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花卉对铅污染土壤的修复

2014-08-08崔爽刘艺芸孙秀菊李萍张启凯

湖北农业科学 2014年9期
关键词:土壤修复花卉

崔爽+刘艺芸+孙秀菊+李萍+张启凯

摘要:为寻找铅污染土壤净化和景观化的材料,采用盆栽方法,研究了3种花卉对铅污染土壤的修复性能。结果表明,3种花卉中孔雀草(Tagetes patula)地上部吸收富集铅的量最大,积累铅能力最强,其次为大丽花(Dahlia pinnata),羽叶茑萝(Ipomoea quamoclit)吸收积累铅能力最弱。在Pb浓度为1 000 mg/kg时,大丽花和孔雀草耐性较强,可用作铅污染土壤的稳定修复植物。

关键词:土壤修复;铅污染;花卉

中图分类号:X53文献标识码:A文章编号:0439-8114(2014)09-2017-02

Remedying Pb-Contaminated Soil by Ornamental Flowers

CUI Shuang, LIU Yi-yun, SUN Xiu-ju, LI Ping, ZHANG Qi-kai

(College of Chemistry, Chemical Engineering and Environmental Engineering, Liaoning Shihua University, Fushun, 113001,Liaoning,China)

Abstract: To enrich data of Pb toxicity, purify and beautify Pb-contaminated environment, three ornamental flowers were used to determine the absorbing characteristics of Pb and endurable characteristics with pot-culture experiment. The results showed Tagetes patula had a stronger capability of accumulating Pb in shoot than that Dahlia pinnata and Ipomoea quamoclit, but had the weakest accumulating ability. Dahlia Pinnata Cav and Tagetes patula exhibited stronger endurance to Pb, which could be used for stable remediation of soil.

Key words: soil remediation; Pb-contamination; flower

目前,国内外土壤铅污染相当普遍[1]。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]。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。

污染土壤植物修复技术费用低廉、不破坏场地结构、不造成地下水环境二次污染[3-6]。将花卉应用于污染土壤修复方面具有巨大的潜力。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[7],充实耐铅植物基因库,为未来基因工程强化技术提供材料。

1材料与方法

1.1花卉种类

参试花卉为一、二年生草本花卉,分别为孔雀草(Tagetes patula)、大丽花(Dahlia Pinnata Cav)、羽叶茑萝(Ipomoea quamoclit),种子购自北京中国林木种子公司。

1.2盆栽试验方法

依据《土壤环境质量标准(GB15618-1995)》[8]和已有资料,本试验设定土壤Pb污染处理浓度为1 000 mg/kg,相当于土壤Pb环境质量三级标准值的2倍,这一污染水平与辽宁地区土壤铅污染平均状况大体相符。

将供试土壤风干并过4 mm筛后,与一定量的固态Pb(NO3)2分析纯试剂充分混匀,装入塑料盆中,平衡半年后待用,并设对照处理(CK,土壤不加Pb)。选择生长一致的花卉幼苗分别移栽入CK和Pb处理的盆中。每盆栽3棵苗,3次重复。花卉成熟后收获植株,将收获的花卉样品分为根、茎、叶和花四部分,用去离子水冲洗去除泥土和污物,沥去水分,烘至恒重,称出每种花卉各部分干重,并粉碎备用。采用HNO3-HClO4消化,原子吸收分光光度法(AAS,Hitachi 180-80)测定花卉样品中重金属Pb含量。

2结果与分析

2.1花卉对土壤铅的富集特征

2.1.1花卉各器官铅含量试验结果(表1)表明,在铅污染土壤中生长的3种花卉各器官铅含量的分布情况均为根>茎>叶>花,根中铅含量最高,花的铅含量最低。铅主要富集在植物的根部,从根部向上部铅含量逐渐降低。花卉中孔雀草地上部吸收铅的量最大,富集铅能力最强,其次为大丽花,羽叶茑萝铅富集能力最弱。孔雀草根中Pb的含量超过了1 000 mg/kg。

