Cu污染土壤中溪荪和花菖蒲的生长状况及对Cu的积累及转运能力

孙雨亮,黄苏珍,原海燕

〔江苏省·中国科学院植物研究所(南京中山植物园),江苏 南京 210014〕

随着人类社会的发展,环境污染问题日益突出,重金属污染因具有普遍性、隐蔽性、长期性和稳定性等特点,成为最难治理的污染类型之一,其中由 Cu污染引起的生态和环境问题也受到人们的高度重视。据统计,全球每年 Cu平均排放量约 3.4×106t[1],严重污染了农田和水体,造成巨大的经济损失。因而,寻找有效治理 Cu污染的科学方法并将其进行切实推广应用,成为科学家目前面临的重要课题之一。

1997年,美国科学家 Chaney等[2]首次提出了“植物修复技术”(phytorem ediation),该技术以修复彻底、成本低廉以及无二次污染等优点成为一种重要且经济的绿色污染治理技术[3],该技术实施的关键主体是超富集植物。目前,全世界已经发现重金属超积累植物 400余种,但 Cu富集植物仅有 24种[4],且普遍存在生物量较低、生长速度慢、广谱适生性不强以及难以进行机械化作业等不足之处,在实际应用中具有很大的局限性。因此,筛选出高效、实用的 Cu污染土壤修复植物已经成为实际修复工作中迫切需要解决的问题。

鸢尾属(IrisL.)植物普遍具有观赏性好、适应性广、抗性强和管理粗放等特点[5-7],其中,马蔺〔I. lacteaPall.var.chinensis(Fisch.)Koidz.〕和黄菖蒲(I.pseudacorusL.)对 Cu、Pb、Cd及 Zn等金属元素均具有良好的抗性和积累能力[8-9],而同属植物溪荪(I.sanguineaDonn ex Horn.)和花菖蒲 (I.ensataThunb.var.hortensisM akino etNemoto)对重金属的抗性和积累能力的研究则未见报道。

鉴于此,作者对溪荪和花菖蒲在 Cu添加量不同的土壤中叶和根的生长状况进行了比较,以确定这 2种植物对 Cu污染土壤的抗性,并对溪荪和花菖蒲对Cu的富集系数和转运系数进行了统计分析,以评价溪荪和花菖蒲对 Cu污染土壤的修复潜力及效果,旨在为 Cu污染土壤的植物修复提供一定的理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料

供试溪荪和花菖蒲的种子均为江苏省·中国科学院植物研究所鸢尾种质资源圃中无性繁殖群体自然结实的种子。供试土壤采自南京中山植物园树木园人工混交林下的表土熟化层,土壤中 Cu含量本底值为 22.719μg·g-1。采用 S形多点混合采样法[10]采集土壤,挖取深度为 0～15 cm,土壤自然风干后过5mm筛,备用。

1.2 方法

1.2.1 供试植物播种及培育 供试种子用质量体积分数 1％KM nO4溶液浸种消毒后,于常温下用去离子水浸种催芽,出芽后移入沙盘中,用 1/2Hoagland营养液培养至苗高约 10 cm；选取株高基本一致的实生苗栽植于底径 9 cm、口径 13 cm、高 11 cm的无底孔塑料盆中,每盆种植 3株,每盆装有 800 g风干土壤；栽植后立即用30m L去离子水浇透,置于室内阴凉通风处缓苗2周。

1.2.2 处理方法 共设置 5个处理水平,土壤中 Cu的添加量分别为 200、400、600、800和 1 000μg·g-1。吸取不同体积的 15.68 g·L-1CuSO4·5H2O母液,按照设置的处理水平用去离子水配成100mL溶液并一次性浇灌至土壤中,对照(CK)则一次性浇灌 100mL去离子水。每处理 3盆,每盆视为 1次重复。

将幼苗置于 KRG-300-BP型光照培养箱 (上海柏欣仪器设备厂生产)中培养,光照时间 13 h· d-1、温度 25℃,根据幼苗生长状况进行常规水分管理, 60 d后收获；将植株洗净,根系浸于 20mmol·L-1EDTA-Na2溶液中 30m in,洗净并吸干表面水分,将根和叶分开、备用。

