3種用材林木對(duì)Pb耐受性和吸附性研究

付卓銳，陳思多，黃伊嘉，吳 斌，莫開(kāi)林（四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川成都 610066）

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3種用材林木對(duì)Pb耐受性和吸附性研究

付卓銳，陳思多，黃伊嘉，吳 斌，莫開(kāi)林*
（四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川成都 610066）

摘要：本研究在溫室沙培盆栽條件下對(duì)3種用材林木巨桉（Eucalyptus grandis Hill ex Maiden）、紅椿（Toona ciliata Roem）、楠木（Phoebe nanmu（Oliv.）Gamble）進(jìn)行重金屬Pb的脅迫試驗(yàn)。結(jié)果表明，桉樹(shù)、楠木和紅椿植株對(duì)Pb都有一定吸收能力，其體內(nèi)都存在Pb的吸收機(jī)制。在本試驗(yàn)條件下，楠木植株吸收重金屬Pb的能力是桉樹(shù)植株的3.63倍，是紅椿植株的4.2倍；桉樹(shù)植株吸收重金屬Pb的能力是紅椿植株的1.16倍。

關(guān)鍵詞：用材林木；Pb耐受性；吸附性

至2012年底，四川省林業(yè)產(chǎn)業(yè)基地總規(guī)模達(dá)到570萬(wàn)hm2，四川省現(xiàn)有核桃、板栗、花椒、銀杏、油橄欖、各種筍類(lèi)等豐富的森林食品資源，但隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程的加快和環(huán)境的惡化，重金屬對(duì)森林食品基地環(huán)境土壤的污染會(huì)對(duì)森林食品產(chǎn)品產(chǎn)生富集，如何對(duì)重金屬污染的森林土壤進(jìn)行遷移和修復(fù)亟待解決，迫切需要尋找在不破壞土壤物理化學(xué)性質(zhì)的前提下治理重金屬污染土壤的新途徑，植物修復(fù)是首選方法［1-2］。本文通過(guò)溫室砂培的方法研究了3種用材林木（桉樹(shù)、楠木、紅椿）在不同Pb處理濃度下，植株體內(nèi)Pb含量動(dòng)態(tài)變化、根系耐性指數(shù)，并擬定和比較了3種樹(shù)木對(duì)Pb耐性臨界值的下限，為利用鄉(xiāng)土用材林修復(fù)重金屬污染土壤提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料

樹(shù)木種類(lèi)：桉樹(shù)、楠木、紅椿，植株年齡均為1 a。

樹(shù)木來(lái)源：四川省林科院生物技術(shù)與良種繁育研究所。

采用溫室砂培盆栽試驗(yàn)，沙子用2% HNO3溶液浸泡過(guò)夜，然后用蒸餾水洗凈，每500 g裝盆，共裝180盆。選樹(shù)齡相近，每種用材林木選取長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗，用蒸餾水洗凈根系泥土，移植于盆沙中，按Hoagland配方澆營(yíng)養(yǎng)液［3］。

1.2方法

1.2.1污染處理方法

移植幼苗按Hoagland配方澆營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)30 d后，幼苗正常生長(zhǎng)，然后澆醋酸鉛處理液，處理液濃度（以純Pb計(jì)）為100 mg·L-1、200 mg·L-1、400 mg·L-1、800 mg·L-1、1 500 mg·L-1（分別標(biāo)記為處理1，2，3，4，5）每個(gè)種類(lèi)各濃度處理30株，并做對(duì)照組（不加醋酸鉛處理液），共180株。分別經(jīng)30 d、60 d、90 d、120 d，隨機(jī)取試驗(yàn)植株全株3棵進(jìn)行分析。研究和比較各樹(shù)種不同Pb濃度脅迫下體內(nèi)的Pb含量，以及根系的耐性指數(shù)以及Pb含量耐性臨界值［4］。

