全 文 ：第 21卷第 1期
2007年 2月 水土保持学报Journa l of Soil and Wa ter Conserv a tion Vol
. 21 No. 1
Feb. , 2007
　
氮对超积累植物东南景天生长和镉积累的影响①
李继光 1, 2 , 李廷强 2 , 朱　恩 3 , 杨肖娥 2,* , 林国林 1 , 柳　丹 2 , 韩晓日 1 , 张玉龙 1
( 1. 沈阳农业大学 土地与环境学院 , 辽宁 沈阳 110161;
2.浙江大学 环境与资源学院 , 浙江 杭州 310029; 3.上海市农业技术推广服务中心 , 上海 201103)
摘要: 通过水培试验 ,研究了氮素水平对超积累植物东南景天植株生长和镉吸收积累的影响。 结果表明 ,在一定
范围内供氮 ( 4. 0～ 16. 0 mmol /L )能明显促进东南景天的生长 ,随着氮素水平的升高 ,地上部和根系的生物量也
提高 ,在供氮水平为 16. 0 mmol /L时达到最大值 ,而当供氮水平≥ 32. 0 mmol /L时 ,东南景天的生长受到严重的
抑制 ,其地上部和根系的生物量开始下降 ,各项根系形态的指标 (包括根系长度、根系表面积、根系直径、根系体
积 )均有所降低。 氮对东南景天体内镉积累有一定的促进作用 ,随着氮素用量的增加 ,体内镉含量逐渐升高 ,与生
物量不同 ,镉含量在氮水平 32. 0 mmol /L条件下达到最大。 研究结果表明 ,适当提高营养液氮素水平 ,有利于东
南景天的生长和镉吸收 ,为进一步利用东南景天修复镉污染土壤 ,提高修复效率提供科学依据。
关键词: 氮 ;　超积累植物 ;　东南景天 ;　镉 ;　植物修复
中图分类号: X53　　　文献标识码: A　　　文章编号: 1009-2242( 2007) 01-0054-05
Effects of Nitrogen Fertil izer on Growth and Cadmium Accumulation
in Hyperaccumulator of Sedum alf redii Hance
LI Ji-guang
1, 2 , L I Ting-qiang
2 , ZHU En
3 , Y ANG Xiao-e
2,* ,
L IN Guo-lin
1
, L IU Dan
2
, HAN Xiao-ri
1
, ZHANG Yu-long
1
( 1. College of Land and Env ironmental Science , Shenyang Agricultural Universit y , Shenyang , Liaoning 110161;
2. College of Environmental and Resources Science, Zhejiang Universit y , Huajiachi Cam pus, Hangzhou 310029;
3. Shanghai Agricultural Ex tension and Service Center , Shanghai 201103)
Abstract: The ef fects of ni trogen on plant g row th and cadmium accumulation in hyperaccumulator of Sedum
al f redii Hance w ere investig ated using hydroponic culture. The results indicated that plant g row th was prompted
when ni trogen lev el less than 16. 0mmol /L. Biomass( dry mat ter) of shoots and roots of Sedum al f redii Hance in-
creased wi th increasing ni trog en supply lev el and reached maximum at 16. 0 mmol /L. When nit rog en lev el≥ 32. 0
mmol /L , the g row th of Sedum al f redii Hance w as rest rained, and biomass of shoo ts and roo ts started declining ,
as well as root morphology parameter such as root length , root surface-area, root diameter and root v olumn de-
clined. Cd accumulation in Sedum al f redii Hance w as prompted by addi tion of urea and reached maximum at 32
mmol /L which was dif fere f rom biomass. All this results suggested that plant g row th and Cd accumulation in
Sedum al f redii Hance w as prompted by increasing nit rogen lev el in g row th solution. The application of appropri-
ate ni trogen may be useful approach to enhancing the phyto remediation ef ficiency of Cd-contaminated soils by
Sedum al f redii Hance.
