论文总字数：16221字
目 录
1引言 1
1.1研究背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.3本课题研究目的及内容 2
2试验材料与方法 2
2.1试验材料 2
2.1.1供试土壤 2
2.1.2供试植物 2
2.2试验方法 2
2.3测定指标 3
2.3.1盆栽试验土壤前后的pH值 3
2.3.2 CEC的测定 3
2.3.3 SOC的测定 3
2.3.4交换性铝含量的测定 3
2.3.5土壤重金属交换态测定 3
2.3.6土壤和植物重金属全量分析 4
2.3.7收获后测定伴矿景天茎、叶重金属形态分布 4
2.3.8土壤溶液中阳离子浓度和DOC的测定 4
3实验结果与讨论 4
3.1 铝添加盆栽试验收获景天的生长与重金属吸收 5
3.1.1伴矿景天各部位的生物量干重 5
3.1.2伴矿景天铝和镉的吸收 7
3.1.3伴矿景天茎、叶中铝和镉的形态分布 9
3.2 铝添加的土壤种植伴矿景天前后土壤性质的变化 11
3.2.1 土壤中pH的变化情况 11
3.2.2土壤交换态镉浓度的变化 11
3.2.3土壤交换态铝浓度的变化 12
3.2.4土壤溶液中各种阳离子浓度和DOC的变化 14
4结论 16
参考文献： 17
致谢 18
铝毒对超积累植物伴矿景天镉吸收的影响研究
陆小祥
，China
Abstract: The effects of aluminum (Al) toxicity on the growth and cadmium (Cd) uptake of Sedum plumbizincicola (S. plumbizincicola) were studied through greenhouse pot experiments. In this experiment, two acidic soils (Guangdong soil GD and Guizhou soil GZ) were selected, and five treatments were set up: addition of 0, 50, 200, 500, and 1000 mg kg-1 Al. The changes of pH, exchangeable Al and Cd concentrations and the concentration of cations in soil solution were analyzed before and after phytoextraction, and the biomass, metal (Al and Cd) concentrations and chemical forms of metals in different parts of S. plumbizincicola (root, stem and leaf) were measured. By comparing the data before and after the remediation, it can be found that S. plumbizincicola has a remarkable ability to accumulate Cd, and the tolerance of Al to different soils is different. The results showed that excessive Al could significantly inhibit the Cd uptake and inhibit the growth of the hyperaccumulating plant and even lead to the death of plants. Therefore, in the process of phytoremediation, we should pay attention to the prevention and control of Al toxicity and improve the Cd phytoextraction efficiency of S. plumbizincicola.
Keywords: aluminum toxicity; hyperaccumulator; Sedum plumbizincicola; phytoremediation.
1引言
1.1研究背景
