東南景天對脅迫條件下重金屬鋅和鎘吸收積累特性的研究

周凱，張蘇明，孫夢媛，王智芳

（河南科技學院園藝園林學院，河南 新鄉 453003）

景天科植物具有矮小抗風、成活率高、抗干旱、生命力強等特點，并且顏色豐富鮮艷，生長迅速，綠化效果顯著，因此成為比較流行的屋頂綠化首選植物。景天科植物除了具有極佳的景觀價值之外，國內外學者還發現景天科植物不僅在夏天能消減64%的屋頂徑流［1］，而且東南景天（Sedum alfredii）還可忍耐和富集鎘（Cd）和鋅（Zn）等多種重金屬［2－4］，是土壤重金屬植物修復技術的模式植物之一［5，6］。但是關于東南景天對重金屬鎘和鋅的吸收積累研究尚少見報道。因此，本試驗通過屋頂盆栽方式，研究東南景天對不同濃度重金屬Cd2＋和Zn2＋的吸收積累規律，以期為東南景天的推廣應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區域概況

試驗在河南科技學院（113°55′49.25″E，35°16′56.27″N）實驗樓A段五樓樓頂進行。樓頂平整，有較小坡度方便排水，結構簡單。

新鄉市屬暖溫帶大陸性氣候，四季分明，冬寒夏熱，秋涼春早。歷年平均氣溫14℃，7月最熱，平均27.3℃，1月最冷，平均0.2℃。年均降水量為563.7 mm。年均無霜期為205 d。2019年，全市年平均氣溫15.6℃，年總日照時數1 996.7 h［7］。

1.2 供試材料與栽培

供試東南景天取自生態環境部華南環境科學研究所清遠繁育基地。選擇生長良好、粗細基本一致的東南景天嫩枝，于2019年1月22日扦插于河南科技學院盆景園的溫室中。扦插基質為蛭石與珍珠巖按照1∶1的體積比混合，進行日常管理。當年3月1日移栽至塑料花盆（直徑×高＝10 cm×8 cm）中，每盆栽植一株。移栽后的東南景天在盆景園溫室中養護10 d左右，然后放置于河南科技學院實驗樓A段五樓樓頂，日常管理。Cd和Zn供體分別是氯化鎘（CdCl2·2.5H2O）和硫酸鋅（ZnSO4·7H2O），均為分析純。

1.3 試驗設計及方法

參照文獻［8，9］，設置5個Cd2＋和Zn2＋濃度處理，分別為：0（CK）、0.2、0.4、0.6、0.8 mmol／L，CK為去離子水。2019年3月31日起，用不同濃度的Cd2＋和Zn2＋溶液對東南景天進行澆灌處理，每盆澆灌量為100 mL，間隔2～3 d進行一次，每處理重復5次。經過4周的澆灌處理，東南景天生長情況基本正常。

4月30日將東南景天從花盆中取出，剔除栽培基質，自來水多次清洗表面雜質，再用去離子水清洗3次后，晾干表面水分并稱鮮重。然后將樣品置于烘箱內，于80℃條件下烘干至恒重，按照地上部和地下部分別稱重，并研磨至粉末狀，置于封口袋內備用［10，11］。

1.4 樣品處理

準確稱取東南景天地上部樣品0.3000 g，地下部樣品0.2000 g放入聚四氟乙烯消化管中，以體積比5.5∶1（HNO3∶H2O2）的比例加入混酸13 mL，置于微波消解儀內（MARS微波消解儀，美國CEM公司）進行消解。消解條件如下：功率為1 600 W，初始消解溫度為105℃，時間為5 min；之后升溫至125℃繼續消解15 min。消解程序完成后，自然冷卻15 min取出。然后將聚四氟乙烯消化管中已經完成消解的消解液在通風櫥轉移至小燒杯中，用3%的稀硝酸2 mL清洗消化管中殘余的消解液，然后放置于XY－3A數顯恒溫電熱板上于170℃條件下進行排酸。待小燒杯內液體呈無色透明或略淺黃色僅剩1～2滴左右時，取下小燒杯，自然冷卻后，加3%稀硝酸定容至50 mL的容量瓶中待測。