Key words: ni trogen;　 hyperaccumulator; 　 Sedum al f redii Hance;　 cadmium;　 phytoremediation
土壤重金属污染的治理是目前国际上的难点和热点研究课题。植物提取修复 ( phy toremediation)技术是近
年来国际上兴起的一种治理重金属污染土壤的新技术 [ 1] ,并有望成为一项具有广阔应用前景的治理重金属污
染土壤的全新技术 [2～ 3 ]。 目前 ,推广和应用植物提取修复技术的主要障碍是超积累植物生长慢、生物量小和修
复效率偏低 [1, 4 ]。为此 ,各国学者就提高超积累植物的生物产量和积累重金属的能力作了大量研究 ,其中通过采
取有效的辅助农艺措施 ,改良土壤环境提高超积累植物的生长速度和生物产量以及地上部的重金属积累量 ,是
达到提高修复效率的有效手段。改良土壤环境、增加土壤肥力的材料很广泛 ,包括表土、化学肥料、有机废弃物、
绿肥和固氮植物等 [5 ]。 氮肥是我国农业生产中最重要的增产因子之一 ,目前我国氮肥用量占化肥总用量的
① 收稿日期: 2006-10-04　* 通讯作者
基金项目:国家重点基础研究发展规划“ 973”项目 ( 2002CB410804) ;教育部长江学者和创新团队发展计划 ( IRT0536) ;上海市农委攻关项
目 ( 2004SA)
作者简介:李继光 ,男 ,生于 1981年 ,硕士研究生。 主要从事环境生态、污染环境控制和生物修复等方面研究。 Email: lijiguangl jg@ 163.
com
60%以上 [6 ]。氮肥施用量过低 ,作物产量受到影响 ;施用量过高 ,成本即高 ,经济效益就低 ;过高的施用量 ,还可
能导致作物减产 ,危害环境。李波等研究表明 ,氮肥对重金属 Cd在土壤中吸附、解吸、形态转变、迁移率大小有
很显著的影响 [7 ]。 Cd超积累植物在施加镉处理后 ,体内会积累高浓度的镉 ,外源性施加氮肥可能会对镉的吸
收、转运和植物体内的分布产生一定影响。东南景天是在我国境内新发现的一种 Cd超积累植物 ,这种植物不
仅生物量较大 ,对 Cd具有超积累 ,而且具有多年生、无性繁殖、适于刈割的特点 ,是实施植物修复和研究超积
累机制的良好材料 [1 ]。 但是 ,目前对优化东南景天修复效率的农艺措施研究不多 ,而氮肥对其生物产量以及地
上部 Cd积累量的影响尚未开展研究。本文通过水培试验 ,在比较不同浓度的氮镉水平对东南景天的生物产量
以及地上部的重金属 Cd积累量的影响 ,为 Cd超积累植物东南景天的进一步开发和利用提供参考依据。
1　材料与方法
1. 1　供试材料
1. 1. 1　供试植物　两种生态型东南景天 ( Sedum al f redii Hance) ,一种取自浙江省衢州市的一个古老铅镉矿 ,
称为超积累生态型 (hyperaccumulating ecotype , HE) ;另一种取自浙江省杭州市郊茶园地 ,称为非超积累生态
型 (non-hyperaccumulating ecotype , N HE)。
1. 1. 2　植物培养与处理　本实验在人工气候室进行 ,完全营养液的基本组成为: Ca ( NO3 ) 2· 4H2O2. 00
mmol /L , KH2 PO4 0. 10 mmol /L, MgSO4· 7H2O 0. 50 mmol /L, KCl 0. 10 mmol /L, K2 SO4 0. 70 mmol /L, H3 BO3
10. 00 mmol /L, M nSO4· H2O 0. 50 mmol /L, ZnSO4· 7H2O 1. 0μmol/L, CuSO4· 5H2O 0. 20μmol/L, ( N H4 ) 6
Mo7O240. 01μmol /L, Fe- EDT A 100μmol /L。将两种生态型东南景天用自来水冲洗干净 ,剪成 2～ 3cm大小均
