摘要: 土壤重金属污染已成为当今世界严峻的环境问题，污染土壤的修复引起广泛的关注，超积累植物修复因经济环保、无二次污染及超量富集重金属而成为近年来重金属污染土壤修复的热点。本研究以河北省某地超高含量重金属(Cd、As、Cu、Pb、Zn)复合污染土壤为... 展开 土壤重金属污染已成为当今世界严峻的环境问题，污染土壤的修复引起广泛的关注，超积累植物修复因经济环保、无二次污染及超量富集重金属而成为近年来重金属污染土壤修复的热点。本研究以河北省某地超高含量重金属(Cd、As、Cu、Pb、Zn)复合污染土壤为修复对象，首先采用聚类分析法将土壤进行分类，将土壤分为四种类型，分别为相对较轻重金属复合污染土壤、相对超高含量Cd、As复合污染土壤、相对超高含量Cu、Pb复合污染土壤以及相对超高含量Zn复合污染土壤；在此基础上，以超积累生态型东南景天为修复植物，采用盆栽法修复四种类型超高含量重金属复合污染土壤，探讨东南景天修复对土壤重金属富集转运能力、东南景天叶片生理生化特性的响应以及修复过程中土壤微生物群落多样性和结构特征。主要研究结论如下： (1)通过研究东南景天对超高含量复合重金属的富集效果，结果表明：在修复超高含量重金属复合污染土壤中，东南景天对五种重金属的富集量由大到小排序为：Zn＞Cd＞Cu＞Pb＞As，对Zn、Cd的富集量分别为8905.05-25685.21mg/kg、32.99-1184.16mg/kg，富集量且东南景天对Cd、Zn富集、转运能力强，对As、Cu、Pb的富集、转运效果差，同时，土壤中大量的Zn可缓解植物对土壤中其他重金属的富集。东南景天各部位Cd、Zn含量从大到的排序为叶＞茎＞根，对As、Cu、Pb的富集量排序为地下＞地上，这说明东南景天富集重金属的主要场所是叶片，且叶片对重金属元素的富集具有选择性，富集优先级顺序为Zn＞Cd＞Cu＞Pb＞As。 (2)通过研究东南景天叶片对超高含量复合重金属的生理响应机制，结果表明：在修复超高含量重金属复合污染土壤中，东南景天可存活。当重金属复合污染土壤中Pb达到2792.51mg/kg时，对东南景天的生长发育具有抑制作用，而当Zn达到34280.38mg/kg可缓解复合重金属对东南景天的毒害作用。在重金属复合污染土壤中Pb达到2792.51mg/kg的胁迫下，植物通过积累渗透调节物质以维持渗透势，脯氨酸(PRO)含量均值为4.73μg/g，叶片启动酶促防御系统，以增强自身抵御胁迫的能力，如超氧化物歧化酶(SOD)活性均值为1.65U/g。这些反应消耗了大量的有机物和能量，导致东南景天尽管光合作用效果强，但生长状态差。在重金属复合污染土壤中Zn达到34280.38mg/kg的胁迫下，超高含量Zn可促进东南景天的光合作用，东南景天通过积累渗透调节物质(PRO含量均值为4.22μg/g)维持渗透势平衡，保障植物较好的生长发育状态。 (3)通过高通量测序对东南景天根际土壤、非根际土壤微生物群落进行分析，结果表明：在植物修复重金属污染土壤过程中，微生物调控也发挥重要作用。东南景天的种植增加了土壤微生物群落多样性。在超高含量的Cu、Pb胁迫下，不仅影响植物的正常生长，同时影响土壤系统细菌多样性。土壤中的真菌群落多样性没有随着重金属(Cd、As、Cu、Pb、Zn)含量梯度的提高而降低。在超高含量Cu、Pb胁迫下，细菌中的拟杆菌门(Bacteroidetes)、真菌中的担子菌门(Basidiomycota)，可在东南景天根际土壤特异性定殖，改善土壤团粒结构，进而提高土壤环境，促进植物的生长发育，同时可通过胞外分泌物的沉淀和细胞壁的吸附作用，结合重金属离子形成胞外沉淀。 (4)通过PICRUSt预测细菌的功能家族特征，FUNGuild预测真菌营养类型特征，结果表明：东南景天的修复技术提高了土壤中微生物代谢活动。同时，东南景天根际土壤中有更为丰富的与环境信息处理和氨基酸代谢相关的功能基因，在抵抗和运输重金属、分泌促生物质及促进植物养分元素吸收、抵抗真菌及病原菌入侵等方面发挥重要作用。本研究对真菌营养类型的分析表明，东南景天的种植降低了土壤中病理营养型真菌的丰度，但提高了腐生营养和共生营养型真菌的相对丰度。 收起