东南景天对胁迫条件下重金属锌和镉吸收积累特性的研究

周凯，张苏明，孙梦媛，王智芳

（河南科技学院园艺园林学院，河南 新乡 453003）

景天科植物具有矮小抗风、成活率高、抗干旱、生命力强等特点，并且颜色丰富鲜艳，生长迅速，绿化效果显著，因此成为比较流行的屋顶绿化首选植物。景天科植物除了具有极佳的景观价值之外，国内外学者还发现景天科植物不仅在夏天能消减64%的屋顶径流［1］，而且东南景天（Sedum alfredii）还可忍耐和富集镉（Cd）和锌（Zn）等多种重金属［2－4］，是土壤重金属植物修复技术的模式植物之一［5，6］。但是关于东南景天对重金属镉和锌的吸收积累研究尚少见报道。因此，本试验通过屋顶盆栽方式，研究东南景天对不同浓度重金属Cd2＋和Zn2＋的吸收积累规律，以期为东南景天的推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区域概况

试验在河南科技学院（113°55′49.25″E，35°16′56.27″N）实验楼A段五楼楼顶进行。楼顶平整，有较小坡度方便排水，结构简单。

新乡市属暖温带大陆性气候，四季分明，冬寒夏热，秋凉春早。历年平均气温14℃，7月最热，平均27.3℃，1月最冷，平均0.2℃。年均降水量为563.7 mm。年均无霜期为205 d。2019年，全市年平均气温15.6℃，年总日照时数1 996.7 h［7］。

1.2 供试材料与栽培

供试东南景天取自生态环境部华南环境科学研究所清远繁育基地。选择生长良好、粗细基本一致的东南景天嫩枝，于2019年1月22日扦插于河南科技学院盆景园的温室中。扦插基质为蛭石与珍珠岩按照1∶1的体积比混合，进行日常管理。当年3月1日移栽至塑料花盆（直径×高＝10 cm×8 cm）中，每盆栽植一株。移栽后的东南景天在盆景园温室中养护10 d左右，然后放置于河南科技学院实验楼A段五楼楼顶，日常管理。Cd和Zn供体分别是氯化镉（CdCl2·2.5H2O）和硫酸锌（ZnSO4·7H2O），均为分析纯。

1.3 试验设计及方法

参照文献［8，9］，设置5个Cd2＋和Zn2＋浓度处理，分别为：0（CK）、0.2、0.4、0.6、0.8 mmol／L，CK为去离子水。2019年3月31日起，用不同浓度的Cd2＋和Zn2＋溶液对东南景天进行浇灌处理，每盆浇灌量为100 mL，间隔2～3 d进行一次，每处理重复5次。经过4周的浇灌处理，东南景天生长情况基本正常。

4月30日将东南景天从花盆中取出，剔除栽培基质，自来水多次清洗表面杂质，再用去离子水清洗3次后，晾干表面水分并称鲜重。然后将样品置于烘箱内，于80℃条件下烘干至恒重，按照地上部和地下部分别称重，并研磨至粉末状，置于封口袋内备用［10，11］。

1.4 样品处理

准确称取东南景天地上部样品0.3000 g，地下部样品0.2000 g放入聚四氟乙烯消化管中，以体积比5.5∶1（HNO3∶H2O2）的比例加入混酸13 mL，置于微波消解仪内（MARS微波消解仪，美国CEM公司）进行消解。消解条件如下：功率为1 600 W，初始消解温度为105℃，时间为5 min；之后升温至125℃继续消解15 min。消解程序完成后，自然冷却15 min取出。然后将聚四氟乙烯消化管中已经完成消解的消解液在通风橱转移至小烧杯中，用3%的稀硝酸2 mL清洗消化管中残余的消解液，然后放置于XY－3A数显恒温电热板上于170℃条件下进行排酸。待小烧杯内液体呈无色透明或略浅黄色仅剩1～2滴左右时，取下小烧杯，自然冷却后，加3%稀硝酸定容至50 mL的容量瓶中待测。