本试验中,3种花卉根部及地上部铅含量均极显著高于对照(P<0.01),其中,铅污染组孔雀草的根、茎、叶、花中铅含量分别为对照组的59.1倍、8.9倍、0.7倍、1.6倍,地上部整体铅含量为对照组的3.3倍;大丽花的根、茎、叶、花中铅含量分别为对照组的82.1倍、32.3倍、4.5倍、2.2倍,地上部整体铅含量为对照组的16.6倍; 羽叶茑萝的根、茎、叶、花中铅含量分别为对照组的39.1倍、6.2倍、17.0倍、39.0倍,地上部整体铅含量为对照组的7.1倍。

2.1.2土壤铅污染下花卉对铅的转移、富集由表2可见,孔雀草地上部Pb的富集系数最大,具有较强的Pb积累能力,但3种花卉地上部Pb的富集系数均小于1,对Pb超积累能力较弱;大丽花铅的转移系数最大,向地上部转移Pb的能力最强,但3种花卉Pb的转移系数均小于1,表现为根部Pb含量大于地上部Pb含量。

2.2土壤铅污染对花卉生物量的影响

试验结果(图1)表明,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,大丽花、孔雀草与对照无显著差异,但是羽叶茑萝与对照间的差异达到了极显著水平(P<0.01)。大丽花和孔雀草对铅的耐性较强,可用作铅污染土壤的稳定修复植物。

3结论

3种花卉的Pb富集系数和转移系数均小于1。孔雀草地上部富集铅能力最强,其次为大丽花,羽叶茑萝地上部的铅富集能力最弱。羽叶茑萝对铅污染耐性较差,大丽花和孔雀草耐性较强,可用作铅污染土壤的稳定修复植物。

参考文献:

[1] 孙铁珩,周启星,李培军.污染生态学[M].北京:科学出版社,2001.

[2] 柳丹,潘凡,杨肖娥.铅富集植物对铅的吸收及其耐性生理机制进展研究[J]. 池州学院学报,2007,21(5):88-91.

[3] 周启星,宋玉芳.植物修复的技术内涵及展望[J].安全与环境学报,2001,1(3):48-53.

[4] CUI S, ZHANG T A, ZHAO S L, et al. Evaluation of three ornamental plants for phytoremediation of Pb-contamined soil[J]. International Journal of Phytoremediation,2013,15(4):299-306.

[5] TURGUT C, PEPE K M, CUTRIGHT T J. The effect of EDTA and citric acid on phytoremediation of Cd, Cr, and Ni from soil using Helianthus annuus[J]. Environmental Pollution,2004,131(1):147-154.

[6] CUI S, ZHOU Q X. Effects of exogenous chelators on phytoavailablilty and toxicity of Pb in Zinnia elegans Jacq. [J]. Journal of Hazardous Materials,2007,146(1):341-346.

[7] 崔爽,周启星,李萍,等.几种观赏花卉对土壤铅的吸收特性和抗性能力研究[J]. 江西科学,2009,27(1):157-160.

[8] 夏家淇.土壤环境质量标准详解[M].北京:中国环境科学出版社,1996.

摘要:为寻找铅污染土壤净化和景观化的材料,采用盆栽方法,研究了3种花卉对铅污染土壤的修复性能。结果表明,3种花卉中孔雀草(Tagetes patula)地上部吸收富集铅的量最大,积累铅能力最强,其次为大丽花(Dahlia pinnata),羽叶茑萝(Ipomoea quamoclit)吸收积累铅能力最弱。在Pb浓度为1 000 mg/kg时,大丽花和孔雀草耐性较强,可用作铅污染土壤的稳定修复植物。

关键词:土壤修复;铅污染;花卉

中图分类号:X53文献标识码:A文章编号:0439-8114(2014)09-2017-02

Remedying Pb-Contaminated Soil by Ornamental Flowers

CUI Shuang, LIU Yi-yun, SUN Xiu-ju, LI Ping, ZHANG Qi-kai

(College of Chemistry, Chemical Engineering and Environmental Engineering, Liaoning Shihua University, Fushun, 113001,Liaoning,China)

Abstract: To enrich data of Pb toxicity, purify and beautify Pb-contaminated environment, three ornamental flowers were used to determine the absorbing characteristics of Pb and endurable characteristics with pot-culture experiment. The results showed Tagetes patula had a stronger capability of accumulating Pb in shoot than that Dahlia pinnata and Ipomoea quamoclit, but had the weakest accumulating ability. Dahlia Pinnata Cav and Tagetes patula exhibited stronger endurance to Pb, which could be used for stable remediation of soil.

