秋华柳对水淹—镉污染土壤的修复潜力研究

发布时间：2018-03-09 02:19

  本文选题：消落带　切入点：秋华柳　出处：《西南大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：水淹和镉污染给三峡库区消落带造成了严重的环境问题,植被构建所需的物种不仅需要具有耐受水淹的能力,还要有较强的耐受重金属胁迫和较好的重金属富集能力。秋华柳是三峡库区的乡土物种,在消落带有较广泛的分布。已有三峡库区消落带植被构建的研究中,很多学者建议以秋华柳等乡土灌木作为消落带170 m水位以上区域植被恢复的推荐物种。为探明秋华柳在水淹条件下对镉污染土壤的修复潜力,对秋华柳在水淹-镉胁迫下的生长适应性及水淹对秋华柳镉的富集积累能力、Cd在亚细胞组分分布的影响进行了研究,并进一步探究了秋华柳细胞壁主要多糖成分在镉积累上的作用。以秋华柳扦插苗为材料,采取向土壤添加外源镉(CdCl2?2.5H2O)的形式,共设0 mg?kg-1、0.5 mg?kg-1、2 mg?kg-1和10 mg?kg-1(Cd2+/土壤)4个镉处理浓度,每个镉处理浓度下又设置常规供水和水淹2个水分条件。测定秋华柳株高、分枝数和枝长等形态指标,总生物量、地上生物量和根、茎、叶生物量等生长指标;秋华柳根、萌枝、叶、插条木质部和插条树皮Cd含量;根、枝、叶亚细胞组分镉含量;秋华柳根、茎的去除果胶细胞壁和去果胶去半纤维素细胞壁的Cd含量。主要结果如下:(1)试验各处理组秋华柳存活率均为100%。水淹处理显著降低秋华柳根生物量(P0.05),非水淹条件下秋华柳根生物量随着镉处理浓度的增加而降低。镉处理对水淹下的根生物量无显著影响(P0.05);秋华柳在30d和60d的水淹-镉胁迫下的株高、分枝数、枝长、总生物量、地上生物量和茎、叶生物量与对照无显著差异(P0.05)。秋华柳在水淹-镉胁迫下具有良好的生长适应性,水淹可缓解镉胁迫对秋华柳根生物量的抑制作用。(2)非水淹条件下秋华柳植株地上各部位具有较高的镉含量。在2 mg?kg-1的镉处理浓度下,处理60d的秋华柳萌枝、叶片、插条木质部和插条树皮的镉含量分别是12.98 mg?kg-1,10.08 mg?kg-1,7.47 mg?kg-1和17.2 mg?kg-1。水淹显著影响秋华柳植株的镉含量(P0.05)。水淹条件下秋华柳地上各部分(萌枝、叶、插条树皮和木质部)的镉含量显著降低(P0.05)。4个镉处理浓度下(0、0.5、2、10 mg?kg-1),处理60d的结果表明,随着镉浓度的增加,水淹条件下萌枝镉含量依次是常规供水组的39.0%,23.7%,34.0%和51.8%。水淹条件下秋华柳镉的根-枝转移系数显著下降(P0.05)。在水淹条件下秋华柳对镉的积累能力和积累量明显降低。在2 mg?kg-1的镉浓度下处理60d后,非水淹组秋华柳整株镉积累量和地上镉积累量分别是146.40μg?plant-1和125.35μg?plant-1,水淹组秋华柳整株镉积累量和地上镉积累量分别是常规供水组的56.7%和35.2%。水淹明显降低了秋华柳地上各器官镉含量和整个植株对土壤镉的积累量。(3)水淹和非水淹条件下,秋华柳根、萌枝和叶的细胞壁均是重金属Cd的最主要富集部位。试验期间,各处理组植株细胞壁镉含量具有显著差异(P0.05),细胞核和线粒体组分镉含量始终处于较低水平。非水淹条件下,2 mg?kg-1和10 mg?kg-1镉处理组的根、枝、叶细胞的细胞壁Cd含量显著高于其它所有组分(P0.05),其中10 mg?kg-1的Cd处理浓度下,根、枝、叶细胞壁所占细胞总镉的比例依次是46.4%、66.2%和73.3%。水淹对根细胞细胞壁Cd固定能力的影响不大,但在相同镉处理浓度下,枝、叶细胞壁所占细胞镉的比例总体上有所下降,0.5 mg?kg-1、2 mg?kg-1和10 mg?kg-1镉处理组萌枝细胞壁所占总细胞Cd比例由44.8%、46.1%和66.2%依次下降为41.3%、38.9%和50.5%,叶则由57.5%、49.7%和73.3%依次下降为42.9%、45.9%和58.2%。