据文献资料报道,近50年中,全球排放到环境中的铅达到7.83×105t,其中有相当一部分进入土壤.目前,国内外土壤铅污染地区相当普遍[1].国内辽宁、山东、河北、河南、江苏、安徽等省的土壤都有不同程度和不同范围的重金属铅污染.土壤铅污染会产生一系列问题,使生态系统的正常功能遭到破坏,对人类健康和生态系统造成巨大的威胁[2,3].因此,对重金属铅污染土壤的治理和修复,是十分紧迫的任务.
利用植物修复污染土壤费用低廉、不破坏场地结构、不造成地下水环境二次污染[4-9].花卉可以美化环境,且种植在污染土壤后不会进入食物链,因此,如果对污染物耐受性良好或是能够在体内积累某种污染物,就可以成为比较理想的修复植物,尤其是修复中等或大面积的土壤污染[10-17].研究花卉对铅的抗性及对铅的富集特性,一方面可以为铅的毒害作用积累资料,另一方面可以为铅污染环境的净化和景观化提供材料,充实耐铅植物基因库.
1材料和方法
1.1花卉种类
供试品种为多年生草本花卉,种子购自北京中国林木种子公司,参试花卉分别为薄荷(Mentha haplo-calyx)、美女樱(Verbena hybrida)、羽扇豆(Lupinuspolyphyllus),栽培条件明确,具有对水、肥等要求不严及良好的抗逆性(表1).
1.2盆栽试验方法
依据国家土壤环境质量标准(表2)[18]和已有资料,设定土壤铅污染处理浓度为1 000mg/kg,相当于国家土壤铅环境质量3级标准的2倍,这一污染水平与辽宁地区土壤铅污染平均状况基本相符[19].
将 供 试 土 壤 风 干 并 过4 mm筛 后,与 固 态Pb(NO3)2分析纯试剂充分混匀,装入直径20cm,高15cm塑料盆中,平衡半年后待用,并设对照处理CK(不加铅土壤).同时,进行花卉的育苗,首先将花卉种子置于预装未受铅污染沙土的育苗盒中,沙∶土为1∶3,待幼苗长出5~6片叶子后移栽到处理好的土壤中.选择生长一致的幼苗分别移栽入CK和铅处理的盆中.每盆栽3棵苗,重复3次.花卉成熟后收获植株[7],将收获的花卉样品分为根、茎、叶和花4部分,用去离子水冲洗去除泥土和污物,沥去水分,烘至恒重,称出每种植物各部分干重,植物样品粉碎备用.采用HNO3-HClO4消化法,原子吸收分光光度计(AAS,Hitachi 180-80)测定植物样品中重金属铅浓度[17].
1.3数据分析
植物地上部重金属浓度(M地上部)计算公式为:M地上部 =地上部各部分重金属含量之和/地上部重量[20].转移系数(TF)和富集系数(EC)按公式计算[20]
TF= M地上部/M根
EC= M地上部/M土壤
2结果与分析
2.1供试花卉各器官铅浓度
在铅污染土壤中生长的3种花卉各器官铅浓度的分布情况均为根>茎>叶>花,根中铅浓度最高,花最低.铅主要富集在植物根部,从根部向上部铅浓度逐渐减少.花卉中美女樱地上部吸收铅的量最大,富集铅能力最强,其次为薄荷,羽扇豆铅富集能力最弱.薄荷和美女樱根中铅的浓度超过了1 000mg/kg(表3).
试验中,3种花卉根部及地上部铅浓度均极显着高于对照 (P<0.01).其中,铅污染组薄荷的根、茎、叶、花中铅浓度分别为对照组的64.8、15.5、8.5、2.6倍,地上部整体铅浓度为对照组的8.7倍;美女樱的根、茎、叶、花中铅浓度分别为对照组的81.6、101.3、33.1、11.7倍,地上部整体铅浓度为对照组的53.6倍;羽扇豆的根、茎、叶中铅浓度分别为对照组的159.3、5.3、4.8倍,地上部整体铅浓度为对照组的5.0倍.
2.2土壤铅污染对花卉转移系数、富集系数的影响
美女樱铅的富集系数最大,具有较强的铅积累能力,但这些花卉植物的富集系数均小于1,对铅超积累能力较弱;美女樱的转移系数最大,向地上部转移铅的能力最强,但3种花卉的转移系数均小于1(表4),表现为根部重金属铅浓度大于地上部铅浓度.
2.2土壤铅污染对花卉生物量的影响
试验结果(图1)表明,土壤铅污染使3种花卉地上部的生长受到一定的抑制,花卉污染组的地上部生物量均低于对照.羽扇豆与对照间的差异达到了极显着水平(P<0.01),铅污染组植株矮小畸形,叶色变淡.美女樱和薄荷与对照无显着差异,对铅的耐性较强,可用作铅污染土壤的稳定修复植物.
结论
3种花卉植物的铅富集系数和转移系数均小于1.美女樱地上部富集铅能力最强,其次,薄荷,羽扇豆的铅富集能力最弱.羽扇豆对铅污染耐性较差,美女樱和薄荷耐性较强,可用作铅污染土壤的稳定修复植物.
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