1.2.2分析方法

（1）Pb元素的測(cè)定：每個(gè)水平隨機(jī)抽取3棵植株全株用自來(lái)水清洗干凈，再用去離子水清洗3次后陰干，粉碎研磨后過(guò)60目尼龍篩備用，稱(chēng)取試樣1 g于錐形瓶中，放數(shù)粒玻璃珠，加入10：1的混酸（硝酸：高氯酸）10ml，加短頸漏斗浸泡過(guò)夜，隔天于電爐上消解，若變棕黑色，再加混合酸，直至冒白煙，消化液呈透明，趁酸揮凈，放冷，用滴管將試樣消化液濾入25 mL容量瓶中，用1%的硝酸少量多次洗滌錐形瓶，洗液合并于容量瓶中并定容至刻度，混勻備用。消解液中重金屬Pb的含量采用石墨爐原子吸收分光光度儀（Agilent AA240Z）進(jìn)行測(cè)定［5］。

（2）根系耐性指數(shù)（Root tolerance index）是各處理的根系長(zhǎng)度與對(duì)照的根系長(zhǎng)度的比值，可以很好地反映植物對(duì)重金屬的耐性情況［6］。在本試驗(yàn)中，將3種樹(shù)木不同Pb濃度脅迫120d后的植株收獲后，量取各處理以及對(duì)照組的根系長(zhǎng)度，計(jì)算3種樹(shù)木不同處理下的根系耐性指數(shù)。

根系耐性指數(shù)（RTI）=各處理根系長(zhǎng)度/對(duì)照根系長(zhǎng)度。

2　結(jié)果與分析

2.13種樹(shù)木不同濃度處理后Pb含量分析

各植物對(duì)Pb元素的吸收和積累特性是不相同的。3種植株在不同處理濃度下的含Pb量，與對(duì)照相比，均達(dá)顯著水平。

2.1.1桉樹(shù)植株P(guān)b脅迫情況分析

表1為桉樹(shù)植株在不同處理濃度下動(dòng)態(tài)含鉛量，從表1中數(shù)據(jù)可以看出，桉樹(shù)植株在Pb不同處理濃度下的含鉛量與對(duì)照相比，均達(dá)顯著水平。不同濃度處理下，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，植株中的含鉛量不斷的增高；相同時(shí)間下，隨著處理濃度的增加，植株中的含鉛量均呈現(xiàn)出先增高后降低的趨勢(shì)。

表1　桉樹(shù)不同處理濃度下Pb含量（mg·kg-1）

圖1為桉樹(shù)植株不同Pb濃度處理下含鉛量動(dòng)態(tài)變化，可以看出不同濃度處理下，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，植株中的含鉛量不斷的增高，且不同處理濃度鉛含量動(dòng)態(tài)增加的速率不同，處理3（400 mg·kg-1）和處理4（800 mg·kg-1）的增加速率顯著高于其他處理，處理4（800 mg·kg-1）在90 d脅迫后增加速率變緩。

圖1　桉樹(shù)植株不同Pb濃度處理下含鉛量動(dòng)態(tài)變化

2.1.2楠木植株P(guān)b脅迫情況分析

表2為楠木植株在不同處理濃度下動(dòng)態(tài)含鉛量，從表中數(shù)據(jù)可以看出，楠木植株在Pb不同處理濃度下的含鉛量與對(duì)照相比，均達(dá)顯著水平。不同濃度處理下，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，楠木植株中的含鉛量不斷的增高；相同時(shí)間下，隨著處理濃度的增加，楠木植株中的含鉛量均呈現(xiàn)出先增高后降低的趨勢(shì)。

表2　楠木不同處理濃度下Pb含量（mg·kg-1）

圖2為楠木植株不同Pb濃度處理下含鉛量動(dòng)態(tài)變化，可以看出不同濃度處理下，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，楠木植株中的含鉛量不斷的增高，且不同處理濃度鉛含量動(dòng)態(tài)增加的速率不同，處理3（400 mg· kg-1）和處理4（800 mg·kg-1）的增加速率顯著高于其他處理。

