迁移的植物

迁移的植物（共3篇）

迁移的植物 篇1

摘要：通过对矿区废弃地的实地调查和采样分析, 研究了废弃地海州香薷等5种植物对铜的积累与迁移特性, 以期为矿区废弃地的植被恢复和土壤重金属污染的治理提供一定的科学依据。研究结果表明, 铜绿山矿区废弃地土壤Cu含量高达4580.48mg/kg, 5种植物对土壤中的Cu都有一定程度的富集作用。其中, 狗尾草对土壤中Cu的富集系数和转运系数都比较高, 适合作为治理铜绿山矿区废弃地重金属Cu污染的植物。

关键词：矿区废弃地,植物,铜,积累与迁移

1前言

铜绿山, 位于湖北省大冶市, 是一个已有3000余年的古铜矿遗址[1], 经长期自然演替, 已经形成了一定的植被体系。显然, 这片植被中有重金属Cu的耐性植物, 甚至有重金属Cu的超富集植物存在的可能性。资料显示, 大冶铜绿山矿区废弃地有28种高等植物, 分属25属15科, 其中禾本科5种, 菊科4种, 豆科4种。从生态型来看, 主要以一年生 (19种) 和多年生 (8种) 的草本植物为主, 乔木只有一种, 即木犀科的女贞[2]。本次研究, 经实地勘探, 调查到的植物种类与资料基本一致。通过样方随机取样, 确定了海州香薷、狼把草、狗尾草、小飞蓬和白茅等5种优势植物。本文分析了海州香薷等5种优势植物对铜的积累与迁移特性, 以期为矿区废弃地的植被恢复和土壤重金属污染的治理提供一定的科学依据。

2材料与方法

2.1样品采集

根据2014年10月的实地调查, 在植被覆盖较好的铜绿山矿区废弃地的典型样地中随机选定4个10m×10m的样方, 调查样方内的草本植物群落结构。结果显示, 优势植物为海州香薷、狼把草、狗尾草、小飞蓬和白茅等5种草本植物。在每个样方内随机采集上述5种植物 (全株) , 以及样方内0cm~15cm的土壤样品。

2.2样品处理与分析

植物样采用干灰化—原子吸收分光光度法测定植株Cu含量 (仪器GBC AVANTA M型) [3]。测定前先用自来水冲洗植株表面污物, 再用去离子水洗净, 晾干备用。土壤样采用原子吸收分光光度法测定土壤Cu总量 (仪器Analytic Jena型号ZEEmit700P) [4]。测定前土壤样品在室内风干, 除去土壤中的石块、植物根系和凋落物等, 充分研磨, 过100目标准筛, 用HNO3+HCl+HCl O4消煮, 定容, 保存备用。

3结果与讨论

3.1矿区废弃地优势植物与土壤Cu含量

3.2中对植物样及土壤样的处理与分析结果见表1。

由表1可知, 铜绿山矿区废弃地土壤Cu含量高达4580.48mg/kg, 远高于正常土壤中Cu的含量 (20 mg/kg~30mg/kg) , 是国家土壤环境质量3级标准的11.45倍 (400mg/kg) , 是湖北省红土壤背景值的185.13倍 (26.2mg/kg) 。一般而言, 当土壤中Cu含量达到150 mg/kg~400mg/kg时, 就会对植物产生毒害作用。然而铜绿山矿区废弃地与许多现代矿区废弃地寸草不生的情况不同, 其较好的植被条件说明在此自然生长的植物具有很高的Cu耐受能力或规避性。

从表1所列5种优势物种体内具体Cu含量的角度分析, Cu含量最高出现在狗尾草的根部, 达565.49mg/kg, 最低出现在海洲香薷的地上部分, 为37.67mg/kg, 显然, 此次采集的5种铜绿山矿区废弃地优势植物体内的Cu含量都高于植物体内正常Cu含量 (25mg/kg以内) , 这一结果反映了这些植物对土壤中的Cu都存在一定程度的富集作用。

富集系数是植物体内重金属含量与土壤重金属含量之比 (植物重金属含量/土壤重金属含量) [5]。一般情况下, 富集系数越大, 其富集能力越强。本次调查的5种优势植物对Cu的富集系数见表2。

