東南景天對(duì)脅迫條件下重金屬鋅和鎘吸收積累特性的研究

周凱，張?zhí)K明，孫夢(mèng)媛，王智芳

（河南科技學(xué)院園藝園林學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003）

景天科植物具有矮小抗風(fēng)、成活率高、抗干旱、生命力強(qiáng)等特點(diǎn)，并且顏色豐富鮮艷，生長(zhǎng)迅速，綠化效果顯著，因此成為比較流行的屋頂綠化首選植物。景天科植物除了具有極佳的景觀價(jià)值之外，國(guó)內(nèi)外學(xué)者還發(fā)現(xiàn)景天科植物不僅在夏天能消減64%的屋頂徑流［1］，而且東南景天（Sedum alfredii）還可忍耐和富集鎘（Cd）和鋅（Zn）等多種重金屬［2－4］，是土壤重金屬植物修復(fù)技術(shù)的模式植物之一［5，6］。但是關(guān)于東南景天對(duì)重金屬鎘和鋅的吸收積累研究尚少見(jiàn)報(bào)道。因此，本試驗(yàn)通過(guò)屋頂盆栽方式，研究東南景天對(duì)不同濃度重金屬Cd2＋和Zn2＋的吸收積累規(guī)律，以期為東南景天的推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)域概況

試驗(yàn)在河南科技學(xué)院（113°55′49.25″E，35°16′56.27″N）實(shí)驗(yàn)樓A段五樓樓頂進(jìn)行。樓頂平整，有較小坡度方便排水，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

新鄉(xiāng)市屬暖溫帶大陸性氣候，四季分明，冬寒夏熱，秋涼春早。歷年平均氣溫14℃，7月最熱，平均27.3℃，1月最冷，平均0.2℃。年均降水量為563.7 mm。年均無(wú)霜期為205 d。2019年，全市年平均氣溫15.6℃，年總?cè)照諘r(shí)數(shù)1 996.7 h［7］。

1.2 供試材料與栽培

供試東南景天取自生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學(xué)研究所清遠(yuǎn)繁育基地。選擇生長(zhǎng)良好、粗細(xì)基本一致的東南景天嫩枝，于2019年1月22日扦插于河南科技學(xué)院盆景園的溫室中。扦插基質(zhì)為蛭石與珍珠巖按照1∶1的體積比混合，進(jìn)行日常管理。當(dāng)年3月1日移栽至塑料花盆（直徑×高＝10 cm×8 cm）中，每盆栽植一株。移栽后的東南景天在盆景園溫室中養(yǎng)護(hù)10 d左右，然后放置于河南科技學(xué)院實(shí)驗(yàn)樓A段五樓樓頂，日常管理。Cd和Zn供體分別是氯化鎘（CdCl2·2.5H2O）和硫酸鋅（ZnSO4·7H2O），均為分析純。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

參照文獻(xiàn)［8，9］，設(shè)置5個(gè)Cd2＋和Zn2＋濃度處理，分別為：0（CK）、0.2、0.4、0.6、0.8 mmol／L，CK為去離子水。2019年3月31日起，用不同濃度的Cd2＋和Zn2＋溶液對(duì)東南景天進(jìn)行澆灌處理，每盆澆灌量為100 mL，間隔2～3 d進(jìn)行一次，每處理重復(fù)5次。經(jīng)過(guò)4周的澆灌處理，東南景天生長(zhǎng)情況基本正常。

4月30日將東南景天從花盆中取出，剔除栽培基質(zhì)，自來(lái)水多次清洗表面雜質(zhì)，再用去離子水清洗3次后，晾干表面水分并稱鮮重。然后將樣品置于烘箱內(nèi)，于80℃條件下烘干至恒重，按照地上部和地下部分別稱重，并研磨至粉末狀，置于封口袋內(nèi)備用［10，11］。

1.4 樣品處理

準(zhǔn)確稱取東南景天地上部樣品0.3000 g，地下部樣品0.2000 g放入聚四氟乙烯消化管中，以體積比5.5∶1（HNO3∶H2O2）的比例加入混酸13 mL，置于微波消解儀內(nèi)（MARS微波消解儀，美國(guó)CEM公司）進(jìn)行消解。消解條件如下：功率為1 600 W，初始消解溫度為105℃，時(shí)間為5 min；之后升溫至125℃繼續(xù)消解15 min。消解程序完成后，自然冷卻15 min取出。然后將聚四氟乙烯消化管中已經(jīng)完成消解的消解液在通風(fēng)櫥轉(zhuǎn)移至小燒杯中，用3%的稀硝酸2 mL清洗消化管中殘余的消解液，然后放置于XY－3A數(shù)顯恒溫電熱板上于170℃條件下進(jìn)行排酸。待小燒杯內(nèi)液體呈無(wú)色透明或略淺黃色僅剩1～2滴左右時(shí)，取下小燒杯，自然冷卻后，加3%稀硝酸定容至50 mL的容量瓶中待測(cè)。

