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近年来，由于不断增长的工业和其他人类活动，土壤重金属污染已成为全球性环境问题之一。中国西部大开发政策的推进促使许多企业和化工厂被引入到西北干旱半干旱地区，然而，由于降雨和气候等因子的限制，该地区生境较为脆弱和破碎化，更易受到重金属污染威胁，导致大量重金属在工业园区及周边土壤积累，不仅危害当地动植物和人体健康，而且重金属极有可能通过地表径流和地下水循环逐渐向黄河中下游扩散，威胁整个黄河中下游的生态环境。西北本土盐生植物能够适应盐碱和重金属等多重复合胁迫，对当地重金属污染生态修复具有重要意义。由于自然生境的差异，盐生植物对盐分的耐受策略也不尽相同。因此，探究不同耐盐类型盐生植物对重金属(比如镉)的耐受机制与积累能力差异十分必要，有助于进一步挖掘盐生植物在土壤生态修复技术的应用前景，同时为西北工业园区独特生境下重金属污染盐土植物修复提供科学依据和应用参考价值。本研究以宁夏惠农工业园区为主要研究区域，对西北典型盐土工业园区土壤6种重金属(As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn)的污染格局和本土盐生植物的修复潜力进行了实地系统调查，并在调查结果的基础上，以污染最为严重的镉作为典型元素，采用土壤盆钵实验，探究盐分对不同类型本土盐生植物积累能力的影响，重点探讨碱蓬(Suaeda glauca)和黄花补血草(Limonium aureum)的Cd分布特性、耐受机理和修复效应，以及不同物种的盐分耐受策略与Cd耐受特性的关系，得到主要研究结果如下：
(1)宁夏惠农工业园区As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn元素的污染特征结果表明，研究区内梅罗综合污染指数为2.96，潜在生态风险指数为176.18，研究区整体呈中等污染水平，重点污染区域在北部和西南部。其中，Cd的污染程度最严重，土壤平均Cd含量超出国家二级标准值(pH>7.5)3.92倍，具有较高的潜在生态风险；As为中度污染，潜在生态风险为中等水平，平均As含量超出标准值2.77倍。Cr、Cu、Pb和Zn均低于标准值，其中Cr、Pb和Zn稍高于宁夏土壤背景值。
(2)Cd和As的空间分布格局类似，主要富集区域在研究区北部和西南部呈岛状富集，其来源与惠农区内工业生产活动密切相关；Zn主要在研究区南部积累，其来源主要来自农药、化肥、杀虫剂等的广泛使用；Cr和Cu主要来源于自然成土母质等自然因素；Pb来源于交通运输和风化作用等混合因素。其中，人为活动和用地类型对土壤重金属富集与空间分布的影响较大。在所有用地类型中，As和Cd在工矿用地的含量最高，分别为105.03和3.63mg/kg；Pb在未利用地的含量最高(97.86 mg/kg)，在工矿用地次之(90.13 mg/kg)。除Zn外，工矿用地其余5种重金属含量普遍较高，而林地的重金属含量普遍偏低。研究区水域中的As和Cd元素含量相对偏高，有向其他水体迁移和汇集的风险。