1.5 重金属含量测定

采用电感耦合等离子发射光谱仪（ICP－MS）（Optima 2100 DV，质谱分析检测技术（上海）有限公司）测定东南景天地上部和地下部样品重金属Cd2＋和Zn2＋的含量。

1.6 数据分析

使用Microsoft Excel 2010进行数据整理及绘图。采用DPSv7.55软件对试验数据进行单因素方差分析（one－way ANOVA）；用邓肯氏新复极差法进行多重比较，大小写字母分别代表1%和5%水平下的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同锌浓度处理对东南景天地上部和地下部Zn2＋含量的影响

由图1A看出，与对照相比，不同浓度锌浇灌处理后，东南景天地上部Zn2＋含量明显提高。处理浓度为0.2、0.4、0.6、0.8 mmol／L时，地上部Zn2＋含量依次为CK的1.53、1.33、1.83、1.95倍，其中0.8 mmol／L锌处理与对照差异显著，其它处理与对照差异不显著。表明随着Zn2＋浓度的增高，东南景天地上部Zn2＋含量总体呈增长趋势。

由图1B看出，不同处理东南景天地下部Zn2＋含量依次表现为：CK＜0.4 mmol／L＜0.2 mmol／L＜0.6 mmol／L＜0.8 mmol／L，随着Zn2＋浓度的增高，总体呈增长趋势。处理浓度为0.2、0.4、0.6、0.8 mmol／L时，东南景天地下部Zn2＋含量依次为CK的1.53、1.22、1.58、1.81倍，除0.4 mmol／L处理外，其它处理均与对照差异显著（P＜0.05），0.8 mmol／L处理与对照差异达极显著水平（P＜0.01）。

图1 东南景天地上部、地下部Zn2＋含量

2.2 不同镉浓度处理对东南景天地上部和地下部Cd2＋含量的影响

由图2A看出，随着Cd2＋浓度的增高，东南景天地上部Cd2＋含量呈明显增长趋势。Cd浓度为0.2、0.4、0.6、0.8 mmol／L时，东南景天地上部Cd2＋含量分别为1.24、1.35、2.72、3.28 mg／kg，分别较CK高30.00、32.75、67.00、81.00倍，差异均达1%极显著水平；0.6、0.8 mmol／L处理间无显著差异，但均极显著高于其它处理。

由图2B看出，处理浓度为0.2、0.4、0.6、0.8 mmol／L时，地下部Cd2＋含量分别为0.75、1.09、1.53、2.02 mg／kg，分别较CK高出6.53、9.98、14.33、19.26倍，处理间差异达极显著水平（P＜0.01）。表明随着Cd2＋浓度的增高，东南景天地下部Cd2＋含量增长显著。

图2 东南景天地上部、地下部Cd2＋含量

以上结果显示，锌、镉胁迫条件下，东南景天地上部对Zn2＋和Cd2＋的吸收积累总体高于地下部，随着胁迫处理浓度的增加，积累量整体呈增加趋势。东南景天对Cd2＋的吸收积累能力显著强于对Zn2＋的。

3 讨论与结论

3.1 本试验结果表明，东南景天具有吸收累积土壤中Zn2＋和Cd2＋的能力，随着处理浓度的增加，其对Zn2＋和Cd2＋的积累量总体呈增加趋势。浓度为0.2、0.4、0.6、0.8 mmol／L处理时，东南景天地上部Zn2＋含量依次为CK的1.53、1.33、1.83、1.95倍，Cd2＋含量依次为CK的31.00、33.75、68.00、82.00倍；地下部Zn2＋含量依次为CK的1.53、1.22、1.58、1.80倍，Cd2＋含量依次为CK的7.53、10.98、15.33、20.26倍。表明东南景天地上部对Zn2＋和Cd2＋的吸收积累高于地下部，且对Cd2＋的吸收积累强于对Zn2＋的。

3.2 刘维明等［12］研究发现，东南景天对广西大环江流域重金属镉污染的去除效率能达12.23%。朱凰榕等［13］通过两年的盆栽试验表明，东南景天对土壤中Cd的修复效率为83.5%，Zn为30.3%，与本研究结论一致，均证明东南景天对Cd2＋的富集能力更强。这为东南景天的推广应用提供了参考。