1.5 重金屬含量測(cè)定

采用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（ICP－MS）（Optima 2100 DV，質(zhì)譜分析檢測(cè)技術(shù)（上海）有限公司）測(cè)定東南景天地上部和地下部樣品重金屬Cd2＋和Zn2＋的含量。

1.6 數(shù)據(jù)分析

使用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及繪圖。采用DPSv7.55軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析（one－way ANOVA）；用鄧肯氏新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較，大小寫字母分別代表1%和5%水平下的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鋅濃度處理對(duì)東南景天地上部和地下部Zn2＋含量的影響

由圖1A看出，與對(duì)照相比，不同濃度鋅澆灌處理后，東南景天地上部Zn2＋含量明顯提高。處理濃度為0.2、0.4、0.6、0.8 mmol／L時(shí)，地上部Zn2＋含量依次為CK的1.53、1.33、1.83、1.95倍，其中0.8 mmol／L鋅處理與對(duì)照差異顯著，其它處理與對(duì)照差異不顯著。表明隨著Zn2＋濃度的增高，東南景天地上部Zn2＋含量總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。

由圖1B看出，不同處理東南景天地下部Zn2＋含量依次表現(xiàn)為：CK＜0.4 mmol／L＜0.2 mmol／L＜0.6 mmol／L＜0.8 mmol／L，隨著Zn2＋濃度的增高，總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。處理濃度為0.2、0.4、0.6、0.8 mmol／L時(shí)，東南景天地下部Zn2＋含量依次為CK的1.53、1.22、1.58、1.81倍，除0.4 mmol／L處理外，其它處理均與對(duì)照差異顯著（P＜0.05），0.8 mmol／L處理與對(duì)照差異達(dá)極顯著水平（P＜0.01）。

圖1 東南景天地上部、地下部Zn2＋含量

2.2 不同鎘濃度處理對(duì)東南景天地上部和地下部Cd2＋含量的影響

由圖2A看出，隨著Cd2＋濃度的增高，東南景天地上部Cd2＋含量呈明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)。Cd濃度為0.2、0.4、0.6、0.8 mmol／L時(shí)，東南景天地上部Cd2＋含量分別為1.24、1.35、2.72、3.28 mg／kg，分別較CK高30.00、32.75、67.00、81.00倍，差異均達(dá)1%極顯著水平；0.6、0.8 mmol／L處理間無(wú)顯著差異，但均極顯著高于其它處理。

由圖2B看出，處理濃度為0.2、0.4、0.6、0.8 mmol／L時(shí)，地下部Cd2＋含量分別為0.75、1.09、1.53、2.02 mg／kg，分別較CK高出6.53、9.98、14.33、19.26倍，處理間差異達(dá)極顯著水平（P＜0.01）。表明隨著Cd2＋濃度的增高，東南景天地下部Cd2＋含量增長(zhǎng)顯著。

圖2 東南景天地上部、地下部Cd2＋含量

以上結(jié)果顯示，鋅、鎘脅迫條件下，東南景天地上部對(duì)Zn2＋和Cd2＋的吸收積累總體高于地下部，隨著脅迫處理濃度的增加，積累量整體呈增加趨勢(shì)。東南景天對(duì)Cd2＋的吸收積累能力顯著強(qiáng)于對(duì)Zn2＋的。

3 討論與結(jié)論

3.1 本試驗(yàn)結(jié)果表明，東南景天具有吸收累積土壤中Zn2＋和Cd2＋的能力，隨著處理濃度的增加，其對(duì)Zn2＋和Cd2＋的積累量總體呈增加趨勢(shì)。濃度為0.2、0.4、0.6、0.8 mmol／L處理時(shí)，東南景天地上部Zn2＋含量依次為CK的1.53、1.33、1.83、1.95倍，Cd2＋含量依次為CK的31.00、33.75、68.00、82.00倍；地下部Zn2＋含量依次為CK的1.53、1.22、1.58、1.80倍，Cd2＋含量依次為CK的7.53、10.98、15.33、20.26倍。表明東南景天地上部對(duì)Zn2＋和Cd2＋的吸收積累高于地下部，且對(duì)Cd2＋的吸收積累強(qiáng)于對(duì)Zn2＋的。

3.2 劉維明等［12］研究發(fā)現(xiàn)，東南景天對(duì)廣西大環(huán)江流域重金屬鎘污染的去除效率能達(dá)12.23%。朱凰榕等［13］通過(guò)兩年的盆栽試驗(yàn)表明，東南景天對(duì)土壤中Cd的修復(fù)效率為83.5%，Zn為30.3%，與本研究結(jié)論一致，均證明東南景天對(duì)Cd2＋的富集能力更強(qiáng)。這為東南景天的推廣應(yīng)用提供了參考。