铅锌尾矿区3种乡土豆科植物对铅锌的响应研究

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通过对云南会泽铅锌尾矿土壤及自然生长植物进行调查,并研究重金属的富集和重金属胁迫下种子的萌发情况,以期筛选到铅锌尾矿区适生植物,并采用不同方式对筛选到的植物进行盆栽试验,探索得到适生植物的种植方式,为铅锌尾矿区土壤修复和植被恢复提供科学依据。调查发现,会泽和兰坪铅锌尾矿区土壤重金属含量高,有机质和植物营养三要素(N、P、K)含量低,不利于植物生长。会泽尾矿区自然形成多种植物类群,绝大多数植物类群零星分布,有10种植物为优势类群。虽然供试植物均未达到超富集植物临界含量要求,但其部分体内已形成耐性,成为Pb和Zn耐性植物,可以作为潜在的Pb和Zn污染修复物种。在本实验所设的浓度范围内,Pb2+/Zn2+单独胁迫时,对供试植物种子及幼苗的生长主要表现为抑制作用,除苕子(Vicia Cracca L.)外,金属离子的质量浓度越大抑制作用越强;Pb2+/Zn2+共同胁迫时出现复杂的交互作用。对三叶草、苕子和紫花苜蓿种子,当Zn2+浓度在低浓度时,Pb2+似乎对Zn2+抑制有缓解作用,同样当Pb2+浓度在低质量浓度时,Zn2+似乎对Pb2+抑制有缓解作用,但是当Pb2+/Zn2+高浓度时,Pb2+/Zn2+呈现明显的相互加强抑制作用。不论是单盐还是双盐,苕子对Pb2+/Zn2+的耐性最强,其次为白三叶(Trifolium repens L.),紫花苜蓿(Medicago sativa L.)最弱。综合考虑3种乡土豆科植物在5种不同改良方式的基质上的出苗率、存活率、株高、生物量、叶绿素含量、SOD和CAT活力可知,三叶草和苕子均可以作为兰坪铅锌尾矿废弃地植被恢复的候选先锋植物。从植物生长指标、经济及可行性等因素来考虑,建议采用TF75(75%尾矿土壤+25%田园土)的方式对兰坪铅锌尾矿废弃地进行土壤改良。使用保水剂可以明显延长干旱胁迫下苗木的成活时间,保持叶片含水量和脯氨酸含量的稳定性。植株存活率和叶片含水率随胁迫时间的延长而降低,叶片中脯氨酸的含量随胁迫时间的延长而增加,但在保水剂的作用下这些指标的变化不大。0.3%和0.4%的保水剂对供试植物的影响效果相似,为节约成本,在铅锌尾矿区植被恢复时采用0.3%的保水剂。分离得到的49株根瘤菌在40%的相似水平上按氮含量不同及铅锌含量的采集地不同分别聚为OTU1、OTU2和OTU33个群,说明根瘤菌的遗传多样性及分布与土壤中的氮含量和铅锌含量有关。代表菌株的16S rDNA测序结果分析表明,它们在系统发育树上属于Rhizobium sp.、Sinorhizobium sp.和Bradyrhizobiumsp.3个系统发育分支,进一步说明兰坪铅锌尾矿区豆科植物根瘤菌多样性较丰富。铅锌双盐胁迫培养筛选得到菌株SWFU01、SWFU19、SWFU28、SWFU38、SWFU40、SWFU51、SWFU73对铅锌有抗性,混合培养后浇灌盆栽的三种乡土豆科植物,各生理指标显示接种根瘤菌显著有利于植物在铅锌尾矿区土壤上生长。
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