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1、3种木本植物在铅锌和铜矿砂中的生长及对重金属的吸收施翔1，陈益泰1,*，王树凤1，张晓磊1,2，袁媛3(1.中国林业科学研究院亚热带林业研究所，富阳，311400；2. 山东农业大学林学院，泰安，271018；上海泽泉科技有限公司，上海，200333)摘要：通过盆栽试验评价木本植物修复铅锌矿和铜矿尾矿的潜力。研究3种木本植物紫穗槐、桤木和黄连木在2种矿砂中的生长，叶绿素、叶绿素荧光参数、根系形态以及其对重金属的吸收和转移。结果表明，150 天后3种植物在矿砂中都能生长，其中黄连木在铅锌矿中生长受到明显抑制，桤木的叶绿素含量显著降低。3种植物的根系发育在2种矿砂中没有受到显著抑制。重金属在3种植
2、物组织中的含量为17.66 -55.36 mgkg-1 (铜)、2.67-196.00 mgkg-1(铅)、58.93-333.67 (锌，铅锌矿砂)和49.20-199.33(锌，铜矿砂)。3种植物的生物富集系数(BCF)和转移系数(TF)值都小于1。60 天后，桤木和黄连木叶片的叶绿素荧光参数与对照相比没有显著变化。重金属胁迫后显著地降低叶片Mn的含量。因此可利用固氮植物紫穗槐在尾矿区造林和修复。关键词：木本植物；尾矿；耐性；叶绿素荧光参数；根系Growth and metal uptake of three woody species in copper and lead/zinc mi
3、ne tailing SHI Xiang1, CHEN Yitai 1,*, WANG Shufeng1, ZHANG Xiaolei1, 2, Yuan Yuan3 1. The Research Institute of Subtropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Fuyang 311400, China2. College of Forestry, Shandong Agricultural University, Taian 271018, China3. Shanghai Zealquest Scientific Limite
4、d Corporation, Shanghai 200333, ChinaAbstract: A greenhouse pot experiment was conducted to evaluate the potential of woody plants for revegetation in copper (Cu) and lead/zinc (Pb/Zn) mine tailings. Three woody plants species (Amorpha fruticosa Linn, Alnus cremastogyne and Pistacia chinensis) were
5、tested to assess their growth, chlorophyll, chlorophyll fluorescence parameters, root morphology, metal accumulation and translocation in plants. Pb/Zn tailings and Cu tailings contained elevated concentrations of total Pb,Zn and Cu, which imposed stress to species planted. All three species can gro
6、w in both Cu tailings and Pb/Zn tailings and show different tolerance to stress of tailings. The Nfixing shrub A. fruticosa is the most tolerant species to both tailing areas. P. chinensis was significantly stressed in term of plant growth in Pb/Zn tailing. Heavy metals significantly decreased chlor
7、ophyll of A. cremastogyne. The root parameters of all plants grown in tailings showed no difference from that grown in soil. Despite the high concentrations of heavy metals in the mine tailing, there was a slight transfer of these elements to the aboveground biomass. The accumulated metal contents i
8、n the plants varied among species from 58.93 to 333.67 (for Zn which grown in Pb/Zn tailing area), 49.20 to 199.33 (for Zn which grown in Cu tailing area), 2.67 to 196.00 (Pb) and 17.66 to 55.36 mg/kg (Cu). All plant species have low bioconcentration factor (BCF) and translocation factor (TF) except