1.2.3 测定方法 用直尺直接测量幼苗的叶长和根长,根据每一样株最长叶的长度和最长根的长度计算平均值；叶数为每一样株所有叶片数的平均值,根数则为每一样株根系基部一级分枝数的平均值；将每一样株的叶和根分别置于 80℃干燥箱中烘干至恒质量,分别称量叶和根的干质量,结果取平均值,单株干质量为每一样株叶和根干质量之和并取平均值。

采用AAS法[10]测定叶、根及土壤中的 Cu含量,其中,植物样品量为 0.2 g,土壤样品量为 0.5 g。

1.3 数据处理

参照文献[11]的方法计算每一单株叶或根的Cu积累量,参照文献[12]的方法计算 Cu的富集系数和转运系数,计算公式分别为：单株叶 (根)的 Cu积累量 =单株叶 (根)的 Cu含量 ×单株叶 (根)干质量； Cu富集系数 =叶中 Cu含量/土壤中 Cu含量；Cu转运系数 =叶中 Cu含量/根中 Cu含量。

采用 Excel 2007和 SPSS 16.0软件对实验数据进行统计和分析,并采用邓肯氏新复极差法对数据进行差异显著性分析。

2 结果和分析

2.1 溪荪和花菖蒲的生长状况分析

2.1.1 溪荪的生长状况分析 在 Cu添加量不同的土壤中溪荪幼苗的生长状况见表 1。由表 1可知：随着土壤中 Cu添加量的提高,溪荪的叶片数呈现出在添加量较低的条件下多于对照、添加量较高的条件下与对照持平或减少的变化趋势；200和 400μg·g-1Cu处理组溪荪幼苗的叶数均显著高于对照（P＜0.05),比对照增加 3.70％,表明 200和 400μg· g-1Cu对溪荪叶数增加有促进作用；而 1 000μg· g-1Cu处理组的叶数显著少于对照,比对照减少 11. 11％,表明在土壤中添加 1 000μg·g-1Cu对溪荪叶数的增加具有显著的抑制作用。由表 1还可见：对照组溪荪幼苗的根数最多,而在 Cu添加量为 200～1 000μg·g-1的土壤中,溪荪幼苗的根数均显著减少,且各处理组与对照之间以及各处理组之间均具有显著差异(P＜0.05)；随土壤中 Cu添加量的增加,溪荪幼苗的根数逐渐减少,其中 1 000μg·g-1Cu处理组溪荪根数最少,比对照减少了 33.34％。

表 1 在 Cu添加量不同的土壤中溪荪幼苗单株生长状况分析(±SD)1)Tab le 1 Ana lysis of grow th sta tusof ind iv idua ls of Iris sangu inea Donn ex Horn.seed ling in so ilw ith d ifferen tCu add ition s(±SD)1)

表 1 在 Cu添加量不同的土壤中溪荪幼苗单株生长状况分析(±SD)1)Tab le 1 Ana lysis of grow th sta tusof ind iv idua ls of Iris sangu inea Donn ex Horn.seed ling in so ilw ith d ifferen tCu add ition s(±SD)1)

1)同列中不同的小写字母表示在 5％水平上差异显著 D ifferent small letters in the same co lum n indicate the significant difference at5％level.

Cu添加量/μg·g-1 Cu addition数量 Num ber叶 Leaf 根 Root长度/mm Length叶 Leaf 根 Root干质量/g D ryw eight叶 Leaf 根 Root 0(CK）9.000±1.000b 11.000±1.000a 362.667±42.501c 108.000±17.059d 0.280±0.059a 0.140±0.073c 200 9.333±0.577a 10.333±1.528b 370.667±57.744b 124.000±5.000c 0.287±0.078a 0.152±0.041b 400 9.333±0.577a 10.000±1.000c 383.333±29.569a 132.000±12.124b 0.289±0.057a 0.164±0.043a 600 9.000±1.000b 9.333±0.577d 349.000±5.292d 146.000±8.544a 0.205±0.051b 0.097±0.038d 800 9.000±1.000b 8.333±1.528e 338.000±44.306e 133.333±12.662b 0.199±0.107b 0.065±0.065e 1 000 8.000±1.000c 7.333±2.082 f 310.667±13.577 f 107.667±2.082d 0.108±0.017c 0.045±0.009 f