(4)非水淹条件下,处理60d后的2 mg?kg-1和10 mg?kg-1镉处理组,以及处理120d后的所有镉处理组中的根细胞壁在去除果胶后的镉含量均显著下降(P0.05),最高下降幅度达到了74.9%(10 mg?kg-1的Cd2+,处理120d);秋华柳茎细胞壁去除果胶后的镉含量在中、高镉浓度(2 mg?kg-1,10 mg?kg-1)组显著下降,最高下降36.4%(10 mg?kg-1的Cd2+,处理120d);根、茎细胞壁去果胶去半纤维素后的细胞壁组分与只去除果胶组分的镉含量相比有所下降,但无显著差异(P0.05)。果胶和半纤维素在秋华柳根、茎细胞的细胞壁镉积累上都具有一定的结合Cd离子的能力,并且果胶对Cd的结合能力远大于半纤维素。水淹条件下,处理60d的根和茎细胞壁随着细胞壁组分构成的逐渐减少,其镉含量逐渐减少,但无显著差异(P0.05);处理120d后,秋华柳根细胞壁在同时去除果胶和半纤维素后其镉积累量显著下降(P0.05)。水淹对秋华柳根、枝细胞壁果胶和半纤维素在镉结合方面有一定负面影响,但果胶在Cd结合上仍然具有重要作用。综上所述,秋华柳在常规供水条件下具有较强的镉吸收和积累能力,细胞壁在其细胞镉积累上具有重要作用,而果胶是细胞壁重要的镉结合多糖,在细胞壁的镉积累上扮演着重要角色。秋华柳在水淹-镉胁迫下具有良好的生长适应性。但水淹明显降低秋华柳地上各器官镉含量,明显降低秋华柳地上部分和整株植物的镉积累量,水淹也对枝、叶细胞壁固定镉的能力具有一定的负面影响,对细胞壁果胶和半纤维素的镉结合能力具有一定的负面影响。因此,在水淹情况下秋华柳对镉的富集能力明显下降,在土壤镉治理方面的应用潜力受到一定抑制。对于三峡库区170 m水位以上海拔区域来说,水淹期较短且主要处于植物生长缓慢的冬季,综合考虑秋华柳生长和镉积累情况,其在消落带仍具有较强的植物修复潜力。同时,为了提高秋华柳对土壤镉的清除效果,也为了防止部分枝叶在水淹情况下腐烂造成水体及土壤的二次污染,建议在每年9月水淹来临前,对秋华柳地上部分进行收割处理。
[Abstract]:Flooding and cadmium pollution to the Three Gorges reservoir has caused serious environmental problems, the ability to build vegetation species need not only has tolerance to flooding, but also have strong tolerance to heavy metal and good heavy metal accumulation ability. Variegata is a native species in the Three Gorges Reservoir area, the fluctuating with widely distributed the Three Gorges reservoir. Study on vegetation construction, many scholars have proposed to variegata and other native shrub species as recommended 170 m above the water level fluctuating zone regional vegetation restoration. In order to investigate the variegata potential for phytoremediation of cadmium contaminated soil in flooded conditions, enrichment on the accumulation of Salix variegata in water - under cadmium stress the growth adaptability and flooding on Salix variegata cadmium, the influence of Cd in subcellular fractions of distribution are studied, and further explore the variegata cell wall polysaccharides mainly on the cadmium accumulation in 鐢，

本文编号：1586578