圖2　楠木不同Pb濃度處理下含鉛量動(dòng)態(tài)變化

2.1.3紅椿植株P(guān)b脅迫情況分析

表3為紅椿植株在不同處理濃度下動(dòng)態(tài)含鉛量，從表中數(shù)據(jù)可以看出，紅椿植株在Pb不同處理濃度下的含鉛量與對(duì)照相比，均達(dá)顯著水平。不同濃度處理下，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，紅椿植株中的含鉛量不斷的增高；相同時(shí)間下，隨著處理濃度的增加，紅椿植株中的含鉛量均呈現(xiàn)出先增高后降低的趨勢(shì)。

表3　紅椿植株不同處理濃度下Pb含量（mg·kg-1）

圖3為紅椿植株不同Pb濃度處理下含鉛量動(dòng)態(tài)變化，可以看出不同濃度處理下，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，紅椿植株中的含鉛量不斷的增高，且不同處理濃度鉛含量動(dòng)態(tài)增加的速率不同，處理3（400 mg· kg-1）增加速率顯著高于其他處理。

綜合3種植株P(guān)b脅迫情況分析，可知桉樹(shù)、楠木和紅椿對(duì)Pb都有一定的吸收能力，可能其體內(nèi)都存在Pb的吸收機(jī)制。但隨著處理濃度的增加，中的含鉛量均呈現(xiàn)出先增高后降低的趨勢(shì)，這可能與植株的耐受情況有關(guān)，在生長(zhǎng)環(huán)境Pb離子濃度高到一定程度時(shí)會(huì)對(duì)植株生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，使其生長(zhǎng)緩慢，吸收富集Pb的能力下降。

2.23種樹(shù)木的Pb富集增長(zhǎng)速率比較

能夠稱(chēng)之為旅游資源的生態(tài)環(huán)境一定是美的、舒適的、自然的，能夠帶給旅游者一定的身心慰藉，帶來(lái)舒適的體驗(yàn)和情緒的是放，這樣的生態(tài)環(huán)境能夠成為旅游資源開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。因此，要實(shí)現(xiàn)地區(qū)旅游資源的開(kāi)發(fā)和利用，首先應(yīng)該要保護(hù)好、整治好地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，不斷提升旅游資源的質(zhì)量和水平，才能將地區(qū)打造成優(yōu)質(zhì)的旅游地帶。

對(duì)3種樹(shù)木不同Pb濃度處理下含鉛量增高的動(dòng)態(tài)變化作圖進(jìn)行分析，如上圖1、2、3，發(fā)現(xiàn)隨著Pb離子濃度的增高，3種樹(shù)木的Pb富集增長(zhǎng)速率有顯著不同。

圖3　紅椿植株不同Pb濃度處理下含鉛量動(dòng)態(tài)變化

綜合3種樹(shù)木不同Pb濃度處理下含鉛量動(dòng)態(tài)變化速率圖，選處理3（400 mg·kg-1）為3種樹(shù)木Pb脅迫試驗(yàn)中速率較高的處理，作同濃度處理下3種樹(shù)木吸附速率比較，如圖4所示。

圖4　Pb濃度400 mg·kg-1處理下3種植株吸附速率比較

圖4中所示，橫軸代表脅迫時(shí)間（d），縱軸代表在處理3（400 mg·kg-1）Pb溶液脅迫下各植株的含鉛量。從圖中可直觀的看出，在處理3的脅迫下楠木植株吸附速率顯著高于桉樹(shù)和紅椿，吸附速率大小依次為：楠木＞桉樹(shù)＞紅椿，說(shuō)明相比較下，楠木植株能把吸收的Pb較多地運(yùn)輸?shù)降厣喜?，其體內(nèi)可能存在良好的Pb運(yùn)輸機(jī)制，有待進(jìn)一步研究。