随着土壤中 Cu添加量的提高,溪荪幼苗的叶长呈现出在添加量较低的条件下大于对照、添加量较高的条件下小于对照的变化趋势；其中 400μg·g-1Cu处理组的叶片最长,较对照增加了 5.69％,且与对照差异显著(P＜0.05),表明在土壤中 Cu的添加量低于 400μg·g-1,对溪荪叶片的伸长生长有一定的促进作用；而在 Cu添加量为 600、800和 1 000μg·g-1的土壤中,溪荪叶片的长度均显著小于对照 (P＜0. 05),且随 Cu添加量的提高呈现不断减小的趋势,其中,1 000μg·g-1Cu处理组叶片的长度较对照减小了14.34％,说明在土壤中添加 1 000μg·g-1Cu对溪荪叶长生长有一定的抑制作用。在Cu添加量为200、400、600和 800μg·g-1的土壤中,溪荪幼苗的根长均显著大于对照 (P＜0.05),并随着土壤中 Cu添加量的增加,表现出添加量较低的条件下增加、添加量较高的条件下减小的趋势,其中,600μg·g-1处理组幼苗根的长度最长,比对照增加了 35.19％；而当土壤中的 Cu添加量增加至 1 000μg·g-1,溪荪幼苗的根长显著减小,但仅略低于对照,表明溪荪的根长生长对Cu胁迫有相对较高的耐性。

生物量(常用干质量表示)直接反映了植物的产出能力,是分析植物生长状况的重要参考指标之一[13]。表 1结果表明：在 Cu添加量不同的土壤中,溪荪幼苗叶片与根的干质量均呈现出在添加量较低的条件下高于对照、添加量较高的条件下低于对照的变化趋势。在 Cu添加量为 200和 400μg·g-1的土壤中,叶干质量略高于对照但差异不显著,而根干质量则显著高于对照,其中 400μg·g-1Cu处理组的叶和根的干质量均最大。在 Cu添加量为 600、800和1 000μg·g-1的土壤中,叶和根的干质量均显著小于对照,且随 Cu添加量的提高不断降低,最低值均出现在 1 000μg·g-1Cu处理组。综合分析结果表明：在Cu添加量不同的土壤中,溪荪生物量 (即叶和根的干质量)的变化趋势与叶和根的数量及长度的变化趋势相吻合。

2.1.2 花菖蒲的生长状况分析 在 Cu添加量不同的土壤中花菖蒲幼苗的生长状况见表 2。由表 2可见以看出：随土壤中 Cu添加量的提高,花菖蒲的叶数也呈现出在添加量较低的条件下多于对照、添加量较高的条件下与对照持平或减少的变化趋势；其中,600μg·g-1Cu处理组的叶数最多,较对照显著增加(P＜ 0.05),增幅达 21.06％；而 1 000μg·g-1Cu处理组的叶数最少,较对照显著减少 (P＜0.05),降幅达到10.52％。随土壤中 Cu添加量的提高,花菖蒲幼苗根数的变化则呈现出在添加量较低的条件下与对照持平或多于对照、添加量较高的条件下少于对照的变化趋势；其中,400μg·g-1Cu处理组花菖蒲幼苗的根数最多,较对照显著增加 (P＜0.05),增幅达 18.52％；而 1 000μg·g-1Cu处理组的根数最少,较对照显著减少(P＜0.05),降幅达到 29.63％。

由表 2还可见：在 Cu添加量 200、400、600和 800μg·g-1的土壤中,花菖蒲幼苗的叶长均显著高于对照 (P＜0.05),其中,600μg·g-1Cu处理组的叶片长度最长,较对照增加17.73％；而在Cu添加量为1 000 μg·g-1的土壤中,花菖蒲幼苗的叶长显著低于对照,比对照降低了 2.12％。随土壤中 Cu添加量的增加,花菖蒲幼苗根长呈现出在添加量较低的条件下高于对照、添加量较高的条件下低于对照的变化趋势；其中,400和 600μg·g-1Cu处理组幼苗的根长显著高于对照,分别较对照增加 2.98％和 24.93％；而 800和 1 000μg·g-1Cu处理组的根长显著低于对照,分别较对照降低了 11.92％和 8.67％。