由表2可知, 在调查的5种优势植物中, 海洲香薷的地上部位和白茅的地上部位对土壤中Cu的富集系数最低, 都是0.008, 而狗尾草的根部对土壤中Cu的富集系数最高, 达0.123。显然, 表2中的5种植物对土壤中Cu的富集系数都比较低。然而, 此5种植物都能生存在Cu含量比较高的土壤环境中, 表明这些植物对Cu都具有较强的抗性特征, 而富集系数却十分低。这种现象有可能与土壤中Cu的含量过高有关。

3.4对矿区废弃地优势植物Cu的转运系数的分析

转运系数是表征植物将重金属由根部转移到地上部的能力, 用地上部重金属浓度/根部相应重金属浓度表示[6]。地上部富集的重金属量越大, 重金属对植物造成的毒性越大, 在地上部富集高含量重金属的情况下植物仍能正常生长, 说明忍耐重金属的能力越强。因此, 转运系数可间接衡量植物对重金属的耐性。本次调查的5种优势植物对Cu的转运系数见表3。

表3显示, 在调查的铜绿山矿区废弃地的5种优势植物中, 仅小飞蓬对Cu的转运系数大于1, 高达2.333。其地上部分Cu高浓度累积的机理之一可能是通过蒸腾作用或叶的脱落, 将Cu从体内排出, 以减少植物对重金属的负荷。其余4种植物, 白茅、狼把草、狗尾草和海州香薷对Cu的转运系数分别为0.800、0.708、0.683和0.143, 都小于1。因此, 即使这4类植物对Cu有一定程度的富集作用, 但通过收割植物地上部分的方式来降低土壤Cu的浓度的方法不一定现实。

4结语

本次研究活动在铜绿山矿区废弃地调查的海州香薷、狼把草、狗尾草、小飞蓬和白茅等5种优势植物对土壤中的Cu都存在一定程度的富集作用。另外, 此5种植物都能生存在Cu含量比较高的土壤环境中, 然而富集系数却十分低。经分析, 这种现象有可能与土壤中Cu的含量过高有关, 最后, 结合对富集系数和转运系数的综合考虑, 发现对土壤中Cu富集效果好的植物, 转运能力不一定理想, 如海洲香薷;同样, 对Cu转运系数高的植物, 其对土壤中Cu的富集效果却不突出, 如小飞蓬。筛选方便有效去除土壤重金属的植物时, 选择富集系数和转运系数都比较高的植物是尤为重要的。而狗尾草对土壤中Cu的富集系数 (地上部分:0.084, 地下部分:0.123) 和转运系数 (0.683) 都比较高, 因此, 狗尾草适合作为治理大冶铜绿山矿区废弃地重金属铜污染的植物。

参考文献

[1]黄石博物馆.铜绿山——中国古代矿山中的一颗名珠[M].北京:文物出版社, 1980.

[2]束文圣, 杨开颜, 张志权, 杨兵, 蓝崇钰.湖北铜绿山古铜矿冶炼渣植被与优势植物的重金属含量研究[N].应用与环境生物学报, 2001, 7 (1) :7-12.

[3]李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育出版社, 2000.

[4]鲁如坤.土壤农业化学分析法[M].北京:中国农业科技出版社, 2000.

[5]段昌群主编.生态科学进展 (第一卷) [C].北京:高等教育出版社, 2004.339-353.

