左右,選取生長狀況一致健康的幼苗進行移栽。

將育苗基質與農家肥按3∶1比例混勻,硝酸鉛按不同濃度加到土壤中,鉛污染土壤處理梯度(以Pb2+計)分別為:0 mg/kg、200 mg/kg、400 mg/kg、600 mg/kg、800 mg/kg.硝酸鉛與土壤充分混勻后裝入栽種基質槽.

將生長一致健康的幼苗分別移栽至裝有不同鉛濃度處理土壤的基質槽中，每槽栽種15株,所有栽種幼苗的基質槽放置在隴南師專智能溫室中.試驗期間保持土壤含水量在70%左右.

移栽種植90 d后,將植株和土壤帶回實驗室進行相應指標的測定.

1.3 指標測定及方法

主要測定株高、鮮重、干重、植物地上部分含鉛量和植物地下部分含鉛量(本試驗中地上鮮重、地下鮮重、干重均指單株植物的生物量).

移栽90 d后將采收的車前和平車前先用自來水沖洗干凈再用蒸餾水沖洗至無泥土雜質,用濾紙吸取水分,在鼓風烘干箱中105 ℃下20 min殺青,然后溫度設置為70 ℃烘干至恒重.將恒重的植物樣品研碎,過100目尼龍篩待用.土壤樣品四分法取樣,自然風干后過篩待用.植物葉和根用HClO4-HNO3消解,土壤用HF-HClO4-HNO3消解后用原子吸收分光光度法分別測定葉、根及土壤中的Pb含量.富集系數和鉛轉移系數計算方法見公式(1)和(2).原子吸收分光光度計為ZEEnit 700P,Pb測定波長為283.3 nm.

計算公式如下

鉛富集系數=植物地上部分鉛含量/土壤中鉛含量，

(1)

鉛轉移系數=植物地上部分鉛含量/植物根部鉛含量[10].

(2)

1.4 數據處理

用Origin 2018軟件作圖,數據用IBM SPSS Statistics 23軟件,比較平均值單因素Anova檢驗鄧肯法進行方差分析(0.05水平),二因素分析用一般線性模型中單因素法分析統計,數據用平均值表示(Means)±標準差(SD).

2 試驗結果與分析

2.1 不同鉛濃度對車前和平車前生物量的影響.

表1 不同濃度鉛處理對車前和平車前幼苗生物量的影響

由表1可以看出,車前的株高在Pb2+濃度為200 mg/kg時,株高最高為25.74 cm,隨后株高與CK相比均下降,在Pb2+濃度為800 mg/kg時,株高最低為22.68 cm,車前的根長隨Pb2+濃度的增加整體呈下降趨勢,平車前在Pb2+濃度為600 mg/kg時,株高最高為17.98 cm,在Pb2+濃度為800 mg/kg時,株高最低為14.64 cm,平車前的根長在Pb2+濃度為600 mg/kg時根長最長,為12.60 cm.車前和平車前的株高與根長與對照組相比,整體無差異(P>0.05),表明車前和平車前植株在本試驗范圍內鉛脅迫下沒有明顯的生長不良狀況.

表1顯示車前在Pb2+濃度為200 mg/kg～400 mg/kg時,其地上部分和地下部分的鮮重均高于CK,地下部分鮮重與CK相比差異顯著(P<0.01),車前干重整體呈增加趨勢,在Pb2+濃度為200 mg/kg～400 mg/kg時與CK相比差異顯著(P<0.01),平車前地下干重隨Pb2+濃度的增加呈上升趨勢,平車前根系生長隨Pb2+濃度的增加而增加,與文珂[11]研究結果相同.車前和平車前在相同鉛濃度處理下地上鮮重、地下鮮重、地下干重有差異(P<0.05),地上干重在Pb2+濃度為400 mg/kg、600 mg/kg、800 mg/kg時兩品種間差異極顯著(P<0.01).

鉛不同濃度對車前和平車前生長指標影響相關系數見表2.

表2 鉛處理對車前和平車前生長指標相關性分析

2.2 車前和平車前地上和地下部分對鉛的積累

圖1 不同濃度鉛處理對車前和平車前地上及地下部分鉛含量的影響圖

由圖1可以看出,隨土壤中鉛濃度的增加,車前和平車前地上部分和地下部分的含鉛量增加,地上與地下部分的含鉛量均在鉛濃度為800 mg/kg時達到最高值.車前地上與地下部分的含鉛量為56.96 mg/kg和344.36 mg/kg,分別是CK的44.50倍和117.93倍,平車前地上與地下部分含鉛量為50.28 mg/kg和332.47 mg/kg,分別是CK的43.34倍和130.90倍.車前和平車前地上部分與地下部分含鉛量處理組與CK相比,差異極顯著(P<0.01).圖1顯示,在相同鉛濃度土壤栽培條件下,車前和平車前地下部分含鉛量遠遠高于地上部分.植物的根部有吸收作用,根部固定的鉛隨土壤鉛濃度的增加而增加,鉛通過根部吸收運輸,轉運至植物的地上部分[12].劉麗杰[7]在研究車前對Cu和Ni的富集時發(fā)現車前的根部能積累較多的重金屬,而葉片中積累的較少.在相同鉛濃度處理下,車前的地上部分和地下部分的含鉛量均高于平車前,推測在本試驗鉛濃度范圍內,車前比平車前對鉛的固定能力更強.

