八宝景天修复Cd污染农田及调控机制研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 郭俊娒 |
| 答辩日期 | 2021-05 |
| 文献子类 | 博士后出站报告 |
| 授予单位 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 封志明 ; 陈同斌 |
| 关键词 | 八宝景天 镉土壤污染 植物修复 水溶性壳聚糖 环境因素 |
| 学位名称 | 博士后 |
| 英文摘要 | 本文针对八宝景天修复Cd污染农田及其调控机制展开研究，首先通过在华北平原典型Cd污染农田土壤开展连续5年的田间原位试验，从时间尺度上研究了连续植物修复过程中不同生态型八宝景天生长和Cd富集特征。在此基础上，为进一步提高八宝景天修复效率，釆用室内盆栽试验和田间小区试验相结合的方式，研究了水溶性壳聚糖对八宝景天Cd修复效率的影响和作用机制。同时对八宝景天在不同环境参数（光照、水分、养分、盐分）等作用下生长和Cd吸收的响应机制展开研究，研究结果进一步揭示了八宝景天在连续修复Cd污染土壤中所面临的问题，提出了强化八宝景天Cd修复效率的措施和环境调控机制，为指导八宝景天实际应用于农田修复并提高其修复效率提供了理论依据和技术参考。主要得到以下结论： (1)在Cd污染农田土壤上连续种植4年八宝景天，研究连续修复过程中不同生态型的生长和Cd富集特征的差异，结果表明，八宝景天地上部生物量在种植前3年中逐年显著增加，其增加速率大于根系Cd吸收的增长速率，形成年度间“稀释效应”，导致其地上部Cd含量呈逐年降低趋势。但由于其地上部生物量随种植年度的增长幅度高于Cd含量的降低幅度，使得八宝景天地上部Cd富集量随种植年限总体呈增加的趋势。此外，八宝景天不同生态型间生长和Cd富集特征具有显著差异，LN生态型地上部Cd富集量在4年中较其他生态型显著提高1.15〜4.89倍,且在2019年地上部Cd富集量达到101.24g/hm2,连续修复四年总修复效率达4.85%，表现出了较强的修复Cd污染土壤潜力，但在后续研究中仍需进一步采取强化措施提高其修复效率以满足快速修复中轻度Cd污染土壤的需求。同时，八宝景天连续种植第4年时其生物量不再增加甚至呈降低的趋势，需考虑由连续种植八宝景天导致的连坐障碍对其修复效率的影响。 (2)通过盆栽试验和田间小区试验研究了水溶性壳聚糖（WSC)对八宝景天Cd修复效率的促进作用，同时研究了WSC对土壤Cd形态及官能团含量的影响以揭示其促进八宝景天Cd吸收的作用机制。 结果表明，WSC使土壤水溶态和弱酸提取态Cd含量显著提高了20.3%〜143.5%和2.4〜39.5%。红外光谱分析结果也表明WSC显著提高了土壤胶体表面的氨基（-NH2)和羟基（-OH)等官能团含量，官能团与土壤中Cd形成络合物是WSC提高土壤Cd有效性的重要机制。WSC使八宝景天地上部Cd提取量显著提高56.1%〜115.7%且没有表现出明显的生长抑制。因此，WSC在促进八宝景天修复镉污染农田土壤上具有应用潜力。 (3)采用盆栽试验研究了不同光照、水分和养分等环境因素对八宝景天生长和Cd吸收转运的影响。结果表明，两种八宝景天生态型在水分胁迫（50%田间持水量）和50%遮荫处理下均没有受到明显的生长抑制，但其在环境因素调控下生长和Cd富集特征的响应具有明显的生态型差异，LN生态型在应对水分胁迫和遮荫环境上更具优势。同时，LN生态型在不同环境处理和培养时期各部位Cd含量均显著高于HB1，且受环境胁迫影响较小，而50%遮荫处理则显著降低了HB1生态型Cd向叶中的转运。此外，LN生态型在不同环境处理和培养时期Cd富集量均显著高于HB1，且在高量施氮(N3，225 kg N/hm2)处理下进一步显著提高。对不同环境处理下八宝景天光合蒸腾特征响应的研究结果表明，光照主要通过调控八宝景天蒸腾速率和光合速率从而影响其Cd吸收，水分和养分则主要通过调控八宝景天光合速率和胞间CO2浓度从而影响其生物量积累。LN生态型在Cd 富集特征和生态适应幅度上较HB1生态型更有优势，在水分胁迫和荫蔽环境下仍能正常生长发育且表现出较HB1更强的Cd富集能力。 (4)为进一步拓宽八宝景天修复Cd污染农田的生态幅度，釆用盆栽试验研究了八宝景天对Cd和盐分复合胁迫下的生长响应及Cd 富集特征的生态型差异。结果表明，在Cd单一或与盐分复合胁迫下，八宝景天地上部生物量和Cd含量均表现出显著生态型差异，LN生态型地上部生物量在各处理下均显著高于其他生态型，且在l%NaCl 处理下生物量仍没有显著下降，耐性指数可达0.91。高盐分胁迫下八宝景天各生态型地上部Cd含量总体呈下降趋势，这与盐分引起土壤pH显著升高导致Cd生物有效性降低有关。LN生态型地上部Cd含量在不同盐分胁迫下均显著高于其他生态型，其在亚细胞区隔化和抗氧化酶活性等Cd富集和解毒机制方面的优势可能同样是其应对盐分胁迫的重要机制。综上可知，八宝景天地上部Cd富集量在不同生态型间差异显著，LN生态型在较高浓度盐分胁迫下仍表现出较强的Cd 富集能力，地上部Cd富集量仍可达84.4 µg/plant，且较其他生态型显著提高48.4%〜89.3%，研究结果拓宽了八宝景天修复盐渍化Cd污染土壤的应用潜力。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 130 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/194156]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 郭俊娒. 八宝景天修复Cd污染农田及调控机制研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院地理科学与资源研究所. 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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