竹炭对植物修复重金属污染土壤的影响
许多木本植物对重金属有较强的耐受力和积累能力，以竹炭(Bamboo charcoal，简称BB)为代表的生物炭能改良土壤性质、改变重金属有效性。但目前，竹炭对木本植物修复重金属污染的影响及相关机制尚不明确。为此，本文研究了添加竹炭对木本植物修复重金属污染土壤的影响，并探讨了相关机制。首先，采用田间调查对重度污染的样地中4个耐水湿树种沙柳、杞柳‘微山湖’、水紫树和墨西哥落羽杉的重金属积累能力进行比较，筛选潜力树种;然后选用污染修复潜力树种，开展竹炭添加的不同质量分数(0、1％、3％、5％、7％)、竹炭的粒径(P1＜0.149 mm、0.149 mm＜ P2＜0.25 mm、0.25 mm＜ P3＜0.5 mm)、土壤淹水+竹炭等盆栽试验，考察土壤质量、植物生长及柳树体内重金属积累和分布特征，探讨竹炭添加对植物修复重金属能力的影响及相关机理。研究结果表明: 沙柳、杞柳‘微山湖’、水紫树和墨西哥落羽杉，能够在土壤Cd、Zn、Pb分别达到重度污染、中度污染、轻度污染的情况下，能够维持正常生长，表现出较强重金属耐性。不同树种对重金属的积累能力有差异，杞柳‘微山湖’对Cd、Zn、Cu积累量最大，分别达到462.58、4341.32、261.86 mg·株-1，沙柳次之，分别为202.39、3709.95、232.57 mg·株-1;沙柳对Pb积累量最大，达到106.97 mg·株-1。杞柳‘微山湖’对Cd的修复能力强于沙柳，沙柳对Pb的修复能力强于杞柳‘微山湖’。考虑到杞柳‘微山湖’为灌木树种，沙柳为乔木，后者具有较强的耐盐碱性，适应性更强，我们认为沙柳更适合用于短轮伐模式的重金属污染修复中。 竹炭的添加(BB0、1％、3％、5％、7％)，提升了土壤有机质和速效钾含量，并随竹炭添加量增大而增加，BB-7％处理时有机质和速效钾含量相比对照组分别提高75％、192％。沙柳株高、直径、生物量等生长特征受多因素综合影响，并没有简单地随竹炭添加量不同表现出明显的差异性。沙柳对重金属转运系数随着竹炭添加量增加而逐渐变大，BB-7％处理时Cd、Zn、Cu、Pb转运系数相对于CK组分别增加了20％、28％、116％、92％。竹炭的添加提高了沙柳对重金属Cd、Zn、Cu的积累能力及积累量，3％竹炭水平下提高效果最明显，3种重金属总积累量分别比对照提高37％、31％和27％。 不同粒径(P1、P2、P3)的竹炭添加对土壤基本性质影响不明显。竹炭粒径对沙柳体内重金属元素的浓度和转运有明显影响，P1粒径的竹炭将沙柳对Cd、Zn、Cu、Pb的转运系数分别提高了73.53％、74.70％、52.94％、133.33％，同时使沙柳生物量降低了19.22％;P2粒径的竹炭促进了沙柳的生长，促进了沙柳根部对重金属的富集和Cd、Zn、Pb的总积累量，相对CK组积累量增长幅度分别为52.41％、25.55％和14.83％，P3粒径处理相比对照组Cu、Pb积累量出现小幅度降低。 淹水时添加竹炭能提高土壤pH值、有机质含量、速效钾含量，同时能提高主要土壤酶的活性。淹水后土壤中Cd、Cu、Pb有效态比例降低，沙柳株高、生物量等都受到抑制，但沙柳各部位K浓度增加。淹水明显增加了植物根部矿质元素浓度，对地上部影响较小。淹水后降低了沙柳地上部重金属Cd、Zn、Cu浓度，增加了根部重金属浓度;淹水时添加竹炭，地上部重金属积累量比重降低，但积累量都有增加。 结果表明土壤中竹炭添加比例、不同粒径、淹水（添加竹炭）胁迫对土壤基本性质影响不大，但均能影响沙柳对重金属的积累，其中3％P2粒径的竹炭促进了沙柳的生长和重金属修复效率。
竹炭;土壤修复;重金属污染;木本植物
中国林业科学研究院
硕士
环境科学
陈光才
2018
中文
X53;X173
80
2018-11-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）