2.3 不同鉛處理對車前和平車前轉移系數的影響

由圖2可以看出,車前和平車前對鉛的轉移系數隨鉛濃度含量的增加呈下降趨勢,植物將重金屬由植物地下部分轉移到植物地上部分的能力可以用轉移系數進行評價.在本試驗中,車前和平車前的轉移系數均低于0.5,同時CK的轉移系數與處理組相比均高于處理組(P<0.01),因此在較低鉛濃度污染土壤條件下,車前和平車前有較強的鉛轉運能力.方差分析結果表明(表3),車前和平車前兩個品種間轉移系數無差異(P>0.05),但不同鉛處理濃度對車前和平車前的影響差異顯著(P<0.01).

表3 不同濃度鉛處理下車前和平車前轉移系數的方差分析

2.4 不同鉛處理對車前和平車前富集系數的影響

植物對重金屬的積累可以用富集系數進行評價.由圖3可知隨土壤鉛濃度的增加，車前和平車前的富集系數呈下降趨勢,在土壤含鉛量為200 mg/kg時,富集系數急劇下降,在土壤含鉛量為800 mg/kg時,車前和平車前的富集系數達到最低值.車前和平車前隨土壤含鉛量的增加其富集系數與CK相比均差異顯著(P<0.01),富集系數的方差分析(表4)也表明品種、鉛濃度以及品種×濃度對富集系數的影響差異顯著(P<0.01).

圖2 不同濃度鉛處理下車前和平車前的轉移系數圖3 不同濃度鉛處理下車前和平車前的富集系數

表4 不同濃度鉛處理下車前和平車前富集系數的方差分析

3 討論

正常情況下,植物體內鉛的含量小于10 mg/kg[13]，過量的鉛對植物毒害作用較大,不同的植物對鉛的敏感度不同[14],植物的根系吸收鉛的含量大大高于葉的含鉛量.車前細胞壁限制鉛進入細胞內,細胞器對鉛有較強的結合能力[8].植物對重金屬脅迫的應答機制十分復雜,王怡仁[15]在研究鉛對小麥根系脅迫時發(fā)現,鉛脅迫組與對照組之間有3萬多個差異表達基因.文珂[11]等人研究重金屬污染土壤與非污染區(qū)土壤上平車前生長時發(fā)現平車前在重金屬污染土壤上能生長、開花、結實,但污染土壤上生長的平車前與非污染土壤相比,污染土壤上生長的平車前根系比例較非污染區(qū)土壤上生長的平車前高.

試驗中,車前的株高在Pb2+濃度為200 mg/kg時，株高最高,隨后株高與CK相比均下降,車前的根長隨Pb2+濃度的增加整體呈下降趨勢,平車前在Pb2+濃度為600 mg/kg時,株高、根長達到最高,車前和平車前的株高與根長與對照組相比,整體無差異(P>0.05),表明在試驗范圍內，鉛對車前和平車前植株的生長沒有明顯的不良影響.但地上部分和地下部分的鮮重和干重均受到影響.車前在土壤鉛濃度為200 mg/kg時,植株鮮重有最高值,車前干重總體呈上升趨勢.平車前鮮重在土壤鉛濃度為400 mg/kg時,植株鮮重值最高.車前和平車前的地下干重隨土壤鉛濃度的增加總體上升,推測在鉛脅迫下植物細胞生長過程中體積增加緩慢,又因為積累一定的鉛,植株含水量與CK相比要低.車前和平車前對重金屬Pb的積累隨土壤含鉛量的增加而增加,在土壤鉛濃度為800 mg/kg時,車前和平車前整株含鉛量達到最高值,車前和平車前地下部分的含鉛量高于地上部分,這與趙毅輝[16]和毛雪飛[17]研究結果相同.對重金屬較敏感的植物根部對重金屬的累積量高,車前和平車前的富集系數和轉移系數隨土壤鉛濃度的增加總體呈下降趨勢.

4 結論

綜上所述,在本試驗范圍鉛脅迫(200 mg/kg、400 mg/kg、600 mg/kg、800 mg/kg)下,車前和平車前地上和地下部分含鉛量隨土壤鉛濃度的增加而增加,地下部分含鉛量整體高于地上部分,車前和平車前的富集系數和轉移系數隨土壤鉛濃度的增加總體呈下降趨勢.在本試驗中車前和平車前植株沒有明顯的生長不良狀況,表明車前和平車前在鉛污染土壤上有一定的抗性和應用潛力.