7种常用绿化树种在修复镉污染土壤中的应用初探
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摘 要：為研究大生物量树种对Cd污染土壤的修复效果，以毛白杨、馒头柳、臭椿、构树、榆树、白蜡、国槐等7种天津市常用绿化树种为材料，开展大田试验，对比各树种在Cd轻度污染土壤和未受Cd污染土壤中的生长表现（株高和茎粗生长量，成活率），分析Cd污染土壤中各树种不同器官对Cd的吸收和富集能力（BCF），及对土壤Cd的去除能力。结果表明：7种树种在轻度Cd污染土壤上正常生长，其株高和茎粗生长量及成活率均与未受Cd污染土壤无显著差异（P>0.05），说明各树种均对土壤重金属Cd有一定的耐性;地上部器官富集能力表现为毛白杨>馒头柳>榆树>臭椿>构树>国槐>白蜡，根部富集能力表现为毛白杨>榆树>馒头柳>构树>臭椿>白蜡>国槐，各树种根部富集能力均高于地上部;Cd去除能力表现为毛白杨>榆树>馒头柳>臭椿>构树>白蜡>国槐。综合而言，毛白杨、榆树、馒头柳、构树和臭椿每年可去除土壤中Cd大于3.71 mg·m-2，显著高于白蜡和国槐（P>0.05），在原位修复土壤Cd污染中具有广阔的应用前景。
关键词：大生物量树种;镉污染土壤;植物修复;富集系数;去除能力
中图分类号：O614.24+2; TE991.3 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.12.008
Abstract： To study the repair effect of large biomass tree species on cadmium-contaminated soil， the field experiment was carried out with seven kinds of common tree species in Tianjin ， which included Populus tomentos， Salix matsudana var. matsudana f. umbraculifera Rehd.， Ailanthus altissima， Broussonetia papyrifera， Ulmus pumila L.， Fraxinus chinensis and Sophora japonica L.， the growth status（plant height and stem growth， survival rate） under mild cadmium-contaminated soil and soil without cadmium were compared， and the indices of cadmium uptake and enrichment ability（BCF） in different organs under cadmium-contaminated soil and the removal rate of soil cadmium were analyzed. The results showed that seven species were normally grown on mild cadmium-contaminated soil， which the plant height， stem growth， and survival rate were not significantly different from those without cadmium（P>0.05）， indicating that the tree species had certain tolerance to soil cadmium. The BCF of the aboveground parts of seven species was representing as P. tomentosa>S. matsudana var. matsudana f. umbraculifera Rehd.>U. pumila L.>A. altissima>B. papyrifera>S. japonica L.>F. chinensis， and the BCF of the roots of seven species was representing as P. tomentosa>U. pumila L.>S. matsudana var. matsudana f. umbraculifera Rehd.>B. papyrifera>A. altissima>F. chinensis>S. japonica L.， which the BCF of roots was higher than that of aboveground in all the seven species. The removal ability of cadmium was representing as P. tomentosa>U. pumila L.>S. matsudana var. matsudana f. umbraculifera Rehd.>A. altissima>B. papyrifera>F. chinensis>S. japonica L.. Comprehensively， P. tomentosa， U. pumila L.， S. matsudana var. matsudana f. umbraculifera Rehd.， B. papysifera， and A. altissima could remove more than 3.71mg·m-2 of cadmium in the soil every year， which were significant higher than F. chinensis and S. japonica L.，indicating that they had broad application prospects for in situ remediation of soil cadmium pollution. 2.2 7个供试树种对土壤Cd的富集和去除能力
富集系数反映了植物对重金属的积累能力，富集系数越大，代表植物单位质量内能积累的重金属越多[14]。由表5可知，同一供试树种，不同器官对Cd的吸收能力和富集系数均表现为根部强于地上部分，其中毛白杨、馒头柳、构树和榆树根部与地上部差异显著（P<0.05）;不同供试树种，同一器官吸收能力和富集系数也不同，地上部分表现为毛白杨>馒头柳>榆树>臭椿>构树>国槐>白蜡，根部表现为毛白杨>榆树>馒头柳>构树>臭椿>白蜡>国槐。
植物对Cd的吸收和富集能力直接影响其对土壤中Cd的去除能力。由表6可知，7种供试树种对土壤Cd的去除能力表现为毛白杨>榆树>馒头柳>构树>臭椿>白蜡>国槐，按树种去除能力可分为4组，即毛白杨和榆树（I组），馒头柳（II组），构树和臭椿（III组），白蜡和国槐（IV组），其中II组与I和III组差异不显著（P>0.05），其他组间差异均显著（P<0.05）。
3 结论与讨论
重金属Cd具有较强的迁移性和活性，利用大生物量且具有一定环境修复能力的植物进行提取修复，在降低土壤污染程度的同时，可培育树种抗性[15]。本研究中，毛白杨、馒头柳、臭椿、构树、榆树、白蜡和国槐等7种供试树生长在Cd污染土壤上，与未受Cd污染土壤上，其成活率、长势和生长量与未受Cd土壤均无显著性差异（P>0.05），表明供试树种对土壤重金属Cd有一定的耐受性，但各自的耐受范围还有待进一步探索。
虽然轻度Cd污染土壤不影响供试树种的生长，但各树种对Cd的富集能力及土壤Cd的去除能力却各不相同，这应该是与植物的生理生化和遗传变异关系密切[12]。张冬梅等[9]通过对5个污染场地调查发现，老港垃圾填埋场、桃浦垃圾填埋场、吴泾化工厂等地中的22个树种对Cd的富集能力较强，其中杨树、柳树、白玉兰、榆树等的富集系数均超过1，大多数树种对重金属Cd富集系数为0.1～0.5，具有一定的富集能力，且长势好。本研究中，毛白杨、榆树和馒头柳对Cd的根部富集系数均介于1.12～1.87间，地上富集系数介于0.79～1.26间，构树和臭椿对Cd的地上、地下富集系数介于0.42～0.83间。SLYCKEN等[16]在被冶炼厂所导致的铅、锌、镉等重金属污染的农田土壤种植柳树，Cd的去除能力达69 g·hm-2·a-1;赖发英等[17]在A和B不同实验区的重金属污染的土壤中种植杨树，B土壤中的Cd含量下降20.3%。本研究中，7种供试树种对土壤Cd的去除能力介于1.69～10.80 mg·m-2·a-1间，以毛白杨和榆树对土壤Cd的去除能力最强，其次是馒头柳，然后是臭椿和构树，5个树种均显著高于白蜡和国槐（P<0.05）。上述研究均说明园林绿化树种对Cd污染土壤具有修复作用，但对Cd的去除能力不同。此外，树种不同，其地上和地下部分对重金属的吸收和富集能力亦不同[14]。李合生[18]通过对速生林木研究发现，速生林木的根系发达，对土壤中的重金属具有强烈的吸收作用，本研究亦得出此结论，7种树种根部对Cd的吸收富集能力均高于地上部分，初步预测这可能是大部分植物对污染物的普遍反应，故在污染土壤修复工程中选择修复植物时应优先考虑根系发达、耐性强的植物。
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