(3)惠农区植被类型为荒漠草原植被，以草本植物为主，木本较少，主要优势科为苋科(Amaranthaceae)、菊科(Asteraceae)和禾本科(Poaceae)。13种本土盐生植物均不属于超富集植物，且对园区污染程度最为严重的Cd的积累能力差异较大，其中，碱蓬对Cd的吸收以及向地上部分的转运能力在所有物种中最高，根系和地上平均Cd含量分别为0.40和0.30mg/kg，生物富集系数(BCF)为0.23，可作为后续研究的候选物种。除碱蓬外，其余物种的BCF在0.05-0.13之间。本土盐生物种对土壤As、Pb和Zn的富集能力较弱，大多数物种的BCF均在0.1以下，其中灰绿藜(Chenopodium glaucum )根中的As含量最高，芦苇(Phragmites communis)和猪毛菜(Salsola collina)次之；向日葵(Helianthus annuus)和猪毛菜的Pb含量在所有物种中处于较高水平。园区本土物种对Cr和Cu的生物富集能力相对较高，物种的BCF在0.2-0.8之间。其中，芦苇、碱蓬和向日葵对Cr和Cu的富集能力处于较高水平。
(4)不同类型本土盐生植物对镉积累能力结果表明，Cd显著抑制所有物种的生长和生物量积累，盐分促进了低Cd胁迫下稀盐盐生植物碱蓬全株生物量，分别是LCd组(3 mg kg-1)的1.65和1.31倍(P<0.05)，另外三个物种则受到盐分胁迫的显著抑制。不同类型本土盐生植物对盐分的耐受程度依次为：稀盐>泌盐>拒盐。其中，拒盐盐生植物苦豆子(Sophora alopecuroides)和非盐生植物紫花苜蓿(Medicago sativa)在盐分处理48天后死亡，表明这两种类型的物种不适用于西北镉污染盐碱土壤修复。盐分添加显著提升四个物种的Cd含量，但苦豆子和紫花苜蓿的地上Cd积累总量受处理影响较小，在盐分条件下有降低趋势。低镉(3 mg kg-1)和高镉(6 mg kg-1)水平下，盐分对碱蓬BCF的提升分别是未添加盐分处理组的4.65和4.13倍；此外，碱蓬和黄花补血草对Cd的转运系数也受到盐分的显著促进。相比于苦豆子和紫花苜蓿，碱蓬和黄花补血草的单株地上Cd积累总量在盐分条件下最高达到32.9μg和6.6μg，其中碱蓬的地上Cd积累在各Cd水平下受到NaCl的显著促进，黄花补血草的地上Cd积累在高Cd水平下受到NaCl的明显促进。
(5)碱蓬和黄花补血草对镉均有一定耐受性，但NaCl对其在镉胁迫下生理响应的影响存在差异。对于稀盐盐生植物碱蓬，0.3%NaCl通过减轻Cd胁迫对叶片光合作用的抑制和提升其叶片抗氧化酶系统，使Cd毒性得到了显著缓解。除HCd+S组中过氧化氢酶(CAT)活性提升不明显外，NaCl在低Cd(3 mg kg-1)和高Cd(6 mg kg-1)水平显著促进碱蓬叶片的酶活性。而NaCl进一步抑制Cd胁迫下黄花补血草的生长和光合作用，表现出复合胁迫的叠加效应。另一方面，盐分条件下，黄花补血草叶中抗氧化酶活性和有机溶质(如脯氨酸和可溶性蛋白等)的积累显著增加，在各Cd水平下，NaCl诱导的脯氨酸含量分别比无盐条件下高7.86、4.28和5.23倍。此外，NaCl诱导两物种地上部分Na的大量积累可作为这两种植物的廉价渗透剂，用于对细胞渗透压的快速响应调节。本研究结果表明，不同类型盐生植物在响应镉盐复合胁迫环境时采用了不同的生理耐受策略。
(6)Cd在碱蓬和黄花补血草体内的分布和积累存在明显差异。盐分通过降低两物种根际土壤pH和增加根际土的生物有效态Cd，从而显著增加两物种对Cd的吸收和转运。高Cd水平下，碱蓬和黄花补血草根际土的生物有效Cd受到NaCl的明显提升，分别是HCd组(6 mg kg-1)的1.25和1.22倍。此外，两物种的根系Cd吸收效率也受到NaCl的显著增强，其中碱蓬的Cd吸收效率远高于黄花补血草。两种盐生植物的盐分耐受适应策略(地上部分肉质化和叶表面离子外排)有利于增强其对镉的解毒和耐受，且NaCl显著促进了两物种耐盐特性对Cd的抗逆。在两种盐生植物中，大部分Cd分布在两物种的细胞壁组分(36-69%)，其次是可溶性组分(23-59%)和细胞器组分(3-17%)。