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镉(Cd)被认为是生物毒性最强的重金属之一,也是目前主要的土壤重金属污染之一。因此,Cd污染土壤的治理已成为当前丞待解决的重大课题。利用超富集植物的超量富集作用以去除污染土壤中超标重金属Cd的技术,较传统的物理和化学方法具有操作简单、经济和技术上能够大面积实施、不会给修复地区造成二次污染等优点,在清除土壤重金属污染方面有着广泛的应用前景。但是目前国内外发现的Cd超富集植物种类较少,且在自然生长环境条件下超富集植物本身具有生物量小、生长缓慢和环境抵抗能力弱等缺陷,难以适用于快速修复重金属污染土壤,限制了其植物修复效率。因此,富集植物筛选及强化效应研究是重金属污染土壤植物提取修复的基础和核心问题,同时也是污染环境植物修复的难点。本课题组在对广西平乐县锰矿区进行野外调研时,发现苋科青葙属一年生草本植物青葙(Celosia argentea Linn.)能在重金属超标的环境下大量生长,经试验研究发现青葙对单一Cd污染耐性较强,且具有较高的富集系数。鉴于此,本研究在此基础上研究了青葙对土壤Cd的修复性能和强化青葙修复土壤Cd污染的不同措施展开一系列研究。本论文主要研究结果如下:(1)青葙对CdSO4等水溶性Cd化合物的叶Cd含量可高达208 mg·kg-1,且青葙对非水溶性的Cd(OH)2、CdS、CdCO3、CdO叶镉含量分别达到134、102、100、90.2 mg·kg-1。这表明,青葙对不同化合态的Cd均具有较强的富集能力,这一特性能够大大提高植物对Cd污染土壤的修复效率。(2)轻度Cd胁迫(115 mg·kg-1)可以提高青葙种子的发芽势、发芽率和发芽指数和活力指数。通过盆栽试验研究破除顶端优势对青葙Cd富集性能发现,对青葙进行摘顶处理后可以有效缓解青葙顶芽对侧芽生长的抑制作用,使青葙的叶片数量、侧枝数量显著增加,促进青葙地上部生物量的增加以及总蒸腾量的升高。而蒸腾量的增加促进了青葙对镉向地上部分的运输作用,进而提高了青葙地上部分对镉的积累量。因此,破除顶端优势是一种高效提高重金属污染土壤植物修复的方法。(3)为了能尽快把研究成果应用到实际重金属土壤污染治理中,本研究通过静态吸收盆栽试验,以总镉含量为5.72 mg·kg-1的尾砂矿污染耕地土壤为研究对象,发现青葙叶Cd含量低于人工投加相似Cd浓度时的叶Cd吸收量。因此,本实验采用施加浓度为1、2.5、5、8、10和15 mmol·kg-1的柠檬酸(CA)、苹果酸(D-MA)、草酸(OA)、酒石酸(TA)、EDTA、腐殖酸(HA)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为促进青葙吸收Cd的强化剂。当投加浓度为5 mmol·kg-1CA时,青葙叶Cd含量具有较大值,是对照组的2.72倍。从试验成本和对环境安全性考虑,可选用单施5 mmol·kg-1CA就能够达到显著强化青葙对实际重金属污染土壤Cd的吸收和富集效果。(4)通过青葙对实际Cd污染耕地土的周期动态土培试验发现,青葙对Cd的累积量随时间增加而增大,但在第812周时,地上部分Cd的富集量增加不显著(p>0.05),Cd富集量基本达到生长周期最大值。由此判断,第8周是青葙收获的较好时间。青葙具有较短收获周期,有利于通过增加收获次数提高修复效率。(5)为丰富青葙Cd耐性的组织学基础理论,本研究采用Cd浓度为10 mg·kg-1的CdCl2作为Cd源,土培50d后的青葙作为实验材料。观察发现,青葙在Cd浓度为10mg·kg-1的情况下,其根、茎、叶组织结构并没有发生明显的变化,表明Cd并没有破坏青葙的正常组织,青葙在Cd胁迫下保持了良好的组织形态的稳定性。