匀一致的枝条 ,用营养液预培养 18天左右 (长出比较旺盛的根系 ) ,开始进行不同水平的氮、镉处理。 氮水平为
4, 8, 16, 32, 64 mmol /L,镉水平为 10, 100μmol/L,总共 10个处理 ,另设一对不施加氮肥的对照处理 CK(营养
液本底值 )。氮以尿素水溶液加入 ,镉以 CdCl2· 2. 5H2O水溶液加入 ,每处理重复 3次。处理营养液除氮、镉浓
度变化外 ,其他营养元素和浓度均保持不变。 生长期间观察植物的长势和症状表现 ,每天用 pH计测定营养液
的 pH值 ,并用 0. 1 mol /L NaOH或 0. 1 mol /LHCl调节营养液 pH值至 5. 5,保持 24 h连续通气 ,每 3天更换
营养液 1次。 处理 16 d后收获 ,分别于处理前和结束时取样 ,先反复用自来水将根冲洗干净 ,再用 20 mmol /L
Na- EDT A交换 15 min,去除根系表面吸附的 Cd2+ ,最后用去离子水冲洗干净 ,用吸水纸将植株根表水吸干 ,
将鲜样分为地上部和根系两部分。称取一定量植物鲜样先在 105℃下杀青 30 min,然后在 70℃下烘干恒重 ,测
定其干物重。 再用万能不锈钢粉碎机磨碎 ,过 60目尼龙网筛后 ,供分析测定。
1. 2　测定方法与数据分析
植株中 Cd的分析测定:称取 0. 100 g烘干磨碎样 ,用硫酸∶硝酸∶高氯酸 ( 1∶ 8∶ 1)消煮植物样品 ,定容 ,
过滤 ,采用原子吸收分光光度计 (岛津 AA- 6800型 )测定 Cd。叶绿素:叶片叶绿素含量参考张志良的方法 [8 ]。
根系长度、根系表面积、根系直径、根系体积等采用全自动根系扫描分析仪测定 ,分析软件为 Regentinstruments
公司提供的 WinRHIZO。 所有数据采用 SPSS10. 0分析软件进行处理。
2　结果与分析
2. 1　不同氮镉水平处理对东南景天生长发育的影响
在供氮 ( 4. 0～ 16. 0 mmol /L )水平下 ,超积累生态型东南景天正常生长 ,未表现任何的异常毒害症状 ,且随
氮和镉水平的增加东南景天趋于旺盛生长 ,侧根发达 ,尤其是在高镉 ( 100μmol/L)水平下效果更为显著。 非超
积累生态型东南景天表现不同 ,无氮有镉处理条件下 ,其出现明显的镉毒害症状:低镉 ( 10μmol /L)处理下 ,植
株矮小 ,根系发黑腐烂 ,叶片失水萎蔫以及严重失绿等植株生长受抑现象 ,出现明显的镉毒害症状 ,尤其是在高
镉 ( 100μmol/L)处理下 ,毒害症状越趋明显 ,甚至出现部分植株死亡现象。外界供氮能明显减轻镉毒害症状 ,叶
色转绿 ,生长期延长 ,但仍有镉毒害症状。 但是 ,当供氮水平≥ 32. 0 mmol /L时 ,两种生态型东南景天的生长均
受到严重的抑制作用 ,出现明显的胁迫症状:植株矮小 ,叶片失水萎蔫以及严重失绿 ,根系发育短小 ,尤其当供
氮水平达 64. 0 mmol /L时 ,毒害症状越趋明显 ,株高低于对照 ,说明氮素过量对东南景天生长有抑制作用。
在 4. 0, 8. 0, 16. 0 mmol /L供氮水平下 ,不同的氮镉水平处理对两种生态型东南景天各部位生物量 (以干
物质重计 )均有显著的提高 (见表 1)。在低镉 ( 10μmol/L)条件下 ,与对照相比超积累生态型东南景天地上部生
物量分别增加了 14. 2% , 22. 5% , 47. 8% ,均达到显著水平 (P < 0. 05) ;在高镉 ( 100μmol/L )条件下 ,与对照相
比超积累生态型东南景天地上部生物量分别增加了 17. 5% , 35. 1% , 70. 8% ,均达到极显著水平 ( P < 0. 01)。
55第 1期 李继光等:氮对超积累植物东南景天生长和镉积累的影响
不同氮镉处理对非超积累生态型东南景天地上部和根的生物量也产生显著影响 ,增加镉浓度降低了非超积累