迁移的植物 篇2

摘要：以低浓度的稳定铅同位素为示踪剂,采用电感耦合等离子质谱法,通过盆栽实验,考察了在不同的pH值环境和不同铅源引入方式下,茶树植株对铅的吸收情况以及铅在植株体内的`分布及迁移规律.结果表明:茶树植株对大气铅源污染的反应比土壤铅源污染灵敏;大气铅源污染有往顶端(芽)迁移的趋势,而土壤铅源污染则主要聚集在根部;低pH条件增强植株对铅的吸收且能促使植株体内的铅的往高处迁移.本实验方法危害小,更接近植株承受低浓度污染的实际情况,能区分实验引入铅源和环境引入铅源.Abstract：Low concentration isotopic lead tracer (SRM982) was adopted, ICP-MS was used as a detection tool. By pot test, the chemical action of lead in tea under the condition of different pH and different modes of lead exposure was studied. Simulated rain water (C_(pb) = 0.5mg・l~(-1)) was used to pot soil and spray leaf to investigate the adsorption, distribution and migration of lead in two systerms: atmosphere-tea and soil-tea. The results are: 1. the reaction to lead pollution from atmosphere is more sensitive than that from soil; 2. the migration and distribution in tea of lead pollution from atmosphere and from soil is different, the former has the trend of conveying to bud while the latter focus mainly in root; 3. pH has an evidently effect on the migration of lead in tea, generally, low pH facilitates migration to upper parts. This method has the advantages that tea beared low polution, and the hazard to plant is less than traditional ways. In addition, lead from environment and from tracer can be separated.作 者：黄华斌 庄峙厦 杨妙峰 张建平 齐士林 罗洁 王小如 HUANG Hua-bin ZHUANG Zhi-xia YANG Miao-feng ZHANG Jian-ping QI Shi-lin LUO Jie WANG Xiao-ru 作者单位：黄华斌,张建平,齐士林,罗洁,HUANG Hua-bin,ZHANG Jian-ping,QI Shi-lin,LUO Jie(现代分析科学教育部重点实验室,厦门大学化学化工学院,厦门,361005)

庄峙厦,王小如,ZHUANG Zhi-xia,WANG Xiao-ru(现代分析科学教育部重点实验室,厦门大学化学化工学院,厦门,361005;国家海洋局第一海洋研究所,青岛,266061)

杨妙峰,YANG Miao-feng(福建水产研究所,厦门,361012)

迁移的植物 篇3

农田排水沟渠(宽深一般都在2 m以下)是南方丘陵农业区最常见的农田排灌设施,沟网密度大,面积一般占到总土地面积的3%左右。生态阻控技术正是充分合理利用这些沟渠系统栽植水生植物,使其具有缓解水流流速、促进泥沙颗粒沉淀,增强沟内植物对N、P的立体吸收和拦截作用,一方面可以有效减少农田养分流失对下游水体造成的面源污染[12,13],另一方面,拦截植物的生物质还可以用于覆盖还田或者作为动物饲料,实现养分资源的循环利用[14],可谓是一举两得。基于此,本文以南方亚热带红壤小流域为研究区域,利用农田小型排水沟渠种植野生或引种的水生植物,研究比较不同物种对农田排水和泥沙中N、P的吸收富集能力。本研究对有效遏制农田养分的流失和减少农业面源污染物质(N、P)向下游的扩散迁移具有重要的理论价值和广阔的应用前景。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验区位于湖南省长沙县金井镇中国科学院亚热带农业生态研究所试验基地,试区总面积135 km2。该区年平均降水量1300 mm~1400 mm,年平均气温17.2℃,无霜期274 d,年日照为1663 h,相对湿度80%左右,属于典型亚热带湿润季风气候。区内海拔高度一般为90 m~110 m,相对高差一般在100 m以内,为典型江南丘岗地貌。当地土地利用形式主要以林地、水田和茶园为主,其中耕地占总土地面积的17%,主要农作物为水稻和蔬菜。

农田排水沟渠系统是农田生态系统的重要组成部分,是农田N、P污染物向下游水体汇集、迁移的主要通道,除了暴雨期间以外,研究区农田排水沟渠中水深一般为20 cm左右,水流速度较慢,一般在20cm/s~30 cm/s以内,适合种植各种水生植物。

1.2 试验设计

在研究区选取一条沟岸经人工硬化整治的直型稻田排水沟,口宽3.5 m,底宽2 m,于2010年4月在沟底种植多年生水生植物,选取物种包括:美人蕉(Canna indica)、狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、黑三棱(Sparganium stoloniferum)、灯心草(Juncus effusus)、铜钱草(Hydrocotyle vulgaris)、水芹菜(Oenanthe javanica)6种植物(处理),每种植物作为一个处理(单作),设置3次重复,共计18个小区,随机排列在试验沟渠之中。小区规格为200 m2(10 m长、2 m宽)。

