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以伴矿景天(Sedum plumbizincicola)为供试植物,通过矿区调查、水培试验、盆栽试验以及田间试验,研究了其Zn、Cd耐性与超积累特性,以及农艺调控措施对其生长和Zn、Cd吸收特性的影响。主要研究结果如下:
原居地尾矿堆上,伴矿景天地上部Zn、Cd分别达8233、241 mg kg-1;温室盆栽条件下,该植物可在Zn、Cd为6499、15.3 mg kg-1的污染土壤上正常生长,其茎中Zn、Cd浓度分别达18240和374 mg kg-1,叶片中Zn、Cd分别为12352和213 mg kg-1。在营养液中Cd为100μmol L-1的水培试验中,伴矿景天地上部Cd高达5764 mg kg-1;田间条件下,伴矿景天能有效吸收长期污染农田土壤中的Zn和Cd,地上部Zn、Cd浓度是普通植物的50倍以上。
盆栽试验结果表明,在Zn、Cd浓度分别在1.11~15.3 mg kg-1和3216499 mgkg-1的四个不同污染程度的土壤上种植伴矿景天,其地上部Zn、Cd浓度随土壤污染程度的增加而上升,且生物量未出现显著下降。种植伴矿景天19个月后土壤Zn、Cd总量以及醋酸铵提取态Cd显著下降,污染程度最低土壤醋酸铵提取态Zn下降,其余处理土壤醋酸铵提取态Zn显著上升;土壤弱酸溶态、可还原态、可氧化态和残渣态Cd下降;土壤残渣态和可氧化态Zn比例上升,而可还原态比例下降。19个月内连续收获伴矿景天5季后,四个不同污染程度土壤Cd去除率分别达78.6%、71.2%、67.1%、56.9%;对Zn的去除率分别为37.4%、25.7%、13.5%、10.4%;拟合方程显示,3年内土壤中Cd可从15.3 mgkg-1降至0.3 mgkg-1,10年之内Zn可从6499 mg kg-1降至300 mmgkg-1。
盆栽条件下,在污染土壤上种植伴矿景天,15个月内收获地上部四次,留茬3 cm处理的总生物量是重新移栽处理的1.25倍;其地上部Zn吸收量为625 mgkg-1Zn,显著高于重新移栽处理;两种收获方式的地上部Cd吸收量无差异。
盆栽试验结果显示,伴矿景天生物量随光照强度的减弱呈下降趋势,地上部Zn、Cd浓度则有所增加。自然光条件下,光照强度从100%下降至50%时,伴矿景天地上部的Zn、Cd吸收量无显著变化。
田间小区试验结果显示,伴矿景天与海州香薷(Elasholtzia splendens)套种时,两种植物地上部重金属浓度无显著变化;但与两种植物单种相比,套种条件下土壤Cu、Zn、Cd、Pb的总去除量显著上升。伴矿景天与高粱套种可使高粱籽实中Zn略降,Cd浓度降至单种时的50.7%。
总之,伴矿景天是一种Zn、Cd超积累植物,可通过刈割留茬3 cm的收获方式提高其修复效率;伴矿景天能忍耐一定程度的遮荫,适于与其它植物套作;伴矿景天与海州香薷套种可提高多金属污染土壤的吸取修复效率;伴矿景天与高粱套种可降低高粱籽实Zn、Cd浓度,达到边生产边修复的目的。