生态型东南景天地上部和根部生物量 ,增加氮浓度则显著增加了非超积累生态型东南景天地上部和根部生物
量 (见表 1)。但是 ,当供氮水平≥ 32. 0 mmol /L时 ,在低镉和高镉条件下 , 2种生态型东南景天各部位生物量开
始降低 ,尤其当供氮水平达 64. 0 mmol /L时 ,两种生态型东南景天各部位生物量均降低到对照 ( CK)以下 ,但
与对照比差异性不显著 ( P > 0. 05)。
表 1　不同氮镉水平对东南景天不同部位的生物量影响
处理 地上部干重 ( g /株 ) 根干重 ( g /株 )
镉水平
(μmol /L)
氮水平
　 ( mmol /L)
超积累
生态型
非超积累
生态型
超积累
生态型
非超积累
生态型
CK 0. 318dCD 0. 265cdBC 0. 043bcAB 0. 023bAB
4 0. 363cBC 0. 282bcB 0. 048abcAB 0. 025abAB
10
8 0. 389bB 0. 351aA 0. 052abAB 0. 035aA
16 0. 470a A 0. 291bB 0. 057aA 0. 026abAB
32 0. 316dCD 0. 253dBC 0. 051abcAB 0. 021bB
64 0. 297dD 0. 237dC 0. 038cB 0. 020bB
CK 0. 324dD 0. 210cC 0. 060bcAB 0. 019cdBC
4 0. 381cC 0. 240bC 0. 068abcAB 0. 021bcdBC
100
8 0. 437bB 0. 308aA 0. 081abAB 0. 023bcBC
16 0. 553a A 0. 260bAB 0. 089aA 0. 029aA
32 0. 334dD 0. 236bcBC 0. 059cAB 0. 023bB
64 0. 294dD 0. 206cBC 0. 052cB 0. 018dC
　注: a, b, c, d表示在 P≤ 0. 05的水平上差异显著 ; A, B, C, D表示在 P≤ 0. 01的水
平上差异显著 ,下同。
2. 2　根系形态的影响
根系是植物吸收矿质营养和水分的主要
器官 ,在土壤非生物逆境胁迫条件下 ,植物最
先感受逆境胁迫的器官是根系 ,植物通过改变
根系形态和分布 ,以适应环境胁迫 [9 ]。 当供氮
4. 0～ 16. 0 mmol /L水平下 ,超积累生态型东南
景天各项根系形态指标 (包括根系长度、根系
表面积、根系直径、根系体积 )均有显著的提高
(见表 2)。 在低镉 ( 10μmol/L)条件下 ,各处理
与对照相比超积累生态型东南景天各项根系
形态的指标均达到显著水平 ( P < 0. 05) ;在高
镉 ( 100μmol /L)条件下 ,各处理与对照相比超
积累生态型东南景天各项根系形态的指标均
达到极显著水平 (P < 0. 01) ,在氮水平达到
16. 0 mmol /L时 ,根系长度、根系表面积、根系直径、根系体积均达到最大值。不同氮镉水平处理对非超积累生
态型东南景天各项根系形态指标也产生了显著影响 ,与超积累生态型东南景天不同的是在低镉 ( 10μmol/L )条
件下 ,在氮水平达到 8. 0 mmol /L时 ,非超积累生态型东南景天的根系长度、根系表面积、根系直径、根系体积
均达到最大值。增加镉浓度降低了非超积累生态型东南景天各项根系形态的指标 ,增加氮浓度则显著增加了非
超积累生态型东南景天各项根系形态的指标 (见表 2)。当供氮水平≥ 32. 0 mmol /L时 ,两种生态型东南景天各
项根系形态的指标均有显著降低 ,尤其当供氮水平达 64. 0 mmol /L时 ,两种生态型东南景天各项根系形态的
指标均降低到对照 ( CK)以下。在不同的氮镉水平处理下 ,各项根系形态指标的变化趋势基本上与根部生物量
的变化趋势保持一致 ,且高镉处理比低镉处理的变化趋势更明显 ;而根系长度和根系表面积的变化趋势较根系
