重金属胁迫下柠条根系的生长及镍富集特征研究

论文摘要

本文以金川公司尾矿库生态修复试验地穴换土、直接种植、覆土80cm、覆土50cm、覆土30cm五种栽植措施下5年生柠条为研究对象,采用钻土芯法研究柠条根系对重金属胁迫的响应情况以及不同栽植措施下柠条各器官对镍的吸收特征及规律,探讨土壤与植株体内镍元素的关系以及镍在植株体内的转运积累过程和内外循环的规律,以填补重金属胁迫下根系分布特征研究的不足,同时为利用锦鸡儿属植物治理重金属污染提供理论依据,为干旱和半干旱地区尾矿废弃地的恢复与重建提供造林技术方面的有益借鉴。主要研究结果如下:?1.金川公司尾矿库生态修复试验地土壤中Ni的含量大体呈现出随覆土厚度增加而减小,随土层深度增加而增大的规律。镍平均含量的对比结果为穴换土>直接种植>覆土30cm>覆土50cm>覆土80cm。与甘肃省土壤背景值比较,镍含量严重超标。与土壤环境质量标准三级对比,仅有覆土80cm小区的平均Ni含量在标准之内,其他各区的Ni含量均超标,是标准的4.74～9.20倍。2.在重金属胁迫下,柠条根系长度和有效根长水平方向主要集中在0～50cm。垂直方向主要分布在0～60cm,最大长度集中在0～30cm,之后随深度增加长度逐渐减小。五种栽植措施下单位面积根系总长度及平均有效根长密度的大小顺序均为:覆土50cm>覆土80cm>覆土30cm>穴换土>直接种植。3.不同程度重金属胁迫下,柠条根系生物量的大小顺序为:覆土50cm>覆土30cm>穴换土>覆土80cm>直接种植。水平方向,根系生物量在距树干100cm范围内均有分布;垂直方向,柠条根系生物量随着土层的加深逐渐减小,生物量集中分布在0～50cm层,并且与土层深度存在一定得函数关系;不同径级根系的生物量大小顺序为中根(2.0mm≤DR<8.0mm)>小根(1.0mm≤DR<2.0mm)>毛根(DR<0.5mm)>细根(0.5mm≤DR<1.0mm)。4.有效根重密度的分布大体呈现出随覆土厚度增加而降低的规律,从分布的加权平均值上看,不同栽植措施下柠条有效根重密度顺序为覆土30cm>覆土50cm>覆土80cm>穴换土>直接种植;水平方向各区有效根系干重在距树干1m范围内均有分布;垂直方向有效根重密度亦呈现出随土层深度增加而递减的趋势,集中分布在0～60cm层。5.柠条根系和花中Ni含量较大,而叶和茎中的含量较小。根系Ni含量随直径增加而减小、随土层深度增加而增大,在底层(70cm～90cm)出现含量的最大值。6.不同程度重金属胁迫下,柠条对Ni的吸收量随覆土厚度增加一定程度地降低,吸收量的顺序为:覆土30cm>穴换土>直接种植>覆土80cm>覆土50cm。各器官中,根的吸收量明显高于其它器官,其次是茎、叶,花的吸收量最小。总体而言,覆土30cm下生长的柠条对Ni的吸收量大于覆土较厚和直接栽植等措施下柠条的吸收量,是金川老尾矿库柠条修复较适宜的栽植措施。7.柠条各器官对Ni的富集系数大小顺序为根>花>叶>茎,各试验小区中,Ⅲ区Ni富集系数显著高于其他区,Ⅴ区其次,Ⅳ区最小。8.不同程度重金属胁迫下,Ni的转移系数顺序为覆土80cm>覆土50cm>直接种植>穴换土>覆土30cm,不同部位镍转移系数大体呈现花>叶>茎的顺序。而且转移系数均小于1,是一种较典型的根部囤积型植物。9.从根系对Ni滞留率看,覆土30cm下根系Ni富集较多,很少向茎叶花等地上部分转移,根系滞留率达85.24%;其次是穴换土、直接栽植、覆土50cm,滞留率分别为76.92%、74.96%、61.93%;而覆土80cm下,柠条根系对Ni的滞留效应较弱,滞留率仅为47.27,由根系向地上迁移较多。10.柠条对Ni的吸收和土壤Ni含量的关系并非均呈正相关关系,Ⅰ区柠条叶吸收Ni的能力对土壤环境的依赖性比较大,相关系数为0.993,达到了极显著水平(p<0.01);Ⅴ区柠条茎对Ni的富集受土壤环境影响也比较大,相关系数为0.766,呈显著水平(p<0.05);柠条茎和叶在一些区对Ni的富集能力与土壤Ni浓度呈负相关,其余的相关性未达到显著水平(p>0.05)。

论文目录

• 摘要
• Summary
• 前言
• 1 国内外研究概述
• 1.1 柠条根系分布研究
• 1.2 植物对重金属的耐性研究
• 1.2.1 植物对Ni 环境的耐性
• 1.2.2 植物对Ni 的富集研究
• 1.3 金川公司尾矿库生态修复现状及治理途径
• 2 研究区概况
• 2.1 自然地理概况
• 2.2 气候、水文
• 2.3 土壤
• 2.4 植被
• 3 研究目标、内容及方法
• 3.1 研究目标
• 3.2 研究内容
• 3.3 研究方法与技术路线
• 3.3.1 研究方法
• 3.3.1.1 研究对象
• 3.3.1.2 植物样品采集与处理
• 3.3.1.3 根基土壤样品采集与处理
• 3.3.1.4 根系长度、生物量的测定
• 3.3.1.5 样品消解
• 3.3.1.6 重金属含量测定
• 3.3.1.7 数据分析
• 3.3.1.8 实验仪器设备
• 3.3.2 技术路线
• 3.4 解决的科学问题
• 4 结果与分析
• 4.1 尾矿废弃地土壤中Ni 含量及分布特征
• 4.2 柠条根系分布特征
• 4.2.1 柠条根系长度分布特征
• 4.2.1.1 根系分布层次
• 4.2.1.2 有效根长度分布
• 4.2.2 柠条根系生物量分布特征
• 4.2.2.1 柠条根系的生物量特征
• 4.2.2.2 柠条根系生物量的水平分布
• 4.2.2.3 柠条根系生物量的垂直分布
• 4.2.2.4 不同径级根系的生物量
• 4.2.2.5 柠条根系有效根重密度分布
• 4.3 柠条重金属富集特征
• 4.3.1 柠条不同器官Ni 的含量
• 4.3.1.1 柠条地上部分Ni 的含量
• 4.3.1.2 柠条根系Ni 的含量
• 4.3.1.2.1 柠条根系各径级Ni 含量
• 4.3.1.2.2 不同土壤深度柠条根系Ni 含量
• 4.3.2 柠条重金属的吸收量、富集系数、转移系数和滞留率
• 4.3.2.1 柠条对Ni 的吸收量
• 4.3.2.2 柠条对Ni 富集系数
• 4.3.2.3 柠条对Ni 转移系数
• 4.3.2.4 柠条根系对Ni 滞留率
• 4.4 植物与土壤中Ni 含量的相关性分析
• 5. 结论
• 5.1 尾矿废弃地土壤中 Ni 含量及分布特征
• 5.2 柠条根系长度分布特征
• 5.3 柠条根系生物量分布特征
• 5.4 柠条Ni 的富集特征
• 5.5 植物与土壤中 Ni 含量的相关性
• 6. 讨论
• 6.1 Ni 在柠条体内富集的研究有待深入
• 6.2 根系研究方法的改进
• 6.3 评价指标问题
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介
• 导师简介