1.3 样品采集与分析

于2010年8月中旬进行植物样与泥沙样的采集。采集方法为:在每个小区内设置3个1 m2的代表性采样区,将每个采样区的植物全部地上部沿地表收割,装入网袋用于地上生物量与养分含量的测定;在样区内多点采集约1 kg泥沙样用于泥沙理化性质的分析,然后将全部泥沙挖出装入网袋内,称重并换算出泥沙量,然后将其中的泥沙全部洗出,余下植物地下部(根系与根状茎),用于测定地下生物量与养分含量。将以上植物地上部、地下部、泥沙样带回室内,称取并记录其相应的鲜重,然后将其晾干,其中泥沙样为风干。

植物样风干后剪碎混匀,取少量进行低温烘干(65℃)、粉碎、过筛(0.147 mm),用于分析植物NP的含量。泥沙样风干后混匀、磨碎、过筛(2 mm和0.25 mm),用于测定机械组成和养分含量。各项指标的测定方法依次为:植物样采用H2SO4—H2O2消煮待测液,其中植物总N采用流动注射仪(FIA Star 5000)法测定,植物总P采用钼蓝比色法测定;土壤总N采用开氏消煮—流动注射仪法测定,土壤总P采用H2SO4—HCl O4消煮、钼蓝比色法测定[15]。

1.4 试验数据分析

文中所列数据全部为3次重复的均值与标准差。数据统计主要运用SPSS 17.0软件进行方差分析(ANOVA),分析结果达到统计显著水平(P<0.05)的再进行用Duncan’s多重比较。采用Office-excel软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同植物NP的吸收和富集能力比较

2.1.1 生物量

生物量是反映植物养分吸收富集能力最直观的指标,一般地,生物量越大其养分的富集能力就越强。分析结果(图1)表明,不同处理间生物量差异显著(P<0.05),其中以美人蕉的总生物量(包括地上与地下)最高,达到2.32kg/m2,其次是灯芯草和黑三棱,分别为1.65 kg/m2和1.63kg/m2,而水芹菜由于采样时已进入夏季休眠期,只有存留在泥沙里的地下部分,所以水芹菜的生物量最低,仅为0.58kg/m2。从地上地下生物量的分配来看,美人蕉的地上生物量最大,为1.71kg/m2,而黑三棱的地下生物量最大,为0.85kg/m2。水芹菜的地上和地下生物量都最小(0.26 kg/m2和0.32kg/m2)。从生物量的分配来看,除了黑三棱和水芹菜以外,其他物种的地上生物量均显著大于地下。

注:Ⅰ:黑三棱;Ⅱ:灯芯草;Ⅲ:狐尾藻;Ⅳ:美人蕉;Ⅴ:铜钱草;Ⅵ:水芹菜.

2.1.2 植物N、P含量

植物N、P含量是反映植物富集能力的重要指标之一,分析结果(表1)表明,不同水生植物间具有显著差异(P<0.05)。总的来看,植物地上部的N、P含量普遍高于地下,地上部N含量的变化范围为8.06 g/kg~16.39 g/kg,P含量的变化范围为1.34 g/kg~3.82 g/kg,地下部N的变化范围为5.83 g/kg~10.80 g/kg,P的变化范围为1.34 g/kg~3.35g/kg。表明地上部是植物养分累计的主要器官,通过对植物地上部的收割可以有效去除和减少农田排水中氮磷向下游水体的迁移。

(单位:(g/kg))

注:(1)括弧中数据为标准差;(2)同一列数据中标有相同字母的表示其统计差异不显著(P>0.05)。

不同植物的比较结果表明,水芹菜的地上部N、P含量都为最高,分别为16.39 g/kg和3.82 g/kg;狐尾藻地下部N含量为最高(10.80 g/kg),水芹菜地下部P含量为最高(3.35 g/kg)。灯芯草地上部和地下部的N含量都为最低,分别为8.06 g/kg和5.83 g/kg;而植物地上部和地下部P含量最低的为美人蕉,都为1.34 g/kg。除了狐尾藻N与黑三棱、灯芯草P以外,各物种地上部分N、P含量均显著高于地下部分。