1.5 重金屬含量測定

采用電感耦合等離子發射光譜儀（ICP－MS）（Optima 2100 DV，質譜分析檢測技術（上海）有限公司）測定東南景天地上部和地下部樣品重金屬Cd2＋和Zn2＋的含量。

1.6 數據分析

使用Microsoft Excel 2010進行數據整理及繪圖。采用DPSv7.55軟件對試驗數據進行單因素方差分析（one－way ANOVA）；用鄧肯氏新復極差法進行多重比較，大小寫字母分別代表1%和5%水平下的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同鋅濃度處理對東南景天地上部和地下部Zn2＋含量的影響

由圖1A看出，與對照相比，不同濃度鋅澆灌處理后，東南景天地上部Zn2＋含量明顯提高。處理濃度為0.2、0.4、0.6、0.8 mmol／L時，地上部Zn2＋含量依次為CK的1.53、1.33、1.83、1.95倍，其中0.8 mmol／L鋅處理與對照差異顯著，其它處理與對照差異不顯著。表明隨著Zn2＋濃度的增高，東南景天地上部Zn2＋含量總體呈增長趨勢。

由圖1B看出，不同處理東南景天地下部Zn2＋含量依次表現為：CK＜0.4 mmol／L＜0.2 mmol／L＜0.6 mmol／L＜0.8 mmol／L，隨著Zn2＋濃度的增高，總體呈增長趨勢。處理濃度為0.2、0.4、0.6、0.8 mmol／L時，東南景天地下部Zn2＋含量依次為CK的1.53、1.22、1.58、1.81倍，除0.4 mmol／L處理外，其它處理均與對照差異顯著（P＜0.05），0.8 mmol／L處理與對照差異達極顯著水平（P＜0.01）。

圖1 東南景天地上部、地下部Zn2＋含量

2.2 不同鎘濃度處理對東南景天地上部和地下部Cd2＋含量的影響

由圖2A看出，隨著Cd2＋濃度的增高，東南景天地上部Cd2＋含量呈明顯增長趨勢。Cd濃度為0.2、0.4、0.6、0.8 mmol／L時，東南景天地上部Cd2＋含量分別為1.24、1.35、2.72、3.28 mg／kg，分別較CK高30.00、32.75、67.00、81.00倍，差異均達1%極顯著水平；0.6、0.8 mmol／L處理間無顯著差異，但均極顯著高于其它處理。

由圖2B看出，處理濃度為0.2、0.4、0.6、0.8 mmol／L時，地下部Cd2＋含量分別為0.75、1.09、1.53、2.02 mg／kg，分別較CK高出6.53、9.98、14.33、19.26倍，處理間差異達極顯著水平（P＜0.01）。表明隨著Cd2＋濃度的增高，東南景天地下部Cd2＋含量增長顯著。

圖2 東南景天地上部、地下部Cd2＋含量

以上結果顯示，鋅、鎘脅迫條件下，東南景天地上部對Zn2＋和Cd2＋的吸收積累總體高于地下部，隨著脅迫處理濃度的增加，積累量整體呈增加趨勢。東南景天對Cd2＋的吸收積累能力顯著強于對Zn2＋的。

3 討論與結論

3.1 本試驗結果表明，東南景天具有吸收累積土壤中Zn2＋和Cd2＋的能力，隨著處理濃度的增加，其對Zn2＋和Cd2＋的積累量總體呈增加趨勢。濃度為0.2、0.4、0.6、0.8 mmol／L處理時，東南景天地上部Zn2＋含量依次為CK的1.53、1.33、1.83、1.95倍，Cd2＋含量依次為CK的31.00、33.75、68.00、82.00倍；地下部Zn2＋含量依次為CK的1.53、1.22、1.58、1.80倍，Cd2＋含量依次為CK的7.53、10.98、15.33、20.26倍。表明東南景天地上部對Zn2＋和Cd2＋的吸收積累高于地下部，且對Cd2＋的吸收積累強于對Zn2＋的。

3.2 劉維明等［12］研究發現，東南景天對廣西大環江流域重金屬鎘污染的去除效率能達12.23%。朱凰榕等［13］通過兩年的盆栽試驗表明，東南景天對土壤中Cd的修復效率為83.5%，Zn為30.3%，與本研究結論一致，均證明東南景天對Cd2＋的富集能力更強。這為東南景天的推廣應用提供了參考。