土壤是人类社会赖以生存和发展的重要自然资源。然而，随着工农业的迅速发展以及城市化进程的加剧，土壤环境质量遭到了严重破坏， 土壤环境问题日益严重，其中土壤中重金属污染的形势不容乐观。2014年环保部和国土资源部发布的全国土壤污染状况调查公报指出，全国土壤总的点位超标率为16.1%，其中镉(Cd)的点位超标率为7.0%，居无机污染物首位[1]。Cd作为一种人体非必需元素，长期摄入可使肾脏、肝脏发生慢性中毒，诱导软骨病。世界卫生组织将Cd列为重点研究的食品污染类植物必需元素，我国也是将Cd列为实施排放总量控制的重点监控指标之一。
Cd污染的土壤迫切需要修复，恢复正常的生产力。植物修复技术在土壤修复过程中优势明显，超积累植物是植物修复过程中常用到的修复材料。伴矿景天是在我国本土发现的一种锌镉超积累植物[2]，对Cd有超强的富集能力，其在锌镉矿区的自然生长条件下地上部的Cd浓度可高达1000 mg kg-1，平均富集吸收率在40%左右[3-5]。重金属的生物有效性与土壤的酸碱度有密切的关系，Richards等研究发现土壤pH值大于7时草本植物Cd积累量显著小于pH为5时的积累量[6]。研究表明伴矿景天在酸性土壤的修复效率显著高于碱性土壤[7-8]。同多数超积累植物一样，伴矿景天在修复中轻度污染的酸性土壤方面具有很好的推广前景。
然而很多报道指出酸性土壤存在严重的铝毒害问题，它是酸性土壤中抑制植物生长的主要因素之一。铝是土壤中含量最多的金属元素，其平均含量约占地壳的8%。土壤中的Al大部分以固定态Al形式存在，对植物和环境没有毒害[9]。Al毒害问题主要是无机离子态Al，如Al3 、Al(OH)2 对植物根系的毒害作用。分子水平上，Al毒会影响矿质营养的吸收和代谢，使生物体内的平衡受到破坏；器官水平上，Al毒会抑制植物根、茎、叶的生长，甚至导致植物死亡[10-12]。一般来说酸土中单独Al毒害存在的情况很少，更多的是Al与其它重金属之间共同对植物的胁迫作用[13]。酸性土壤中的Al会不会影响超积累植物的生长和重金属吸收是一个需要研究的问题。
1.2国内外研究现状
目前，国内外对土壤重金属污染和植物修复展开了一系列研究。吴龙华团队已经对伴矿景天进行了10多年的研究，发现适度增大种植密度可促进伴矿景天的生长，显著提高其地上部生物量，但过分密植对植物地上部增产无显著作用[14]。李柱等发现低浓度铜处理可促进伴矿景天生长，利于植物对土壤Zn、Cd的吸取修复，但在植物生长介质中铜浓度过高会对伴矿景天产生毒害[15]。
对于Al对植物的毒害作用也有很多研究。李洋等发现Al胁迫作用会阻止小麦的根生长,使Al离子在根部移动，从而根部Al离子浓度较高[16]。Hara等研究Si对Al的缓解作用因为Si使培养液Al的浓度降低，并且Si改变了溶液和植株中Al的化学形态[17]。但是目前还未有关于Al毒对超积累植物吸取修复的影响相关方面的研究，因此有必要研究Al毒对超积累植物伴矿景天的Cd吸取修复的影响，以便在修复过程中预防和调控Al毒，提高伴矿景天的Cd吸取修复效率。
1.3本课题研究目的及内容
本研究设计了一个温室盆栽试验，在两种不同类型土壤上添加了不同浓度的Al，分析Al添加后对土壤性质和土壤重金属形态的影响，并在Al添加后的土壤上扦插伴矿景天，研究Al毒对伴矿景天生长和Cd吸收的影响，探究Al毒发生的阈值和伴矿景天在Al胁迫下的响应。
2试验材料与方法
2.1 试验材料
2.1.1供试土壤
本试验采用的土壤类型有两种。第一种土壤采自贵州乌当水田镇安多大园旱地土壤，土壤为壤黏土，pH为4.86，土壤中全Cd含量为1.88 mg kg-1，土壤全Al含量为36.2 g kg-1，交换性Al含量为140 mg kg-1。第二种土壤（红壤）采自广东仁化中污染水稻土，土壤为壤黏土，pH为5.52，土壤中全Cd含量为3.93 mg kg-1，土壤全Al含量为41.6 g kg-1，交换性Al含量为11.2 mg kg-1。两种试验土壤中的Cd全量都很高，适合用于试验。具体理化性质如表所示：
表2-1 盆栽土壤基本理化性质
Soil | pH | CEC | SOC | Clay | Total Cd | Total Al |
cmol ( ) kg−1 | g kg−1 | % | mg kg−1 | mg kg−1 | ||
GD | 5.52 | 11.2 | 17.5 | 22.8 | 3.93 | 41.6 |
GZ | 4.86 | 13.0 | 31.6 | 25.7 | 1.88 | 36.2 |
CEC：阳离子交换量； SOC：土壤有机碳含量；Clay：土壤黏粒含量；Total Cd：土壤全量Cd浓度；Total Al：土壤全量Al浓度。
2.1.2供试植物
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