2.1.3 不同植物的N P累积量及其分配

对6种植物N、P累积量的统计结果(表2)表明,不同物种间以地上部N的累积量差异达到极显著水平(P=0.001),而不同物种间对P的累积量以及地下部N的累积量差异均不显著(P>0.05)。各物种地上部分N、P累积量的变化范围分别为4.25 g/m2~18.53 g/m2和0.99 g/m2~2.26 g/m2,其中以美人蕉地上部对N、P的累积量为最大,而水芹菜的为最小。

(单位:(g/m2))

注:(1)括弧中数据为标准差;(2)同一列数据中标有相同字母的表示其统计差异不显著(P>0.05)。

地下部分N、P累积量的变化范围分别为2.77 g/m2~6.57 g/m2和0.79 g/m2~2.07 g/m2,其中黑三棱地下部N、P的累积量最大,而水芹菜地下部对N的累积量为最小,美人蕉对P累积量为最小。除了黑三棱和水芹菜地下部对P的累积量高于地上部分外,其他物种地上部分N、P累积量均高于地下部分。可见,植物对N、P的累积主要集中在地上部分。因此从总体的生态拦截效果来看,对N的富集能力从强到弱依次为:美人蕉>狐尾藻>黑三棱>灯芯草>铜钱草>水芹菜;而对P富集量从强到弱的顺序为:黑三棱>美人蕉>狐尾藻>灯芯草>铜钱草>水芹菜。

2.2 不同植物对泥沙及其N、P的拦截效果比较

2.2.1 泥沙拦截总量与颗粒组成

表3表明,栽植不同水生植物的沟渠对泥沙的拦截量有一定差异,其中灯芯草的拦截量为最大(141.29kg/m2),而狐尾藻对泥沙的拦截量最小(86.68kg/m2),但是总体上统计差异不显著(P>0.05),这可能与沟道内不同位置泥沙拦截的空间分异(标准差较大)有关。对泥沙机械组成的分析结果表明,水芹菜(含杂草)拦截的泥沙中砂粒含量相对较高(50.56%),而黏粒含量较低(19.37%),而狐尾藻拦截的泥沙中砂粒含量最低(36.83%),而黏粒含量较高(21.57%)。这与不同植物的物种特性(如直立与匍匐、丛生与单生等)有一定关系,如狐尾藻属于匍匐密集型植物,易于拦截细颗粒泥沙。

注:(1)括弧中数据为标准差;(2)同一列数据中标有相同字母的表示其统计差异不显著(P>0.05)。

2.2.2 泥沙的N、P含量与N、P累积量

表4表明,不同处理泥沙的N、P含量及累积量有一定差异,N、P平均含量分别为N 0.73 g/kg和P 0.34 g/kg,而平均累积量分别为85.63 g/m2和4.41 g/m2。比较而言,水芹菜处理的泥沙中N、P含量和累积量都最大,分别为0.86g/kg、0.41g/kg和N 117.77 g/m2、P 54.56g/m2,而美人蕉的N累积量最小(66.94 g/m2),狐尾藻的P累积量为最小,只有24.51g/m2。但是总体而言,统计差异均不显著,表明不同植物对泥沙的拦截效果有较大的变异性。