体积明显 ;根系体积的变化趋势较根系直径明显。
表 2　不同氮镉水平对东南景天根系形态影响
处理 根系长度 ( cm /株 ) 根系表面积 ( cm2 /株 ) 根系直径 ( mm) 根系体积 ( cm3 /株 )
镉水平
(μmol /L)　
氮水平
　 ( mmol /L)
超积累
生态型
非超积累
生态型
超积累
生态型
非超积累
生态型
超积累
生态型
非超积累
生态型
超积累
生态型
非超积累
生态型
CK 208cB 109bAB 43cB 22bAB 0. 61bcAB 0. 32bAB 0. 62bcB 0. 33bAB
4 233abAB 118abAB 48abAB 23abAB 0. 68abcAB 0. 35abAB 0. 69abcAB 0. 36abAB
10
8 251a AB 166aA 52abAB 33aA 0. 73abAB 0. 48a A 0. 74abAB 0. 50a A
16 273aA 123abAB 56aA 25abAB 0. 79aA 0. 37abAB 0. 81a A 0. 38abAB
32 245abAB 101bB 51abAB 20bB 0. 68abAB 0. 28bB 0. 69abAB 0. 39bB
64 186cC 96cBC 37cC 19bBC 0. 55bcB 0. 26bB 0. 56bcB 0. 27bB
CK 296bc AB 92cdBC 60bcAB 18cdBC 0. 82bcAB 0. 25cdBC 0. 85bcAB 0. 26cdBC
4 335abAB 101bcdBC 68abAB 20bcdBC 0. 91abcAB 0. 28bcBC 0. 96abcAB 0. 29bcdBC
100
8 498a AB 108bcBC 81abAB 21bcBC 1. 09abAB 0. 31bcBC 1. 13abAB 0. 33bcBC
16 546aA 136aA 89aA 28aA 1. 28aA 0. 42a A 1. 32a A 0. 43a A
32 289c AB 109bB 58cAB 22bB 0. 81cAB 0. 32bB 0. 82cAB 0. 33bB
64 253cdB 88dC 52cdB 17dC 0. 72cB 0. 23cC 0. 73cdB 0. 25dC
2. 3　不同氮镉水平处理对东南景天叶绿素含量的影响
植物氮源的有效性与其氮的利用率有关 ,且氮的利用率影响植物的光合作用和呼吸作用。而植物经 Cd处
理会导致其光合速率下降。在供氮 ( 4. 0～ 32. 0 mmol /L )水平下 ,不同的氮镉水平处理对超积累生态型东南景
天叶绿素含量有显著提高 (表 3) ,在低镉 ( 10μmol /L)水平下 ,与对照相比 ,超积累生态型东南景天叶绿素 a含
量分别增加了 4. 7% , 13. 3% , 15. 7% , 17. 2% ;叶绿素 b含量分别增加了 12. 5% , 24. 9% , 29. 6% , 32. 7% ,均达
到显著水平 (P < 0. 05)。在高镉 ( 100μmol /L)水平下 ,与对照相比 ,超积累生态型东南景天叶绿素 a含量分别
56 水土保持学报 第 21卷
增加了 20. 4% , 26. 5% , 28. 5% , 34. 6% ;叶绿素 b含量分别增加了 39. 6% , 49. 5% , 62. 6% , 83. 4% ,均达到极
显著水平 ( P < 0. 01)。不同氮镉水平处理对非超积累生态型东南景天叶绿素含量影响显著 ,在低镉处理时 ,供
氮 ( 4. 0～ 8. 0 mmol /L)水平下 ,不同的氮处理其叶绿素含量有所提高 ;在高镉处理时 ,供氮 ( 4. 0～ 16. 0 mmol /
L )水平下 ,不同的氮处理其叶绿素含量有所提高 ,但与对照比差异性均不显著 ( P> 0. 05)。增加镉浓度降低了