Key words: soil remediation; Pb-contamination; flower

目前,国内外土壤铅污染相当普遍[1]。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]。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。

污染土壤植物修复技术费用低廉、不破坏场地结构、不造成地下水环境二次污染[3-6]。将花卉应用于污染土壤修复方面具有巨大的潜力。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[7],充实耐铅植物基因库,为未来基因工程强化技术提供材料。

1材料与方法

1.1花卉种类

参试花卉为一、二年生草本花卉,分别为孔雀草(Tagetes patula)、大丽花(Dahlia Pinnata Cav)、羽叶茑萝(Ipomoea quamoclit),种子购自北京中国林木种子公司。

1.2盆栽试验方法

依据《土壤环境质量标准(GB15618-1995)》[8]和已有资料,本试验设定土壤Pb污染处理浓度为1 000 mg/kg,相当于土壤Pb环境质量三级标准值的2倍,这一污染水平与辽宁地区土壤铅污染平均状况大体相符。

将供试土壤风干并过4 mm筛后,与一定量的固态Pb(NO3)2分析纯试剂充分混匀,装入塑料盆中,平衡半年后待用,并设对照处理(CK,土壤不加Pb)。选择生长一致的花卉幼苗分别移栽入CK和Pb处理的盆中。每盆栽3棵苗,3次重复。花卉成熟后收获植株,将收获的花卉样品分为根、茎、叶和花四部分,用去离子水冲洗去除泥土和污物,沥去水分,烘至恒重,称出每种花卉各部分干重,并粉碎备用。采用HNO3-HClO4消化,原子吸收分光光度法(AAS,Hitachi 180-80)测定花卉样品中重金属Pb含量。

2结果与分析

2.1花卉对土壤铅的富集特征

2.1.1花卉各器官铅含量试验结果(表1)表明,在铅污染土壤中生长的3种花卉各器官铅含量的分布情况均为根>茎>叶>花,根中铅含量最高,花的铅含量最低。铅主要富集在植物的根部,从根部向上部铅含量逐渐降低。花卉中孔雀草地上部吸收铅的量最大,富集铅能力最强,其次为大丽花,羽叶茑萝铅富集能力最弱。孔雀草根中Pb的含量超过了1 000 mg/kg。

本试验中,3种花卉根部及地上部铅含量均极显著高于对照(P<0.01),其中,铅污染组孔雀草的根、茎、叶、花中铅含量分别为对照组的59.1倍、8.9倍、0.7倍、1.6倍,地上部整体铅含量为对照组的3.3倍;大丽花的根、茎、叶、花中铅含量分别为对照组的82.1倍、32.3倍、4.5倍、2.2倍,地上部整体铅含量为对照组的16.6倍; 羽叶茑萝的根、茎、叶、花中铅含量分别为对照组的39.1倍、6.2倍、17.0倍、39.0倍,地上部整体铅含量为对照组的7.1倍。

2.1.2土壤铅污染下花卉对铅的转移、富集由表2可见,孔雀草地上部Pb的富集系数最大,具有较强的Pb积累能力,但3种花卉地上部Pb的富集系数均小于1,对Pb超积累能力较弱;大丽花铅的转移系数最大,向地上部转移Pb的能力最强,但3种花卉Pb的转移系数均小于1,表现为根部Pb含量大于地上部Pb含量。

2.2土壤铅污染对花卉生物量的影响

试验结果(图1)表明,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,大丽花、孔雀草与对照无显著差异,但是羽叶茑萝与对照间的差异达到了极显著水平(P<0.01)。大丽花和孔雀草对铅的耐性较强,可用作铅污染土壤的稳定修复植物。

3结论

3种花卉的Pb富集系数和转移系数均小于1。孔雀草地上部富集铅能力最强,其次为大丽花,羽叶茑萝地上部的铅富集能力最弱。羽叶茑萝对铅污染耐性较差,大丽花和孔雀草耐性较强,可用作铅污染土壤的稳定修复植物。

参考文献:

[1] 孙铁珩,周启星,李培军.污染生态学[M].北京:科学出版社,2001.

