植物种类、根际效应及其栽培措施的影响
1植物种类的影响
植物种类的选取对植物修复效率具有关键性作用。目前世界范围内已经发现的超富集植物有400余种,相比 10 年前提高了数倍。其中多数植物对重金属具有超累积作用,部分植物对有机物吸收能力较强,还有一些超富集植物可同时修复重金属和有机物的复合污染。针对不同的污染物,选择最佳的超富集植物是提高植物修复效率的关键。不同植物的组织成分不同,其累积、代谢污染物的能力也就不同。不同植物产生的分泌物和酶的种类及功效不同,因而其植物修复的效率会有一定的差异。
基因改良对植物提高修复效率有促进作用。Kucerova 等( 1999) 发现,龙葵的分化组培比未分化组培对多氯联苯的转化效率相对较高,由于龙葵的毛根组培在形态上与正常的植物根系更相似,因而其转化效率更高。在此基础上,魏树和等( 2004a) 发现龙葵对镉的超富集能力。不同植物对污染物的吸收方式存在差异。
如刘京等( 2012) 在植物修复十溴联苯醚污染土壤的实验中发现,鱼腥草主要依靠根部固定污染物,而狼尾草则通过根部将污染物向地上部转移。此外,植物修复效率与植物细胞的形态密切相关,同一植物不同组培对污染物的转化能力存在一定差异。
植物对污染物的吸收与植物根系的类型也有 关联 ,根系类型不同 ,其根系分泌物种类 、菌根菌数量及酶活性等均有较大差异。土壤表层的污染物含量要大于土壤深层,而植物须根处于土壤表层且比植物主根有着更大的比表面积,因此须根对污染物的吸收能力要大于植物主根。孙铁珩等( 2001)研究表明,禾本植物吸收污染物的能力大于木本植物,主要是由于禾本植物根的类型大部分为须根。但有关这方面研究相对较少,有待进一步深化。
Sun等( 2014) 应用 18 种野生植物修复土壤中 PAHs,其中根系较为发达的 Pteris cretica 对污染物的吸收效率最高。周启星等( 2011) 利用不同花卉处理石油污染土壤,结果表明,凤仙花和牵牛花的处理效果明显高于五彩石竹等其他几种植物。
其中,牵牛花对石油烃的降解率可达 70%以上( Zhang et al.,2010) 。Sun 等( 2011) 利用孔雀草提取土壤中的苯并芘,发现根系累积的污染物浓度是茎叶中的 2 倍以上。植物体不同部位吸收污染物的能力不同,实验证明,绝大部分植物根系累积污染物的能力大于茎叶和果实。不同种类的蔬菜对有机农药的吸收能力也不同,一般遵循以下规律: 根茎类>叶菜类>果实类。但叶菜类中的圆白菜对 Cd 的富集系数很低,甚至比某些茎菜类和果菜类还要低。
2植物根际效应的影响
植物根际土与非根际土有着不同的微环境,根际土壤的植物修复效果往往优于非根际土。根际圈内菌根真菌、细菌等微生物的代谢活动可以转化及降解土壤中的有机污染物,植物根部分泌出的H+ 、HCO有机碳源,并增加了金属的可溶性,形成可溶的有机金属复合物。
植物修复中如植物提取、植物固定等均可利用植物的根系分泌物质的螯合沉淀作用来去除及固定重金属( Ouyang et al.,2002) 。根际分泌的酸根离子及氢离子可改变土壤根际环境的 pH值,使得在酸性条件下易解吸的重金属元素更好地被植物吸收。存在于根际微环境中的与植物根部共生的一些微生物,如真菌等可直接吸收土壤中的放射性核素。
Ehlken 等( 2002) 对草原土壤的研究发现,大量不可移动的放射性元素 Cs 被土壤中的真菌所固定。Sun 等( 2011) 利用孔雀草修复重金属及有机物的复合污染实验中发现根际土的有机物修复率高于非根际土 20%左右。
3栽培措施的影响
栽培措施对提高植物修复效率具有积极的作用。对修复效率有提高效果的主要栽培措施包括育苗 、翻耕 、种植密 度 、除草 、轮作 、间作 、套作及收割等。
由于超富集植物的生长周期较长,因而育苗的方式对于超富集植物的发芽率、成活率及生长速率有着至关重要的影响,如石油烃的超富集植物高羊茅和黑麦草,其生长季一般需要半年左右。