在 Cu添加量为 200、400、600和 800μg·g-1的土壤中,花菖蒲叶片的干质量均显著高于对照(P＜0.05),分别较对照增加了 22.76％、43.90％、71. 54％和 27.64％；而 1 000μg·g-1Cu处理组的叶片的干质量则显著小于对照(P＜0.05),较对照降低了29.27％。随土壤中 Cu添加量的提高,花菖蒲根的干质量则呈现出在添加量较低(200和 400μg·g-1Cu)的条件下高于对照、添加量较高的条件下 (600、800和 1 000μg·g-1Cu)显著低于对照的变化趋势；其中400μg·g-1Cu处理组根的干质量最大,而1 000μg·g-1Cu处理组的最小。综合分析结果显示：在 Cu添加量不同的土壤中,花菖蒲的生物量 (即叶和根干质量)的变化趋势与其叶和根的数量及长度的变化趋势相吻合。

表 2 在 Cu添加量不同的土壤中花菖蒲幼苗单株生长状况分析(±SD)1)Tab le 2 Ana lysis of grow th sta tus of ind iv idua ls of Iris ensa ta Thunb.var.ho rtensis M ak ino et Nem oto seed ling in so il w ith d ifferen t Cu add ition s(±SD)1)

表 2 在 Cu添加量不同的土壤中花菖蒲幼苗单株生长状况分析(±SD)1)Tab le 2 Ana lysis of grow th sta tus of ind iv idua ls of Iris ensa ta Thunb.var.ho rtensis M ak ino et Nem oto seed ling in so il w ith d ifferen t Cu add ition s(±SD)1)

1)同列中不同的小写字母表示在 5％水平上差异显著 D ifferent small letters in the same co lum n indicate the significant difference at5％level.

Cu添加量/μg·g-1 Cu addition数量 Num ber叶 Leaf 根 Root长度/mm Length叶 Leaf 根 Root干质量/g D ryw eight叶 Leaf 根 Root 0(CK）6.333±0.577d 9.000±1.000b 299.000±41.581e 123.000±11.000c 0.123±0.087d 0.103±0.026c 200 7.000±0.000c 9.000±1.000b 327.667±53.687d 124.667±10.066c 0.151±0.119c 0.132±0.101b 400 7.333±0.577b 10.667±0.577a 347.333±23.587b 126.667±26.690b 0.177±0.058b 0.152±0.111a 600 7.667±1.528a 8.333±2.309c 352.000±9.539a 153.667±58.449a 0.211±0.088a 0.085±0.080d 800 6.333±0.577d 8.333±0.577c 338.667±7.767c 108.333±20.817e 0.157±0.022c 0.076±0.005d 1 000 5.667±0.577e 6.333±1.732d 292.667±5.508 f 112.333±2.082d 0.087±0.040e 0.052±0.028e

2.2 溪荪和花菖蒲对 Cu的积累及转运能力分析

2.2.1 溪荪对土壤 Cu的积累及转运能力分析 在Cu添加量不同的土壤中溪荪幼苗叶片和根对 Cu的积累量、富集系数和转运系数见表 3。由表 3可见：溪荪叶和根中的 Cu含量均随土壤中 Cu添加量的提高呈不断增加的趋势,各处理组叶和根中的 Cu含量均显著高于对照,且各处理组间也差异显著 (P＜0. 05)；另外,不论是对照组还是各处理组,溪荪根中的Cu含量均显著高于叶片。

富集系数能够反映植物从土壤环境中吸收和积累重金属的能力[14]。在 Cu添加量不同的土壤中,溪荪对 Cu的富集系数均显著低于对照,且各处理组间均有显著差异 (P＜0.05)；其中,200μg·g-1Cu处理组的富集系数最高,800和 1 000μg·g-1Cu处理组的富集系数较小,而 400和 600μg·g-1Cu处理组的富集系数最小。导致这一现象的原因是：土壤中相对较低的 Cu含量对溪荪生长有一定的促进作用,使其自身的耐 Cu能力增强；但若土壤中 Cu含量超过了溪荪的耐受程度,可使其耐 Cu机制逐渐失效,植株体内Cu大量积累,从而对植株产生毒害作用。这与溪荪大部分生长指标的变化趋势相吻合,也是在 Cu含量较高的土壤中溪荪生长受到显著抑制的原因之一。