注:(1)括弧中数据为标准差;(2)同一列数据中标有相同字母的表示其统计差异不显著(P>0.05)。

3 讨论与结论

3.1 讨论

3.1.1 生态沟渠中各物种对N、P的拦截效果

试验的初步结果表明,农田生态沟渠对稻田排水中N、P有很好的拦截效果,每种物种都生长良好,表明所选水生植物均能适应当地的生态条件,但是从不同植物的生物量以及N、P含量与吸收量的比较结果(图1、表1)来看,不同植物对N、P的拦截能力是有显著差异的,其中对N的富集能力从强到弱依次为:美人蕉>狐尾藻>黑三棱>灯芯草>铜钱草>水芹菜;而对P富集量从强到弱依次为:黑三棱>美人蕉>狐尾藻>灯芯草>铜钱草>水芹菜。其中美人蕉的生物量以及N吸收量均为最高,分别为2.32 kg/m2和23.90 g/m2,而黑三棱对P具有显著的富集优势,总吸收量高达4.04 g/m2。李芳柏[14]的研究也表明美人蕉对污水N、P以及COD具有较强的去除净化能力。狐尾藻和灯心草也是具有较大潜力的N、P富集水生植物,这与乔建荣[16]和成水平[17]等的研究结果基本一致。胡绵好[18]的研究结果也显示,水芹菜对N、P具有较高的去除效果,去除率分别达到89.5%和98.2%,这与本文水芹菜对N、P富集能力较强的结果相一致,但由于其夏季进入休眠期,所以其生物量小而使得N、P累积量也最小,这种季节休眠不利于夏季生态拦截作用的发挥。

植物是生态沟渠的主要组成部分,也是沟渠拦截N、P的主体。从试验结果来看,除了黑三棱和水芹菜以外,其他物种的地上部生物量均大于地下。蒋跃萍[19]的研究结果表明,地上部平均氮磷积累对去除水中氮磷的贡献率可达38.5%和40.5%,因此,适时对植物地上部进行收割可以有效地从水体中移除N、P,并促进植物的再生,以维持生态沟渠对水体的持续净化作用[20],避免植物枯落物对水体产生二次污染。

由于生态沟渠中所能够种植的植物生物量是有限的,所以其去除N、P的总量有限,且随着进水口中污染物浓度的变化和污染负荷的增加,进入沟渠的N、P总量增加,生态沟渠对N、P的去除率可能会相应地下降,这可以通过延长生态沟渠的长度得到解决。此外,在秋、冬季节,部分一年生植物地上部分死亡以后,其拦截效果会受到很大影响,因此可以通过建立不同特性物种的组合模式,来增强生态沟渠的生态拦截效果[12],这些均需进一步的深入研究。

本试验选取的物种中美人蕉不仅能吸收N、P等营养元素,而且能吸收二氧化硫、硫化氢和二氧化碳等有害物质,有净化空气,美化环境的作用。灯芯草、水芹菜、黑三棱和铜钱草都有一定的药用作用。狐尾藻多为沉水植物,观赏性较高,且全草可作为鱼虾蟹塘养殖过程中的饲料。而且美人蕉、铜钱草和狐尾藻都有较好的观赏性。试验基地金井镇分布较多水塘系统,由于水塘多封闭且人为排放污水超过水塘自净能力,所以多为死水塘,墨绿发臭。将物种合理运用于水塘治理,对改善农区水体水质和美化环境具有一定的现实意义。3.1.2生态沟渠对泥沙及其养分的拦截效果大型水生植物美人蕉、黑三棱和灯芯草对粗颗粒泥沙拦截效果较好,而小型蔓生性水生植物铜钱草和狐尾藻对细颗粒泥沙的拦截效果相对较好。但是从不同植物拦截泥沙N、P养分的累积量来看,平均达到N 85.63g/m2和P 40.41g/m2,表明生态沟渠中除植物吸收富集N、P以外,拦截泥沙中也富集了大量的N、P。显然,泥沙N、P总量要显著高于植物本身的富集量,但是泥沙N、P有很大一部分属于无效态,而植物富集部分则全部为植物有效态N、P,因此水生植物本身的净化作用更为重要。但也有研究结果表明,泥沙氮磷在沟渠进水N、P总量中所占比例很低,如王岩等[21]对江苏省宜兴市丁蜀镇区域的研究结果表明,泥沙固定N、P的总量仅占沟渠进水N、P总量的1.05%和5.05%。Jiang等[22]的研究也表明,与田间土壤相比,沟渠泥沙中含有更多的有机物和TN,因此泥沙养分含量较高可能也与泥沙本身对养分的富集作用有关。总之,生态沟渠对泥沙氮磷的拦截对于降低氮磷向下游水体的迁移也发挥了重要的作用。

3.2 结论