非超积累生态型东南景天叶绿素含量 ,增加氮浓度则显著增加了非超积累生态型东南景天叶绿素含量 (表 3)。
2. 4　不同氮镉水平处理对东南景天吸收和积累镉的影响
表 3　不同氮镉水平对东南景天叶绿素的影响 mg /g　
处理 叶绿素 a 叶绿素 b 叶绿素 ( a+ b)
镉水平
(μmol /L)
氮水平
　 (m mol /L)
超积累
生态型
非超积累
生态型
超积累
生态型
非超积累
生态型
超积累
生态型
非超积累
生态型
CK 0. 431cC 0. 401bcB 0. 191cC 0. 163bBC 0. 622cC 0. 563bcBC
4 0. 451bcBC 0. 419abAB 0. 215bcBC 0. 181aAB 0. 666bBC 0. 601abAB
10
8 0. 488abAB 0. 438aA 0. 238abAB 0. 193a A 0. 726abAB 0. 632aA
16 0. 498aAB 0. 385cBC 0. 248aAB 0. 145cCD 0. 746aAB 0. 529cdCD
32 0. 505aA 0. 354dCD 0. 253aA 0. 137cD 0. 758a A 0. 491dD
64 0. 482abAB 0. 326eD 0. 240abAB 0. 092dE 0. 722abAB 0. 418eE
CK 0. 418dD 0. 352eE 0. 179eE 0. 162eE 0. 598eE 0. 513dE
4 0. 503cC 0. 405cC 0. 251dD 0. 196dD 0. 754dD 0. 601c
100
8 0. 529bB 0. 431bB 0. 268cC 0. 216cC 0. 798cC 0. 647bBC
16 0. 537bB 0. 511aA 0. 292bB 0. 280a A 0. 829bB 0. 791aA
32 0. 563aA 0. 416bcBC 0. 329aA 0. 239bB 0. 892a A 0. 656bB
64 0. 399eD 0. 379dD 0. 164f F 0. 234bB 0. 563f F 0. 613cCD
　　当供氮水平达到 64. 0
mmol /L时 ,不同的氮镉水
平处理对超积累生态型东
南景天叶绿素含量均有所
降低 ;在低镉处理时超积累
生态型东南景天叶绿素含
量下降不显著 ( P> 0. 05) ,
而在高镉处理时下降趋势
达到 极显著 水平 ( P <
0. 01)。非超积累生态型东
南景天叶绿素含量的变化
趋势没有超积累生态型东
南景天的规律性好 ,在低镉处理下 ,当供氮水平达到 16. 0 mmol /L时其叶绿素含量呈现降低趋势 ;在高镉处理
下 ,当供氮水平达到 32. 0 mmol /L时其叶绿素含量呈现降低趋势 ,且均达到显著水平 ( P < 0. 05)。
　　在 4. 0～ 32. 0 mmol /L供氮水平下 , 不同的氮镉水平处理 , 2种生态型东南景天各部位镉含量均有显著的
提高 (表 4)。无论在何种氮镉水平处理下 ,超积累生态型东南景天地上部的镉含量远高于根系 ,表明超积累生
态型东南景天将其吸收的镉大部分运输到地上部储存。在高镉和低镉水平下增加氮 ( 4. 0～ 32. 0 mmol /L)的供
应 ,均可显著提高东南景天地上部的镉含量。当氮水平达 64. 0 mmol /L时 ,超积累生态型东南景天地上部的镉
含量降低 ,但仍高于相应的无氮的镉处理。
表 4　不同氮镉水平处理对东南景天不同部位的镉含量和积累量的影响
镉水平 氮水平 生态型 ( HE) 非生态型 ( N HE)
(μmol /L)　 ( mmol /L) 含量 (mg /kg ) 积累量 ( mg /株 ) 含量 ( mg /kg) 积累量 (mg /株 )地上部 根部 地上部 根部 地上部 /根部 地上部 根部 地上部 根部 地上部 /根部