2.33種植株在Pb脅迫下的根系耐性比較

在重金屬與植物作用時(shí)，根首先接觸重金屬，對(duì)重金屬進(jìn)行吸收或排斥，同時(shí)根細(xì)胞壁中存在大量交換位點(diǎn)，能將重金屬離子交換吸收或固定，從而促進(jìn)或阻止重金屬離子進(jìn)一步向地上部分運(yùn)輸［7］，因此根系耐性指數(shù)是用來(lái)反映植物體對(duì)重金屬耐性大小的一個(gè)非常重要的指標(biāo)［8］。表4為3種植株在不同Pb處理下120 d后的植物根系長(zhǎng)度與各自對(duì)照組根系長(zhǎng)度的比較，可以看出不同處理與對(duì)照組相比，差異顯著。

表4　3種樹(shù)木不同Pb處理下植物根系長(zhǎng)度（cm）

將表4中的植物根系長(zhǎng)度數(shù)值帶入植物根系耐性指數(shù)（RTI）的計(jì)算公式得出3種植株不同Pb處理下植物根系耐性指數(shù)如表5所示，作3種植株不同Pb處理下植物根系耐性指數(shù)（RTI）的柱形圖（圖5），以進(jìn)行直觀的比較如下：

表5　3種樹(shù)木不同Pb處理下植物根系耐性指數(shù)（RTI）

圖5　3種樹(shù)木不同Pb處理下植物根系耐性指數(shù)（RTI）

從圖5可以看出，在處理1中，3種樹(shù)木的根系耐性指數(shù)均大于1.0，說(shuō)明低濃度的Pb處理對(duì)3種樹(shù)木根系的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，但隨著Pb離子濃度的增加，桉樹(shù)和紅椿植株的根系耐性指數(shù)降低，從處理3開(kāi)始，桉樹(shù)和紅椿植株就表現(xiàn)出不適應(yīng)癥狀，根系長(zhǎng)度小于對(duì)照，生長(zhǎng)受阻，而楠木植株在處理3中卻表現(xiàn)了很好的耐性；且桉樹(shù)和紅椿植株隨著處理濃度的增加，根系耐性指數(shù)開(kāi)始降低，而楠木植株從處理2之后的濃度脅迫，才出現(xiàn)根系耐性指數(shù)降低的情況，進(jìn)一步的說(shuō)明從處理1到處理2的濃度增高脅迫，對(duì)楠木植株根系生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用，楠木植株在處理2的脅迫下比桉樹(shù)、紅椿的耐性更優(yōu)。

2.43種植株含Pb量耐性臨界值下限的比較

不同植物的耐性臨界值有上限和下限兩個(gè)指標(biāo)，把植物根系耐性指數(shù)約等于1.0時(shí)，該植物體內(nèi)的重金屬含量定為臨界值的下限，當(dāng)植物的重金屬含量超過(guò)臨界值的下限時(shí)，植物的根系生長(zhǎng)受阻，植物不能正常生長(zhǎng)；在重金屬污染條件下植物體內(nèi)的重金屬含量最高且能夠生長(zhǎng)時(shí)其體內(nèi)的含量定為臨界值的上限，它表明當(dāng)植株重金屬含量超過(guò)此閾值，植株體內(nèi)的防御機(jī)制徹底破壞，植物受到嚴(yán)重毒害，甚至死亡［9］。根據(jù)此定義，結(jié)合本項(xiàng)目試驗(yàn)情況，可用試驗(yàn)中植株全株含鉛量表示出3種植株對(duì)Pb耐性臨界值的下限能力大小。經(jīng)查，植物根系耐性指數(shù)約等于1.0時(shí)，桉樹(shù)、楠木、紅椿的Pb含量如表6所示。

表6　3種樹(shù)木對(duì)Pb耐性臨界值的下限能力比較

可以看出，在本試驗(yàn)條件下，楠木植株吸收重金屬Pb的能力是桉樹(shù)植株的3.63倍，是紅椿植株的4.2倍；桉樹(shù)植株吸收重金屬Pb的能力是紅椿植株的1.16倍。