转运系数反映了植物不同部位间重金属的转移能力[14]。从表 3可见：各处理组溪荪幼苗对 Cu的转运系数均显著小于对照,且各处理组间也有显著差异(P＜0.05)。其中,在 Cu添加量为 200、400和 600 μg·g-1的土壤中,溪荪的转运系数逐渐降低；而在Cu添加量为 800μg·g-1的土壤中转运系数略有提高,但 1 000μg·g-1Cu处理组的转运系数最低。这一现象与植物对 Cu胁迫的应激反应有关。

评价植物对污染环境的实际修复效果,最终要以该植物从污染环境中吸收并转移的目标污染物的量为准,因此,Cu积累量是衡量植物对 Cu污染环境实际修复能力的相对理想的指标[15]。在 Cu添加量不同的土壤中,溪荪叶、根和全株中的 Cu积累量均高于对照且差异显著 (P＜0.05)。其中,叶中的 Cu积累量以 800μg·g-1Cu处理组最高,其次为 1 000μg· g-1Cu处理组；根中 Cu的积累量以 1 000μg·g-1Cu处理组最高,其次为 400和 600μg·g-1Cu处理组；全株的Cu积累量也以1 000μg·g-1Cu处理组最高,其次为 400和 800μg·g-1Cu处理组。1 000μg· g-1Cu处理组溪荪叶、根和全株 Cu积累量较高可能与植株体内 Cu含量的显著增加有关,也与土壤 Cu添加量的提高有关。在土壤 Cu添加量为 1 000μg· g-1的条件下,溪荪的生长受到显著抑制,因此尽管溪荪植株体内的 Cu积累量较高,但在 Cu添加量 1 000 μg·g-1以上的土壤中并不适宜种植溪荪以达到修复Cu污染土壤的目的。

表 3 在 Cu添加量不同的土壤中溪荪对 Cu的积累量、富集系数和转运系数(±SD)1)Tab le 3 Cu accum u la tion,enr ichm en t coefficien tand transloca tion coefficien tof Iris sangu inea Donn ex Horn.seed ling in so ilw ith d ifferen tCu add ition s(±SD)1)

表 3 在 Cu添加量不同的土壤中溪荪对 Cu的积累量、富集系数和转运系数(±SD)1)Tab le 3 Cu accum u la tion,enr ichm en t coefficien tand transloca tion coefficien tof Iris sangu inea Donn ex Horn.seed ling in so ilw ith d ifferen tCu add ition s(±SD)1)

1)土壤 Cu本底值为 22.719μg·g-1 Background value of Cu in soil is 22.719μg·g-1；同列中不同的小写字母表示在 5％水平上差异显著D ifferent small letters in the same column indicate the significantdifference at5％level.

Cu添加量/μg·g-1 Cu addition Cu含量/μg·g-1 Cu content叶Leaf根Root富集系数Enrichment coefficient转运系数Translocation coefficient Cu积累量/μg Cu accum u lation叶Leaf根Root全株W hole p lant 0(CK）7.467±0.052 f 14.767±0.266 f 0.276±0.002a 0.506±0.067a 2.088±0.014 f 2.062±0.153 f 4.151±0.089 f 200 8.200±0.110e 24.033±0.160e 0.083±0.013b 0.341±0.036b 2.353±0.157e 3.653±0.171e 6.006±0.275e 400 8.700±0.121d 28.733±0.142d 0.049±0.006f 0.303±0.004c 2.517±0.032c 4.702±0.226b 7.220±0.130b 600 11.833±0.214c 44.567±0.741c 0.053±0.021e 0.266±0.015e 2.423±0.008d 4.323±0.008c 6.745±0.016d 800 17.133±0.131b 57.167±0.519b 0.071±0.026d 0.300±0.019d 3.415±0.187a 3.716±0.031d 7.131±0.083c 1 000 25.167±0.044a 112.100±0.656a 0.077±0.014c 0.225±0.012f 2.710±0.279b 5.007±0.142a 7.717±0.142a

