四种干旱半干旱区适生灌木对几种典型重金属的耐受积累特征研究

摘要

随着工业化进程的发展，重金属污染问题已成为全球主要的环境问题之一。我国的重金属污染问题也十分严重，并随着西部大开发战略的深入实施，重金属污染物在西部干旱半干旱地区的道路和工业园区中呈现持续累积现象，镉、铅、锌含量严重超标并影响周边环境和人类健康。当地重金属污染土壤的修复问题急需得到高度重视和切实解决。因此在污染区选择合适的植被修复物种对西部干旱半干旱地区的环境保护和污染物治理具有重要的现实意义。
　　以四种干旱半干旱区适生灌木中华金叶榆（Ulmus pumila‘Jinye’）、水蜡（Ligustrum obtusifolium）、柽柳（Tamarix ramosissima）和银水牛果（Shepherdia argentea）两年生幼树为研究对象，通过向土壤添加外源镉（CdCl2·2.5H2O）的形式设置了 CK（0 mg·kg-1）、T1（2 mg·kg-1）、T2（5 mg·kg-1）、T3（10 mg·kg-1）（以纯镉计）4个处理，研究四种干旱半干旱区灌木对镉的耐性、积累特征及生长、生理响应，以探明四种干旱半干旱区灌木是否能有效地用于宁夏乃至整个西部干旱半干旱地区表层土壤镉污染区域的植被修复；以四种干旱半干旱区灌木为研究对象，通过向土壤添加外源铅（Pb(CH3COO)2·3H2O）的形式设置了CK（0 mg·kg-1对照）、T1（2 mg·kg-1）、T2（5 mg·kg-1）、T3（10 mg·kg-1）（以纯铅计）4个处理，考察四种树种对铅的耐性、积累特性和生长生理、光合响应，以期筛选出合适的植被修复物种应用于西部干旱半干旱地区具有典型铅污染的区域；以四种干旱半干旱区灌木为研究对象，采用向土壤添加外源锌（Zn(CH3COO)2·2H2O）的形式设置了CK（0 mg·kg-1）、T1（300 mg·kg-1）、T2（500 mg·kg-1）、T3（1000 mg·kg-1）4个处理组（以纯锌计），开展四种干旱半干旱区灌木对锌污染土壤的生长、光合以及耐受适应特征研究，为我国西部干旱半干旱地区耐锌树种的引进与应用提供科学依据。主要结论如下：
　　在土壤镉含量为5.31 mg·kg-1时，中华金叶榆的株高、生物量和耐性指数（Ti）与对照组比无显著性差异。当土壤镉含量升高至10.31 mg·kg-1时，株高和生物量表现为抑制现象。随土壤镉含量的升高，水蜡、柽柳和银水牛果的株高、生物量、耐性指数和净光合速率显著下降。当土壤镉含量不超过5.31 mg·kg-1时，中华金叶榆的净光合速率并未受到限制。中华金叶榆体内的POD和CAT活性则随着土壤镉含量的增加持续增加，SOD、APX活性在镉含量为5.31 mg·kg-1时达到最大值。水蜡、柽柳和银水牛果体内的SOD、POD、CAT、APX活性均呈现了先升后降的趋势，均在土壤镉含量为5.31 mg·kg-1时达到最大值。在土壤镉含量为10.31 mg·kg-1时，中华金叶榆根部累积的最大镉含量为10.47 mg·kg-1 DW，而地上部分的转移系数较小，介于0.07~0.48。柽柳根部积累的最大镉含量为5.03 mg·kg-1 DW，地上部分的转移系数介于0.85~3.57。就水蜡和银水牛果而言，其部分镉含量表现为根＞茎＞叶，地上部分的转移系数介于0.11~0.70和0.75~0.81之间。根据本研究可以看出中华金叶榆在土壤镉含量不高于5.31 mg·kg-1时具有高的镉耐受能力和根部积累能力。柽柳在土壤镉含量为5.31 mg·kg-1时具有较好的镉耐受能力与最优的地上部分镉转移能力。因此中华金叶榆和柽柳对宁夏地区乃至整个西部干旱半干旱区土壤表层镉污染严重的地区有较强的推广应用潜力。而水蜡和银水牛果虽然在土壤镉含量为5.31 mg·kg-1时也具有较高的耐受能力，但其根部累积镉的能力和向地上部分转移的能力较差，使之相较于中华金叶榆和柽柳而言应用潜力大大降低。