3　結(jié)果與討論

（1）在本試驗(yàn)中，桉樹(shù)、楠木和紅椿植株對(duì)Pb都有一定的吸收能力，可能其體內(nèi)都存在Pb的吸收機(jī)制。但在生長(zhǎng)環(huán)境Pb離子濃度高到一定程度時(shí)會(huì)對(duì)植株生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，使其生長(zhǎng)緩慢，吸收富集Pb的能力下降。

（2）選處理3（400 mg·kg-1）為3種植株P(guān)b脅迫試驗(yàn)中速率較高的處理，作同濃度處理下3種植株吸附速率比較，顯示，在處理3的脅迫下楠木植株吸附速率顯著高于桉樹(shù)和紅椿，說(shuō)明，楠木植株能把吸收的Pb較多地運(yùn)輸?shù)降厣喜浚潴w內(nèi)可能存在良好的Pb運(yùn)輸機(jī)制，有待進(jìn)一步研究。

（3）3種樹(shù)木不同Pb處理下植物根系耐性指數(shù)（RTI）比較中，可以看出，低濃度的Pb處理對(duì)3種樹(shù)木根系的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。但隨著Pb離子濃度的增加，桉樹(shù)和紅椿植株的根系耐性指數(shù)降低，從處理3開(kāi)始，二者就表現(xiàn)出不適應(yīng)癥狀，根系長(zhǎng)度小于對(duì)照，生長(zhǎng)受阻，而楠木植株在處理3中卻表現(xiàn)了很好的耐性。

（4）用植株全株含鉛量表示出3種樹(shù)木對(duì)Pb耐性臨界值的下限能力大小比較顯示：在本試驗(yàn)條件下，楠木植株吸收重金屬Pb的能力是桉樹(shù)植株的3.63倍，是紅椿植株的4.2倍；桉樹(shù)植株吸收重金屬Pb的能力是紅椿植株的1.16倍。楠木和桉樹(shù)都可以作為先鋒植物去修復(fù)被Pb污染的土壤，一方面可在避免種植食用性植物前提下對(duì)重金屬污染的土壤實(shí)行植物修復(fù)，另一方面可緩解當(dāng)前木材資源供給壓力，提高經(jīng)濟(jì)收益，具有明顯的科學(xué)和現(xiàn)實(shí)意義。

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Research on the Tolerance and Absorbability of Three Kinds of Commercial Timber to the Heavy Metal Pb

FU Zhuo-rui CHEN Si-duo HUANG Yi-jia WU Bin MO Kai-lin
（Sichuan Academy of Forestry，Chengdu 610066，China）

Abstract：In this study，stress experiments of heavy metal Pb were carried out on the three kinds of commercial timber——Eucalyptus grandis，Toona ciliata and Phoebe nanmu with sand pot-planting method indoors.The result showed that the three kinds of timber all had certain absorptive ability to Pb，and there might be an absorption mechanism in all of their bodies.Under the experimental conditions，the absorptive ability to Pb of Phoebe nanmu was 3.63 times than that of Eucalyptus，and 4.2 times than that of Toona ciliata，and the ability of Eucalyptus was 1.16 times than that of Toona ciliata.

Key words：Commercial timber tree，Lead，Tolerance，Absorbability

通訊作者：莫開(kāi)林（1970-），男，高級(jí)工程師，從事林產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)工作。Tel：13982271256，E-mail：mokailin@126.com。

作者簡(jiǎn)介：付卓銳（1983-），女，碩士研究生，從事森林食品檢驗(yàn)及監(jiān)測(cè)工作。E-mail：85908408@ qq.com。

基金項(xiàng)目：四川省公益性科研院所基本科研項(xiàng)目（JB201406）。

收稿日期：2015-08-13

doi：10.16779/ j.cnki.1003-5508.2016.01.010

中圖分類(lèi)號(hào)：S718.43

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-5508（2016）01-0051-05