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植物修复(phytoremediation)是近年来国际上兴起的一种治理重金属污染土壤的全新技术,具有其高效低耗、保持水土和美化环境等特点,已引起国际土壤——植物营养学界和环境科学界的浓厚兴趣和政府部门的高度重视,有望成为一项具有广阔应用前景的治理重金属污染土壤的全新技术。东南景天(Sedum alfredii Hance)是在我国境内新发现的一种Cd超积累植物。这种植物不仅生物量较大、对Cd具有超积累,而且具有多年生、无性繁殖、适于刈割的特点,是实施植物修复和研究超积累机制的良好材料。通过采取有效的辅助农艺措施,改良土壤环境提高超积累植物的生长速度和生物产量以及地上部的重金属积累量,是达到提高修复效率的有效手段。但是,目前对优化东南景天修复效率的农艺措施研究不多,有关氮肥对东南景天生长及镉积累的影响研究还是空白。本文通过水培和土陪试验,研究了氮肥对东南景天镉积累及其修复重金属污染土壤效率的影响,取得的主要研究结果如下:
1、不同氮素水平对东南景天生长及镉积累的影响显著。水培试验结果表明,当供氮水平为4-16mmol/L时,能明显促进东南景天的根系生长,各项根系形态的指标(包括根系长度、根系表面积、根系直径、根系体积)均有所提高;当供氮水平=32 mmol/L时,与对照相比,东南景天的各项根系形态指标均受到抑制。不同供氮水平对两种生态型东南景天直径D=0.2 mm的根系生长影响最大,而对D>0.2 mm的根系影响较小。不同供氮水平下,两种生态型东南景天均以D=0.4 mm的根系为主,其中根系长度、根系表面积和根系体积分别占总根系长度、总根系表面积和总根系体积的66.3%-81.2%、68.5%-80.3%和62.1%-79.8%。氮素对东南景天的镉积累有一定的促进作用,随着氮素用量的增加,其体内镉积累逐渐升高,与根系形态不同的是,镉积累量在供氮水平为32 mmol/L时达到最大。适当提高营养液氮素用量有利于提高东南景天的各项根系形态指标和镉积累量。
2、不同氮素形态对东南景天生长及镉积累的影响显著。外加硫酸铵、硝酸钙或硝酸铵均能显著提高超积累生态型东南景天地上部和根系的生物量及叶绿素含量,而无论在低镉(10μmol/L)还是高镉(100μmol/L)条件下,以硫酸铵处理的增幅最大。在低镉条件下,硫酸铵处理对超积累生态型东南景天地上部镉含量影响显著,而高镉条件下,三种氮形态对超积累生态型东南景天体内镉含量没有显著影响。三种氮形态处理明显提高非超积累生态型东南景天生物量,但增加幅度低于超积累生态型。在低镉条件下,三种氮形态对非超积累生态型东南景天叶绿素含量的影响不显著;在高镉条件下,硫酸铵处理显著提高非积累生态型东南景天体内叶绿素含量,但硝酸钙、硝酸铵处理无显著影响。在低镉条件下,硫酸铵、硝酸钙处理对非超积累生态型东南景天根部镉积累量影响显著(P<0.05),但只有硫酸铵处理对超积累生态型东南景天地上部镉积累量影响显著(P<0.05);在高镉条件下,三种氮形态对非超积累生态型东南景天体内镉积累量没有显著影响(P>0.05)。
3、氮肥的施用能提高东南景天对镉污染土壤的修复效率。土培试验结果表明在一定范围内供氮(0.25-1g/kg-土)能明显促进东南景天的生长,随着氮素水平的升高,地上部和根系的生物量、叶绿素含量以及地上部镉积累量也随着提高,均在1g/kg-土时达到最大值。外加硫酸铵、硝酸钙或尿素均能显著提高超积累生态型东南景天地上部和根系的生物量、叶绿素含量和地上部镉积累量,以硫酸铵处理的增幅最大。研究结果表明适当提高营养液氮素水平和适宜的氮素形态均有利于东南景天的生长和镉积累,为进一步利用东南景天修复镉污染土壤,提高修复效率提供科学依据。