　　在铅胁迫90 d后，中华金叶榆、水蜡、柽柳的株高、生物量、净光合速率随土壤铅含量的增加呈现显著下降趋势。在土壤铅含量为431.61 mg·kg-1时，银水牛果的株高、根生物量和地上生物量与对照组比无显著性差异。中华金叶榆叶片内SOD，POD，APX在土壤铅含量为831.61 mg·kg-1时达到最大值，CAT活性在土壤铅含量为431.61 mg·kg-1时达到最大值，其中T1，T2处理组间无显著性差异且均显著高于CK，水蜡和银水牛果叶片内的SOD， POD，CAT，APX活性均呈现先升后降的趋势，在土壤铅含量为431.61 mg·kg-1时达到最大值。柽柳叶片内的SOD，POD，CAT，APX活性持续增加，均在土壤铅含量为1231.61 mg·kg-1时达到最大值。四种干旱半干旱区灌木各部分铅含量均表现为根＞茎＞叶，中华金叶榆、水蜡和银水牛果的转移系数分别介于0.14~0.2，0.06~0.16，0.40~0.72之间。而柽柳的转移系数介于0.29~0.91之间，在铅含量为1231.61 mg·kg-1时达到最大值0.91。本研究可以看出中华金叶榆在土壤铅含量为831.61 mg·kg-1时具有较好的耐受能力和根部积累铅的能力，水蜡在铅含量为431.61 mg·kg-1时也具有较好的耐受能力和积极的抗氧化能力。在土壤铅含量为431.61 mg·kg-1时，银水牛果的生长和光合均未收到限制，同时表现了较高的铅耐受能力和转移能力，使之在西部干旱半干旱区土壤表层铅污染严重的地区有较强的应用潜力。柽柳在遭受铅胁迫时，虽然限制了其生长和光合作用，但柽柳体内的抗氧化酶活性持续增加，同时具有最优的向地上部分转移铅的能力，使其对西部干旱半干旱地区表层铅污染土壤的修复具有一定的应用潜力。
　　随土壤锌含量的增加四种干旱半干旱区灌木的株高、根生物量、地上部分生物量、叶绿素含量降低。中华金叶榆的根冠比在土壤锌含量为425和625 mg·kg-1时与对照组相比无显著性差异，1125 mg·kg-1时显著降低。当土壤锌含量超过625 mg·kg-1时，水蜡的根冠比显著低于对照。土壤锌含量超过425 mg·kg-1时，银水牛果的根冠比显著低于对照。柽柳的根冠比随土壤锌含量的增加呈上升趋势。四种干旱半干旱区灌木的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度与对照组相比均显著降低，这说明在高锌胁迫下，气孔关闭导致4种植物的净光合速率下降。随土壤锌含量的增加，中华金叶榆、水蜡、柽柳和银水牛果根部、茎部和叶片中累积的锌含量都显著高于对照组，均在在1125 mg·kg-1时达到最大值，植物各部分累积的锌含量均表现为根部＞茎部＞叶片。中华金叶榆的转移系数介于0.84~1.20之间；水蜡的转移系数介于0.63~0.70之间；柽柳的转移系数介于0.82~1.31之间；银水牛果的转移系数介于0.62~1.39之间。本研究可以看出四种干旱半干旱区灌木的生长和光合随锌胁迫浓度的升高受到的抑制程度增加。高锌胁迫下水蜡生长受到限制，叶片衰老加剧，同时不具备较好的锌转移能力，使其对锌污染土壤的修复应用潜力大大降低。但中华金叶榆、柽柳和银水牛果在土壤锌含量为425 mg·kg-1和625 mg·kg-1浓度下均具有较好的锌耐受性和向地上部分迁移能力，因此中华金叶榆和柽柳作为乡土适生树种，应当在西部干旱半干旱锌污染地区大力推广。银水牛果作为外来引进树种，表现了较好的锌污染土壤修复能力，使其在西部锌污染区的研究与推广潜力大大增加。

目录

声明

第一章 前言

1.1文献综述

1.2选题的目的和意义

1.3研究对象

1.4研究目标、内容和拟解决的科学问题

第二章 四种干旱半干旱区适生灌木对重金属镉污染的耐受积累特征研究

2.1材料与方法

2.2结果

2.3讨论

第三章 四种干旱半干旱区适生灌木对重金属铅污染的耐受积累特征研究

3.1材料与方法

3.2结果与分析

3.3讨论

第四章 四种干旱半干旱区适生灌木对重金属锌污染的耐受积累特征研究

4.1材料与方法

4.2结果与分析

4.3讨论

第五章 结论与展望

5.3 盆栽培养下锌胁迫对四种干旱半干旱区灌木生长、光合特性及积累特征的影响

5.4本研究的创新与不足

参考文献

致谢

在学校期间所发表论文