9、 TF value of Zn (TF = 0.84 in Cu tailing areas) of P. chinensis. After 60 d, compared with control, the chlorophyll fluorescence parameters of A. cremastogyne and P. chinensis in two tailings showed no difference. The contents of manganese (Mn) in leaves was decreased significantly with heavy metal
10、stressed. The Nfixing species, A. fruticosa which have the highest tolerance and biomass production, respectively, have great potential application in revegetation in tailings of southern China. Key words: Woody plants; Mine tailing; Tolerance; Chlorophyll fluorescence parameters; Root金属尾矿因其较高的重金属含量
11、而被认为对环境有严重的影响1-2，且大部分尾矿处置地区严重缺乏植被3。在中国大约有超过8000个国有和230000个私有矿业公司进行开矿活动，每年产生超过6千万吨的采矿废物4。这些废弃物包括尾矿导致了中国严重的环境污染问题5。植物修复被认为是减少尾矿环境危害的最有前途的方法6 。然而，植物修复较难在尾矿地区实践，因为重金属对植物的毒害且尾矿砂中缺乏营养元素7。因此，耐瘠薄和耐重金属的植物是较好的选择。研究报道，草本植物如Isocoma veneta (Kunth) Greene, Teloxys graveolens (Willd.)8 , Bidens humilis9 , Atriplex
12、 lentiformis (Torr.)10, Lygeum spartum 和 Piptatherum miliaceum 11等种植在铅锌矿和铜矿尾矿上能够正常生长。但是利用有潜力的速生木本植物来进行植物修复的报道较少12-14。与草本植物相比，木本植物是森林和灌木丛的重要组成部分，并且有发达的根系。此外，木本植物能通过根系减少重金属的生物有效性和毒性且不参与食物链，因此能够潜在地避免给人类生存带来危害。有研究表明紫穗槐(Amorpha fruticosa Linn)、桤木(Alnus cremastogyne)和黄连木(Pistacia chinensis)对重金属有一定的吸收作用14-
13、16，但是较少研究其受胁迫后生长和生理指标的变化。本试验通过研究对3种植物在矿砂中的生长、叶绿素、叶绿素荧光参数、根系形态的变化以及其对重金属的吸收，以期评价以上3种植物对尾矿修复的潜力。1材料与方法1.1 试验材料试验供试材料为桤木(Alnus cremastogyne)、黄连木(Pistacia chinensis)和紫穗槐(Amorpha fruticosa)。桤木和黄连木1年生苗采集自浙江富阳中国林科院亚热带林研究所苗圃。紫穗槐种子采集于浙江富阳。紫穗槐和桤木均为固氮植物，其中紫穗槐长期被作为农业和开矿地区的恢复的主要植物14。黄连木是一种优良的绿化、用材、观赏、药用和油料树种，也是一
14、种可以带动多种产业发展的高效树种15。 供试铜矿砂和铅锌矿砂分别采集自浙江省绍兴市(29897N, 120621E)和富阳市(30126N, 119847E)。红壤作为对照土壤采集自富阳市(30057N, 119956E)，没有被重金属污染且粘重。矿砂和土壤样品均采集自土层表层(0-30 cm)，其物理化学性质由表1所示。根据国家标准GB15618-199517，矿砂中的重金属含量显著高于标准值。表1. 红壤和矿砂的物理化学性质Table 1. Physical and chemical characteristics of control soil and two mixed metals
15、spoil types有效磷/( mgkg-1)速效氮/( mgkg-1)速效钾/( mgkg-1)铜/( mgkg-1)锌/( mgkg-1)铅/( mgkg-1)有机质%pH红壤16.086.680.8524.690.828.50.545.52铅锌矿砂1.015.940.9117.02495.02380.05.897.84铜矿砂4.536.2143.5587.51270.0227.53.688.451.2 试验方法试验在中国林业科学研究院亚热带林业研究所温室大棚进行。研究所位于富阳市，海拔90 m，亚热带气候，年平均气温16.2，年降水量1452 mm。试验前将土壤和矿砂风干和混匀，每个圆
16、形的塑料盆(直径15cm高15cm)装3000g土壤或矿砂。试验选择生长基本一致的桤木和黄连木，每个塑料盆移栽2株扦插苗。紫穗槐种子经低温处理和消毒后直接播种至各介质中，然后在介质上覆盖一层红黄壤(1-1.5 cm)。发芽后，选择6株幼苗进行试验。试验采用随机区组设计，设3个重复，每个重复每个处理包括3盆，共108盆。每2 小时自动喷水，使植物正常生长。试验于2009年6月至11月(共150 天)进行。试验过程中，白天温度25-35，晚上15-20。于试验的第60天测定其叶绿素荧光参数(紫穗槐由于叶片小，故没测定)和叶绿素，并检测与叶绿素荧光有关的矿质元素。试验结束后，收获所有植物，检测生物量，根系形态，植物组织