2.2.2 花菖蒲对土壤Cu的积累及转运能力分析在 Cu添加量不同的土壤中花菖蒲幼苗叶片和根对Cu的积累量、富集系数和转运系数见表 4。由表 4可见：花菖蒲叶和根中的 Cu含量均随土壤 Cu添加量的提高呈不断增加的趋势,各处理组叶和根中的 Cu含量均显著高于对照,且各处理组间也有显著差异(P＜ 0.05)；另外,不论是对照组还是处理组,花菖蒲根中的Cu含量均显著高于叶片。

在 Cu添加量不同的土壤中,花菖蒲幼苗对 Cu的富集系数均显著小于对照,且各处理组间也有显著差异(P＜0.05)；随土壤中 Cu添加量的提高,花菖蒲幼苗对Cu的富集系数逐渐减小,以 1 000μg·g-1Cu处理组的富集系数最小。这可能是因为花菖蒲对 Cu胁迫产生的应激反应,即花菖蒲通过调节体内的防御机制降低对 Cu的相对吸收量和积累量,从而减少由于Cu积累过多而产生的毒害作用。

各处理组花菖蒲幼苗对 Cu的转运系数均与对照有显著差异,且各处理组间也有显著差异 (P＜0. 05)。其中,在 Cu添加量为 200、400和 600μg·g-1的土壤中,转运系数均显著大于对照,且以 200μg· g-1处理组最大；而在 Cu添加量为 800和 1 000μg· g-1的条件下转运系数显著小于对照,且以 1 000μg· g-1Cu处理组最小。这一现象也与植物对 Cu胁迫的应激反应有关。

表 4 在 Cu添加量不同的土壤中花菖蒲对Cu的积累量、富集系数和转运系数(±SD)1)Tab le 4 Cu accum u la tion,en r ichm en t coefficien tand tran sloca tion coefficien tof Iris ensa ta Thunb.var.ho rtensis M ak ino et Nem oto seed ling in so ilw ith d ifferen t Cu add ition s(±SD)1)

表 4 在 Cu添加量不同的土壤中花菖蒲对Cu的积累量、富集系数和转运系数(±SD)1)Tab le 4 Cu accum u la tion,en r ichm en t coefficien tand tran sloca tion coefficien tof Iris ensa ta Thunb.var.ho rtensis M ak ino et Nem oto seed ling in so ilw ith d ifferen t Cu add ition s(±SD)1)

1)土壤 Cu本底值为 22.719μg·g-1 Background value of Cu in soil is 22.719μg·g-1；同列中不同的小写字母表示在 5％水平上差异显著D ifferent small letters in the same column indicate the significantdifference at5％level.

Cu添加量/μg·g-1 Cu addition Cu含量/μg·g-1 Cu content叶Leaf根Root富集系数Enrichment coefficient转运系数Translocation coefficient Cu积累量/μg Cu accumulation叶Leaf根Root全株W hole p lant 0(CK）9.467±0.013 f 25.200±0.051f 0.515±0.012a 0.376±0.032d 1.164±0.067f 2.587±0.138f 3.752±0.165 f 200 27.367±0.012e 61.733±0.241e 0.283±0.026b 0.443±0.065a 4.141±0.125d 8.169±0.091b 12.311±0.231c 400 28.933±0.018d 75.300±0.085d 0.163±0.005c 0.384±0.003c 5.131±0.286b 11.421±0.368a 16.551±0.337a 600 31.333±0.024c 78.567±0.381c 0.153±0.003d 0.399±0.034b 6.611±0.133a 6.678±0.255c 13.290±0.294b 800 31.967±0.079b 86.067±0.216b 0.108±0.018e 0.371±0.033e 5.008±0.297c 6.541±0.043d 11.549±0.133d 1 000 38.733±0.064a 109.863±0.577a 0.099±0.004f 0.353±0.013f 3.370±0.085e 5.713±0.282e 9.083±0.152e

由表 4还可见：各处理组花菖蒲根、叶及全株 Cu积累量均显著大于对照(P＜0.05),且均随土壤中 Cu添加量的提高呈现在添加量较低的条件下增加、添加量较高的条件下降低的变化趋势。其中,叶中的 Cu积累量以 600μg·g-1Cu处理组最高,其次为 400和 800μg·g-1Cu处理组；根中 Cu的积累量以 400 μg·g-1Cu处理组最高,其次为 200μg·g-1Cu处理组；全株的 Cu积累量也以 400μg·g-1Cu处理组最高,其次为 600μg·g-1Cu处理组。根和全株 Cu积累量的最高值均出现在 400μg·g-1Cu处理组,而叶中 Cu积累量的最高值出现在 600μg·g-1Cu处理组,且在 Cu添加量低于 600μg·g-1的条件下花菖蒲的生长状况良好,因此,可将花菖蒲种植在土壤 Cu添加量 400～600μg·g-1的土壤中以达到修复 Cu污染土壤的目的。