在根和叶的所有亚细胞组分中，碱蓬中的Cd浓度要高于黄花补血草。两物种均表现出NaCl提取的果胶蛋白结合态Cd占主导(39-74%)，其次是HAc提取Cd(11-31%)以及水溶性Cd(8-21%)。与黄花补血草相比，碱蓬根和叶中低活性的Cd化学形态(由2%HAc和0.6MHCl提取)所占比例相对较高(P=0.034)，而高活性的Cd化学形态(由80%乙醇和去离子水提取)所占比例相对较低(P<0.001)。因此，稀盐盐生植物碱蓬具有更高的Cd积累和土壤修复能力。
综上所述，对于研究区内污染最为严重的Cd元素而言，稀盐盐生植物和泌盐盐生植物均具有一定的植物修复潜力。相比之下，稀盐盐生植物对Cd具有更高的生理耐受与Cd积累提取能力，更适用于西北盐土工业园区的重金属污染植物修复应用。
(1)宁夏惠农工业园区As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn元素的污染特征结果表明，研究区内梅罗综合污染指数为2.96，潜在生态风险指数为176.18，研究区整体呈中等污染水平，重点污染区域在北部和西南部。其中，Cd的污染程度最严重，土壤平均Cd含量超出国家二级标准值(pH>7.5)3.92倍，具有较高的潜在生态风险；As为中度污染，潜在生态风险为中等水平，平均As含量超出标准值2.77倍。Cr、Cu、Pb和Zn均低于标准值，其中Cr、Pb和Zn稍高于宁夏土壤背景值。
(2)Cd和As的空间分布格局类似，主要富集区域在研究区北部和西南部呈岛状富集，其来源与惠农区内工业生产活动密切相关；Zn主要在研究区南部积累，其来源主要来自农药、化肥、杀虫剂等的广泛使用；Cr和Cu主要来源于自然成土母质等自然因素；Pb来源于交通运输和风化作用等混合因素。其中，人为活动和用地类型对土壤重金属富集与空间分布的影响较大。在所有用地类型中，As和Cd在工矿用地的含量最高，分别为105.03和3.63mg/kg；Pb在未利用地的含量最高(97.86 mg/kg)，在工矿用地次之(90.13 mg/kg)。除Zn外，工矿用地其余5种重金属含量普遍较高，而林地的重金属含量普遍偏低。研究区水域中的As和Cd元素含量相对偏高，有向其他水体迁移和汇集的风险。
(3)惠农区植被类型为荒漠草原植被，以草本植物为主，木本较少，主要优势科为苋科(Amaranthaceae)、菊科(Asteraceae)和禾本科(Poaceae)。13种本土盐生植物均不属于超富集植物，且对园区污染程度最为严重的Cd的积累能力差异较大，其中，碱蓬对Cd的吸收以及向地上部分的转运能力在所有物种中最高，根系和地上平均Cd含量分别为0.40和0.30mg/kg，生物富集系数(BCF)为0.23，可作为后续研究的候选物种。除碱蓬外，其余物种的BCF在0.05-0.13之间。本土盐生物种对土壤As、Pb和Zn的富集能力较弱，大多数物种的BCF均在0.1以下，其中灰绿藜(Chenopodium glaucum )根中的As含量最高，芦苇(Phragmites communis)和猪毛菜(Salsola collina)次之；向日葵(Helianthus annuus)和猪毛菜的Pb含量在所有物种中处于较高水平。园区本土物种对Cr和Cu的生物富集能力相对较高，物种的BCF在0.2-0.8之间。其中，芦苇、碱蓬和向日葵对Cr和Cu的富集能力处于较高水平。