CK 1103. 7cAB 268. 5cB 0. 192f E 0. 023cB 8. 23 116. 2cBC 408. 1cBC 0. 026dD 0. 026cB 1. 00
4 1192. 2bcA 289. 9cB 0. 326eD 0. 036cB 9. 11 128. 5cB 440. 6cB 0. 036cC 0. 032bB 1. 13
10
8 1368. 5abcA 352. 5bcB 0. 482cC 0. 051abA 9. 40 155. 2bcAB 535. 8bcB 0. 058bB 0. 049aA 1. 17
16 1512. 6abA 415. 4abB 0. 804aA 0. 071aA 11. 27 182. 7abA 631. 4abB 0. 062bB 0. 050aA 1. 24
32 1655. 4aA 501. 7aA 0. 714bB 0. 082aA 8. 72 218. 9aA 762. 6aA 0. 073aA 0. 052aA 1. 40
64 1195. 3bcA 323. 1bcAB 0. 414dC 0. 052abA 7. 98 152. 8abcAB 491. 1bcAB 0. 036cC 0. 030bcB 1. 19
CK 4025. 4cA 1069. 2cB 1. 306dD 0. 128cdB 10. 18 428. 8cBC 1586. 9cBC 0. 048f F 0. 073cC 0. 66
4 4376. 5abcA 1092. 4cB 1. 667cC 0. 147cB 11. 31 486. 7cB 1693. 2cB 0. 076eE 0. 077cC 0. 98
100
8 4809. 7abcA 1108. 3cB 2. 105bB 0. 180abA 11. 68 533. 2abcAB 1717. 8cB 0. 134cC 0. 100bB 1. 33
16 5366. 3abA 1171. 7bcB 2. 971aA 0. 209aA 14. 19 627. 3abA 1816. 1bcB 0. 164bB 0. 154aA 1. 06
32 5635. 6aA 1482. 4aA 1. 884bcBC 0. 186abA 10. 15 692. 4aA 2297. 7aA 0. 187aA 0. 157aA 1. 20
64 4283. 1bcA 1285. 4bAB 1. 261dD 0. 134bcAB 9. 43 510. 5bcAB 1992. 3bAB 0. 110dD 0. 115bB 0. 96
　　非超积累生态型东南景天根系的镉含量远高于地上部 ,且随氮镉水平的提高差异更趋明显 ,表明非超积累
生态型东南景天对镉向地上部的转运能力较弱。增氮对非超积累生态型东南景天不同部位镉含量的影响与超
积累生态型东南景天表现类似 (表 4) ,不同的是增氮大大提高了非超积累生态型东南景天根系的镉含量。可
见 ,氮素水平对两种生态型东南景天镉吸收积累的影响不同 ,外界供氮进一步加剧了两种植物地上部吸收和积
累镉的差异。
通过生物量和镉含量可以计算两种生态型东南景天对镉的积累量 (表 4)。超积累生态型东南景天地上部
对镉的积累能力很强 ,其积累量占植株总镉积累量的 88. 9% ～ 93. 4% ,远高于非超积累生态型东南景天。不同
的氮镉水平处理对超积累生态型东南景天不同部位积累镉的能力产生显著影响。无论在何种镉水平下 ,一定范
围内增氮 ( 4. 0～ 16. 0 mmol /L )显著提高两种超积累生态型东南景天地上部的镉积累量 ,在低镉 ( 10μmol /L)
57第 1期 李继光等:氮对超积累植物东南景天生长和镉积累的影响