[2] 柳丹,潘凡,杨肖娥.铅富集植物对铅的吸收及其耐性生理机制进展研究[J]. 池州学院学报,2007,21(5):88-91.

[3] 周启星,宋玉芳.植物修复的技术内涵及展望[J].安全与环境学报,2001,1(3):48-53.

[4] CUI S, ZHANG T A, ZHAO S L, et al. Evaluation of three ornamental plants for phytoremediation of Pb-contamined soil[J]. International Journal of Phytoremediation,2013,15(4):299-306.

[5] TURGUT C, PEPE K M, CUTRIGHT T J. The effect of EDTA and citric acid on phytoremediation of Cd, Cr, and Ni from soil using Helianthus annuus[J]. Environmental Pollution,2004,131(1):147-154.

[6] CUI S, ZHOU Q X. Effects of exogenous chelators on phytoavailablilty and toxicity of Pb in Zinnia elegans Jacq. [J]. Journal of Hazardous Materials,2007,146(1):341-346.

[7] 崔爽,周启星,李萍,等.几种观赏花卉对土壤铅的吸收特性和抗性能力研究[J]. 江西科学,2009,27(1):157-160.

[8] 夏家淇.土壤环境质量标准详解[M].北京:中国环境科学出版社,1996.

摘要:为寻找铅污染土壤净化和景观化的材料,采用盆栽方法,研究了3种花卉对铅污染土壤的修复性能。结果表明,3种花卉中孔雀草(Tagetes patula)地上部吸收富集铅的量最大,积累铅能力最强,其次为大丽花(Dahlia pinnata),羽叶茑萝(Ipomoea quamoclit)吸收积累铅能力最弱。在Pb浓度为1 000 mg/kg时,大丽花和孔雀草耐性较强,可用作铅污染土壤的稳定修复植物。

关键词:土壤修复;铅污染;花卉

中图分类号:X53文献标识码:A文章编号:0439-8114(2014)09-2017-02

Remedying Pb-Contaminated Soil by Ornamental Flowers

CUI Shuang, LIU Yi-yun, SUN Xiu-ju, LI Ping, ZHANG Qi-kai

(College of Chemistry, Chemical Engineering and Environmental Engineering, Liaoning Shihua University, Fushun, 113001,Liaoning,China)

Abstract: To enrich data of Pb toxicity, purify and beautify Pb-contaminated environment, three ornamental flowers were used to determine the absorbing characteristics of Pb and endurable characteristics with pot-culture experiment. The results showed Tagetes patula had a stronger capability of accumulating Pb in shoot than that Dahlia pinnata and Ipomoea quamoclit, but had the weakest accumulating ability. Dahlia Pinnata Cav and Tagetes patula exhibited stronger endurance to Pb, which could be used for stable remediation of soil.

Key words: soil remediation; Pb-contamination; flower

目前,国内外土壤铅污染相当普遍[1]。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]。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。

污染土壤植物修复技术费用低廉、不破坏场地结构、不造成地下水环境二次污染[3-6]。将花卉应用于污染土壤修复方面具有巨大的潜力。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[7],充实耐铅植物基因库,为未来基因工程强化技术提供材料。

1材料与方法

1.1花卉种类

参试花卉为一、二年生草本花卉,分别为孔雀草(Tagetes patula)、大丽花(Dahlia Pinnata Cav)、羽叶茑萝(Ipomoea quamoclit),种子购自北京中国林木种子公司。

1.2盆栽试验方法

依据《土壤环境质量标准(GB15618-1995)》[8]和已有资料,本试验设定土壤Pb污染处理浓度为1 000 mg/kg,相当于土壤Pb环境质量三级标准值的2倍,这一污染水平与辽宁地区土壤铅污染平均状况大体相符。