(4)不同类型本土盐生植物对镉积累能力结果表明，Cd显著抑制所有物种的生长和生物量积累，盐分促进了低Cd胁迫下稀盐盐生植物碱蓬全株生物量，分别是LCd组(3 mg kg-1)的1.65和1.31倍(P<0.05)，另外三个物种则受到盐分胁迫的显著抑制。不同类型本土盐生植物对盐分的耐受程度依次为：稀盐>泌盐>拒盐。其中，拒盐盐生植物苦豆子(Sophora alopecuroides)和非盐生植物紫花苜蓿(Medicago sativa)在盐分处理48天后死亡，表明这两种类型的物种不适用于西北镉污染盐碱土壤修复。盐分添加显著提升四个物种的Cd含量，但苦豆子和紫花苜蓿的地上Cd积累总量受处理影响较小，在盐分条件下有降低趋势。低镉(3 mg kg-1)和高镉(6 mg kg-1)水平下，盐分对碱蓬BCF的提升分别是未添加盐分处理组的4.65和4.13倍；此外，碱蓬和黄花补血草对Cd的转运系数也受到盐分的显著促进。相比于苦豆子和紫花苜蓿，碱蓬和黄花补血草的单株地上Cd积累总量在盐分条件下最高达到32.9μg和6.6μg，其中碱蓬的地上Cd积累在各Cd水平下受到NaCl的显著促进，黄花补血草的地上Cd积累在高Cd水平下受到NaCl的明显促进。
(5)碱蓬和黄花补血草对镉均有一定耐受性，但NaCl对其在镉胁迫下生理响应的影响存在差异。对于稀盐盐生植物碱蓬，0.3%NaCl通过减轻Cd胁迫对叶片光合作用的抑制和提升其叶片抗氧化酶系统，使Cd毒性得到了显著缓解。除HCd+S组中过氧化氢酶(CAT)活性提升不明显外，NaCl在低Cd(3 mg kg-1)和高Cd(6 mg kg-1)水平显著促进碱蓬叶片的酶活性。而NaCl进一步抑制Cd胁迫下黄花补血草的生长和光合作用，表现出复合胁迫的叠加效应。另一方面，盐分条件下，黄花补血草叶中抗氧化酶活性和有机溶质(如脯氨酸和可溶性蛋白等)的积累显著增加，在各Cd水平下，NaCl诱导的脯氨酸含量分别比无盐条件下高7.86、4.28和5.23倍。此外，NaCl诱导两物种地上部分Na的大量积累可作为这两种植物的廉价渗透剂，用于对细胞渗透压的快速响应调节。本研究结果表明，不同类型盐生植物在响应镉盐复合胁迫环境时采用了不同的生理耐受策略。
(6)Cd在碱蓬和黄花补血草体内的分布和积累存在明显差异。盐分通过降低两物种根际土壤pH和增加根际土的生物有效态Cd，从而显著增加两物种对Cd的吸收和转运。高Cd水平下，碱蓬和黄花补血草根际土的生物有效Cd受到NaCl的明显提升，分别是HCd组(6 mg kg-1)的1.25和1.22倍。此外，两物种的根系Cd吸收效率也受到NaCl的显著增强，其中碱蓬的Cd吸收效率远高于黄花补血草。两种盐生植物的盐分耐受适应策略(地上部分肉质化和叶表面离子外排)有利于增强其对镉的解毒和耐受，且NaCl显著促进了两物种耐盐特性对Cd的抗逆。在两种盐生植物中，大部分Cd分布在两物种的细胞壁组分(36-69%)，其次是可溶性组分(23-59%)和细胞器组分(3-17%)。在根和叶的所有亚细胞组分中，碱蓬中的Cd浓度要高于黄花补血草。两物种均表现出NaCl提取的果胶蛋白结合态Cd占主导(39-74%)，其次是HAc提取Cd(11-31%)以及水溶性Cd(8-21%)。与黄花补血草相比，碱蓬根和叶中低活性的Cd化学形态(由2%HAc和0.6MHCl提取)所占比例相对较高(P=0.034)，而高活性的Cd化学形态(由80%乙醇和去离子水提取)所占比例相对较低(P<0.001)。因此，稀盐盐生植物碱蓬具有更高的Cd积累和土壤修复能力。
综上所述，对于研究区内污染最为严重的Cd元素而言，稀盐盐生植物和泌盐盐生植物均具有一定的植物修复潜力。相比之下，稀盐盐生植物对Cd具有更高的生理耐受与Cd积累提取能力，更适用于西北盐土工业园区的重金属污染植物修复应用。