镉超富集植物的高概率分布区特征解析与筛选
文献类型：学位论文
| 作者 | 赵晓峰 |
| 答辩日期 | 2022-12 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 雷梅 |
| 关键词 | 镉 超富集植物 高镉植物 生境特征 地理分布 筛选 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 英文摘要 | 植物修复是一项绿色且有效的土壤修复技术，具有重要的应用价值和应用空间。中国幅员辽阔、植物资源丰富、气候多样，因此在中国筛选新的超富集植物具有巨大的潜力。本研究以已被发现的自然条件下生长的高镉植物[地上部ω（Cd）≥10 mg/kg]为研究基础，就高镉植物的物种、分布和发现地等特征进行分析，为Cd 超富集植物的筛选提供相应的建议。此外，基于物种分布模型，结合影响高镉植物生长和分布的环境变量（温度、降水、光照和土壤性质等），获得了中国Cd 超富集植物赋存的高概率区域和主要的影响环境因素。最终，通过野外高概率区的调查和潜在Cd 富集植物的大田种植试验，筛选能够富集Cd 的植物。论文取得的主要结果如下： （1）丰富的植物物种资源、高浓度重金属土壤和长时间的驯化共同促进了超富集植物的形成，超富集植物的野外调查和筛选应围绕这些条件展开。中国的长江中下游及其南部地区因受第四纪冰川影响较小而植物资源丰富；其次，该区域内的部分地区金属矿藏丰富且开采历史较久，存在高浓度重金属土壤和植物长时间被驯化的条件；与此同时，该区域主要为亚热带季风气候，降雨充足、蒸发量大，适宜植物生长。 （2）在开展野外Cd 超富集植物的调查和筛选工作时，露天开采、开采历史悠久、主要矿石为闪锌矿的铅锌矿矿区应当作为重点区域。就不同科植物而言，菊科（Compositae）和景天科（Crassulaceae）植物应当作为关注重点，而禾本科（Gramineae）植物则不建议作为重点。 （3）基于MaxEnt 模型，高镉植物的适生区主要分布于中国长江中下游及其南部区域，以及辽宁省的部分区域。对高镉植物分布影响较大的环境变量依次为年平均降水量，和5 月太阳辐射强度。值得注意的是，土壤中可交换态Ca2+也影响了高镉植物的分布。 （4）不同种类的Cd 富集植物在空间分布上差异巨大，选用合适的超富集植物是实现高效植物修复的前提和关键。东南景天（Sedum alfredii）的适生区主要分布于长江中下游地区，最干月份降水量是影响其分布的最大环境因素；垂序商陆（Phytolacca americana）的适生区主要分布于中国秦岭南部及我国中部的一些区域，最干月份降水量是影响垂序商陆分布的主要环境子变量；八宝景天（Hylotelephium spectabile）的适生区主要分布于中国的东北部和中部部分地区，降水和光照影响其分布。其中，东南景天和八宝景天在合适的管理模式下，能够修复农田土壤并保证作物的产量；而垂序商陆具有一定的入侵风险。 （5）在大田种植筛选试验中，黄冠菊（Xanthopappus subacaulis）和凤仙花（Impatiens balsamina）对Cd 表现出较强富集能力（BCF>1），叶中ω（Cd）分别为67.04 mg/kg 和50.94 mg/kg，值得进一步探究其富集能力和应用于污染农田植物修复的潜力。美人蕉（Canna indica）、鸢尾（Iris tectorum）、象草（Pennisetumpurpureum）、硫化菊（Cosmos sulphureus）、香叶天竺葵（Pelargonium graveolens）和黄竹草（Dendrocalamus membranaceus）对Cd 也表现出了一定的富集能力[地上部ω（Cd）>10 mg/kg]，但它们的富集系数小于1，需进一步的相关试验探究它们对镉的富集能力。 （6）基于高镉植物发现地的特征和高镉植物的适生区分析，开展Cd 超富集植物的野外调查和筛选工作。其中，兰坪铅锌矿矿区内的毛连菜（Picrishieracioides）和延胡索（Corydalis yanhusuo）叶中的ω（Cd）分别为141.99 mg/kg和127.83 mg/kg，达到了Cd 超富集植物的标准[叶中的ω（Cd）>100 mg/kg]，但BCF 小于1，需要进一步的试验来评定其富集能力。其它对Cd 具有一定吸收能力[叶中的ω（Cd）>10 mg/kg]的植物有：野菊（Dendranthema indicum）、接骨草（Sambucus chinensis）、夏天无（Corydalis decumbens）、鹅掌草（Anemone flaccida）、酸模（Rumex acetosa）、葎草（Humulus scandens）、刺耳菜（Cirsium setosum）、大蓟（Cirsium japonicum）、大叶醉鱼草（Buddleja davidii）和琉璃草（Cynoglossum zeylanicum），但这些植物的BCF<1。 综上，本研究为Cd 超富集植物的野外筛选和调查提供了科学的参考和建议，可以使野外Cd 超富集植物的筛选工作更加高效和快速，减少非必要的人力、时间和资金成本的投入。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 147 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199741]  |
| 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 | 赵晓峰. 镉超富集植物的高概率分布区特征解析与筛选[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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