水平下 ,与对照相比超积累生态型东南景天地上部镉积累量分别增加了 69. 8% , 151% , 318% ,均达到极显著
水平 ( P < 0. 01) ,在高镉 ( 100μmol/L )水平下 ,与对照相比超积累生态型东南景天地上部镉积累量分别增加
了 27. 6% , 61. 2% , 127% ,均达到显著水平 (P < 0. 05) ,并使地上部 /根部比值极显著增加 ( P < 0. 01) ,表明
在一定范围内增氮可促进超积累生态型东南景天对镉的吸收及向上部的转运和积累。但是 ,当供氮水平≥ 32. 0
mmol /L时 ,不同的氮镉水平处理对超积累生态型东南景天地上部镉积累量均有显著降低 ( P < 0. 05) ,但地
上部 /根部值仍较高 (地上部 /根部> 1)。
　　不同氮镉水平处理对非超积累生态型东南景天地上部和根的镉积累量也产生了显著或极显著变化 ,其地
上部的镉积累量随镉水平的增加而降低 ,而根部则随镉水平的增加而增加 ,表明非超积累生态型东南景天向地
上部转运镉的能力明显弱于超积累生态型东南景天 (表 4)。 外界供氮 ( 4. 0～ 32. 0mmol /L)显著提高非超积累
生态型东南景天地上部和根系的镉积累量 (P < 0. 05) ,地上部 /根部值也随氮处理水平的增加呈现上升趋势
(表 4)。但是 ,当供氮水平达 64. 0 mmol /L时 ,不同的氮镉水平处理对非超积累生态型东南景天地上部和根的
镉积累量均有一定的降低。 在 100μmol /L镉水平下 ,地上部 /根部比值较 10μmol /L镉水平下处理有所下降 ,
且降到 1以下 ,表明增镉均抑制了非超积累生态型东南景天体内镉向地上部的转运和积累。无论在何种氮镉水
平处理下 ,非超积累生态型东南景天对镉的总积累量、不同部位对镉积累量以及地上部 /根部值远小于超积累
生态型东南景天 ,进一步表现出超积累植物与非超积累植物之间的巨大差异。
3　讨论与结论
通过外源性氮肥 (尿素 )施加提高东南景天生物量以及地上部的重金属镉积累量 ,以达到提高其对镉污染
土壤修复效率的研究 ,国内外至今还尚未见报道。土壤中的氮素大多不能满足作物对氮素养分的需求 ,这就要
靠施肥来予以补充和调节 ,氮肥适宜用量的确定 ,在施用中至关重要 ,氮肥推荐是推荐施肥的核心 [5 ]。从本试验
结果看 ,在一定范围内施加氮肥 ( 4. 0～ 16. 0 mmol /L)能显著或者极显著地提高东南景天的生物产量及各项根
系形态的指标 (包括根系长度、根系表面积、根系直径、根系体积 ) ,并且促进超积累植物东南景天对镉的吸收及
镉由根系向地上部的运输和积累 ,表明在一定范围内施加氮肥对超积累植物东南景天的生物产量以及地上部
的重金属镉积累量均有提高作用。但是 ,当氮肥处理水平提高到 32. 0 mmol /L时 ,东南景天的生物产量以及地
上部的积累量极显著降低 ,而超积累生态型东南景天的地上部和根部的镉含量及叶绿素含量仍然呈上升趋势 ,
这可能是由于景天生物量降低而产生的稀释作用造成的 ,或者是氮素对景天的镉吸收及叶绿素含量有一定的
促进作用 ,对此还应做进一步研究。当氮肥处理水平提高到 64. 0 mmol /L时 ,所有的指标均呈现显著或者极显
著下降趋势 ,表明氮肥过量施用对东南景天生长起到抑制作用 (表 1、表 2) ,也降低其对重金属镉吸收及镉由根
系向地上部的运输 (表 4)。
本研究表明 ,在外界生长环境的氮素含量未达到东南景天的最适临界点情况下 ,适当施加氮肥 (尿素 )显著
促进东南景天的生长 ,提高其干物质产量 ,同时促进了东南景天对镉的吸收及向地上部分的转运。因此 ,从植物
修复角度考虑 ,借助农艺施肥措施提高重金属污染土壤中有效氮的含量 ,对提高超积累植物生物量以及吸收、
积累重金属的能力具有重要的应用价值。
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58 水土保持学报 第 21卷