将供试土壤风干并过4 mm筛后,与一定量的固态Pb(NO3)2分析纯试剂充分混匀,装入塑料盆中,平衡半年后待用,并设对照处理(CK,土壤不加Pb)。选择生长一致的花卉幼苗分别移栽入CK和Pb处理的盆中。每盆栽3棵苗,3次重复。花卉成熟后收获植株,将收获的花卉样品分为根、茎、叶和花四部分,用去离子水冲洗去除泥土和污物,沥去水分,烘至恒重,称出每种花卉各部分干重,并粉碎备用。采用HNO3-HClO4消化,原子吸收分光光度法(AAS,Hitachi 180-80)测定花卉样品中重金属Pb含量。

2结果与分析

2.1花卉对土壤铅的富集特征

2.1.1花卉各器官铅含量试验结果(表1)表明,在铅污染土壤中生长的3种花卉各器官铅含量的分布情况均为根>茎>叶>花,根中铅含量最高,花的铅含量最低。铅主要富集在植物的根部,从根部向上部铅含量逐渐降低。花卉中孔雀草地上部吸收铅的量最大,富集铅能力最强,其次为大丽花,羽叶茑萝铅富集能力最弱。孔雀草根中Pb的含量超过了1 000 mg/kg。

本试验中,3种花卉根部及地上部铅含量均极显著高于对照(P<0.01),其中,铅污染组孔雀草的根、茎、叶、花中铅含量分别为对照组的59.1倍、8.9倍、0.7倍、1.6倍,地上部整体铅含量为对照组的3.3倍;大丽花的根、茎、叶、花中铅含量分别为对照组的82.1倍、32.3倍、4.5倍、2.2倍,地上部整体铅含量为对照组的16.6倍; 羽叶茑萝的根、茎、叶、花中铅含量分别为对照组的39.1倍、6.2倍、17.0倍、39.0倍,地上部整体铅含量为对照组的7.1倍。

2.1.2土壤铅污染下花卉对铅的转移、富集由表2可见,孔雀草地上部Pb的富集系数最大,具有较强的Pb积累能力,但3种花卉地上部Pb的富集系数均小于1,对Pb超积累能力较弱;大丽花铅的转移系数最大,向地上部转移Pb的能力最强,但3种花卉Pb的转移系数均小于1,表现为根部Pb含量大于地上部Pb含量。

2.2土壤铅污染对花卉生物量的影响

试验结果(图1)表明,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,大丽花、孔雀草与对照无显著差异,但是羽叶茑萝与对照间的差异达到了极显著水平(P<0.01)。大丽花和孔雀草对铅的耐性较强,可用作铅污染土壤的稳定修复植物。

3结论

3种花卉的Pb富集系数和转移系数均小于1。孔雀草地上部富集铅能力最强,其次为大丽花,羽叶茑萝地上部的铅富集能力最弱。羽叶茑萝对铅污染耐性较差,大丽花和孔雀草耐性较强,可用作铅污染土壤的稳定修复植物。

参考文献:

[1] 孙铁珩,周启星,李培军.污染生态学[M].北京:科学出版社,2001.

[2] 柳丹,潘凡,杨肖娥.铅富集植物对铅的吸收及其耐性生理机制进展研究[J]. 池州学院学报,2007,21(5):88-91.

[3] 周启星,宋玉芳.植物修复的技术内涵及展望[J].安全与环境学报,2001,1(3):48-53.

[4] CUI S, ZHANG T A, ZHAO S L, et al. Evaluation of three ornamental plants for phytoremediation of Pb-contamined soil[J]. International Journal of Phytoremediation,2013,15(4):299-306.

[5] TURGUT C, PEPE K M, CUTRIGHT T J. The effect of EDTA and citric acid on phytoremediation of Cd, Cr, and Ni from soil using Helianthus annuus[J]. Environmental Pollution,2004,131(1):147-154.

[6] CUI S, ZHOU Q X. Effects of exogenous chelators on phytoavailablilty and toxicity of Pb in Zinnia elegans Jacq. [J]. Journal of Hazardous Materials,2007,146(1):341-346.

[7] 崔爽,周启星,李萍,等.几种观赏花卉对土壤铅的吸收特性和抗性能力研究[J]. 江西科学,2009,27(1):157-160.

[8] 夏家淇.土壤环境质量标准详解[M].北京:中国环境科学出版社,1996.

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