3 讨 论

Cu是植物生长发育过程中必需的微量元素之一,作为多种酶的组分参与植物体内很多的生理代谢过程,对植物的发育、品质、产量等有重要影响；适量添加外源 Cu能促进植物生长,但过量的 Cu又会导致植物体内的 Cu累积和毒害,阻碍其生长[16]。

在叶的数量、长度和干质量及根的数量、长度和干质量 6个生长指标中,溪荪幼苗大部分指标的最高值出现在 400μg·g-1Cu处理组,只有根的数量和长度的最高值分别出现在 200和 600μg·g-1Cu处理组；而花菖蒲的叶长、根长、叶数、叶干质量的最高值出现在 600μg·g-1Cu处理组,根的数量和干质量的最高值出现在 400μg·g-1Cu处理组。总体上看,2种植物在轻度和中度 (400～600μg·g-1)Cu污染土壤中生长均相对良好,且花菖蒲对土壤 Cu污染的耐性略强于溪荪；土壤中较低含量的 Cu对溪荪和花菖蒲的生长有一定的促进作用,而 Cu含量较高的土壤则对二者的生长有抑制作用,这也是 Cu对植物生长影响的普遍模式。

在 Cu添加量分别为 200、400、600、800和 1 000 μg·g-1的土壤中,溪荪和花菖蒲的根干质量均显著低于叶干质量,但根对 Cu的积累量却显著高于叶片对 Cu的积累量,说明这 2种植物的地下部分具有一定的 Cu积累能力,因此,在实际修复应用中,也可考虑采取全株挖取收获的方法以提高修复效果。另外,在 Cu添加量不同的土壤中溪荪和花菖蒲对 Cu的转运系数均较低,表明这 2种植物的耐 Cu机制主要是将 Cu吸收和积累在地下部分,减少 Cu向地上部分的运输,从而减轻 Cu对地上部分的毒害,这与许多耐Cu植物的耐性机制相似[17]。

评价植物对 Cu污染土壤的实际修复能力主要采用 Cu积累量来衡量[17]。在 Cu添加量分别为 400和600μg·g-1的土壤中溪荪和花菖蒲全株均具有一定的 Cu积累能力,且花菖蒲对 Cu的积累能力略高于溪荪。植物在污染环境中能够正常 (或基本正常)生长是其作为污染修复植物的首要条件。虽然在 Cu添加量为 1 000μg·g-1的土壤中溪荪对 Cu的积累量最高,但溪荪的生长受到显著抑制,植株出现叶片发黄、弯曲、细弱等现象；而在 Cu添加量为 400μg·g-1的土壤中溪荪的生长相对较好,且叶、根及全株的 Cu积累量也较高,因此,溪荪适宜的土壤 Cu阈值参考水平为 400μg·g-1。在实际污染修复过程中常将叶片对Cu的积累量作为首要参考指标,在 Cu添加量为 600 μg·g-1的土壤中花菖蒲叶片的 Cu积累量最高,且花菖蒲的生长状况也最好,因此,花菖蒲适宜的土壤 Cu阈值参考水平为 600μg·g-1。根据国家土壤环境质量标准,溪荪和花菖蒲均适用于轻度 (400μg·g-1)和中度(600μg·g-1)Cu污染土壤的植物修复。

溪荪和花菖蒲未达到 Cu超积累植物的标准[11],但由于这 2种植物对土壤 Cu污染具有一定的耐性,并具有一定的吸收和积累 Cu的能力,同时还具有观赏性高、生长较快、易繁殖、环境适生性广等优点,因而,溪荪和花菖蒲也可以作为 Cu污染土壤修复观赏植物,在轻度和中度 Cu污染土壤的植物修复和环境美化等方面具有潜在的应用价值。

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