張 燁 劉海龍 韋鑠星 覃子海 陳博雯 肖玉菲 馬錦林

(廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院/國家林業(yè)局中南速生材繁育實驗室/廣西特色經(jīng)濟林培育與利用重點實驗室 廣西南寧 530002)

近年來，隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，環(huán)境污染越來越嚴重[1-4]，其中重金屬是重要的環(huán)境污染物。土壤中重金屬污染問題作為影響我國農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要因素已引起了人們廣泛關(guān)注[5]。土壤重金屬積累破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)的同時，也導(dǎo)致重金屬在植物中大量積累，不僅嚴重影響植物的生長發(fā)育，而且還可經(jīng)食物鏈危及動物和人類健康[6]。鉛是造成土壤污染的重要重金屬污染物之一，過量的鉛一旦進入環(huán)境，特別是進入土壤后難以排除，而且，當(dāng)土壤中鉛濃度超過一定濃度時，會對植物生長發(fā)育產(chǎn)生一定影響，濃度過高甚至導(dǎo)致植物死亡，最終會引起生態(tài)環(huán)境惡化和生態(tài)平衡失調(diào)[7]。植物具有吸收、根慮、降解、穩(wěn)定等功能，對土壤中的污染物有強大的凈化作用，植物修復(fù)因具有綠色環(huán)保的特點而受到越來越多的關(guān)注[8-9]，但是草本植物在用于土壤重金屬污染修復(fù)時存在生物量小、修復(fù)周期長、需反復(fù)收割等局限，因此，研究生物量較大的木本植物對重金屬的耐性及富集效應(yīng)具有重要意義[10]。研究鉛脅迫對植物幼苗生長的影響對土壤重金屬鉛污染修復(fù)具有重要的理論和應(yīng)用價值。

油茶(Camellia spp.)原產(chǎn)和主栽于中國，是山茶屬植物中種子含油率較高，且有一定栽培經(jīng)營面積的樹種的統(tǒng)稱，為世界四大木本油料植物之一[11-12]。其主要產(chǎn)品茶油，不飽和脂肪酸含量超過80%，有 “東方橄欖油” 的美譽[13-14]。香花油茶(C.osmantha Ye CX，Ma JL et Ye H)為2012年在南寧發(fā)現(xiàn)的油茶新物種，不僅果量多、出籽率高、早熟，且樹型美觀、花帶香氣，可同時作為油料作物樹種和觀賞樹種[15]。由于油茶的種植面積廣闊，而很多地方的土壤都受到重金屬鉛的污染，在受重金屬鉛污染的土壤中香花油茶幼苗是否可以生存？香花油茶幼苗在受重金屬鉛污染的土壤中生長狀況如何？香花油茶幼苗對重金屬鉛的耐受限度是多少？值得深入研究?？蔀槭苤亟饘巽U污染地區(qū)香花油茶的種植提供參考，為受重金屬鉛污染地區(qū)土壤修復(fù)木本植物的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗地概況

試驗地位于廣西南寧市廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院生物技術(shù)研究所苗圃，東經(jīng)108o21'2"，北緯22o55'16"。境域?qū)贊駶櫟膩啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，陽光充足，雨量充沛，霜少無雪，氣候溫和，夏長冬短，年平均氣溫在21.6℃左右，極端最高氣溫40.4℃，極端最低氣溫-2.4℃。冬季最冷的1月平均12.8℃，夏季最熱的7、8月平均28.2℃。年均降雨量達1 304.2 mm，平均相對濕度為79%，氣候特點是炎熱潮濕。土壤為第四紀紅壤，立地條件中等，質(zhì)地為輕粘土，土壤有機質(zhì)含量11.3 g/kg、含水率3.41%、pH5.2，土壤中Pb含量為0。

1.1.2 試驗材料

供試植物香花油茶選用廣西林科院油茶苗圃1年生實生苗，選擇長勢一致(苗高、地徑無顯著差異)的實生苗進行盆栽實驗。

1.2 方法

1.2.1 試驗方法

采用硝酸鉛配成1 000 mg/L的Pb標準溶液，取適量Pb標準溶液噴灑于7組供試土壤，反復(fù)攪拌、混勻，使土壤Pb含量分別達到： 200、400、600、 800、 1 000、 1 200、 2 000 mg/kg， 另外設(shè)置一組空白對照，置于通風(fēng)處自然風(fēng)干、熟化15 d，期間定時攪拌。待熟化完成后，將事先準備好的香花油茶實生苗進行盆栽，每盆栽植1株，試驗期間保持土壤濕潤，并在盆下放置塑料托盤，澆水后若有水滲出，將盤內(nèi)滲出的水分倒回至盆中，以免Pb流失。每個處理設(shè)置20個重復(fù)。

1.2.2 分析方法

幼苗存活率：培養(yǎng)180 d后，統(tǒng)計幼苗存活數(shù)，幼苗存活率＝(處理后幼苗存活數(shù)/處理前幼苗數(shù))×100%。

生長指標與生物量測定：培養(yǎng)180 d后，對采集的香花油茶植株先用自來水將根系洗凈，再用20 mmol/L的Na2-EDTA交換15 min，用以吸附根系表面吸附的Pb離子，然后用超純水仔細沖洗，用濾紙吸干表面水分，用卷尺測定株高、用游標卡尺測定根長，稱量植株總重，然后將根、莖、葉剪開，分別稱其鮮重。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)用Excel 2016和SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 Pb脅迫對香花油茶幼苗株高的影響

香花油茶幼苗的株高隨著Pb濃度的增加呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，不同土壤Pb濃度下香花油茶幼苗間株高呈現(xiàn)不同程度的差異(圖1)。

圖1 不同濃度Pb對香花油茶幼苗株高的影響

由圖1可知，土壤Pb濃度在400、600和800 mg/kg時，香花油茶幼苗間的生長高度不存在顯著差異，濃度為800 mg/kg時，株高達到最高的62.3 cm，但當(dāng)濃度達到1 000 mg/kg時，株高顯著變矮，當(dāng)Pb濃度為1 200 mg/kg的時候香花油茶幼苗株高最矮，為27.8 cm。這說明低濃度的Pb對香花油茶幼苗的株高有一定的促進作用，高濃度的Pb對香花油茶幼苗的株高又起到了抑制作用。

2.2 Pb脅迫對香花油茶幼苗地徑的影響

香花油茶幼苗的地徑隨著Pb濃度的增加呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，不同土壤Pb濃度下香花油茶幼苗間地徑呈現(xiàn)不同程度的差異(圖2)。

圖2 不同濃度Pb影響下香花油茶幼苗的地徑變化

由圖2可以看出，當(dāng)土壤中Pb濃度小于200 mg/kg時，香花油茶幼苗地徑受影響不大；當(dāng)濃度增加到400 mg/kg時，幼苗的地徑顯著減小，但土壤Pb濃度在400、600和 800 mg/kg時，香花油茶幼苗間的地徑差異不顯著；當(dāng)濃度增加到1 000 mg/kg時，香花油茶幼苗的地徑生長受到嚴重的抑制作用。

2.3 Pb脅迫對香花油茶幼苗根長的影響

香花油茶幼苗的根長隨著Pb濃度的增加呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，不同土壤Pb濃度下香花油茶幼苗的根長存在不同程度的差異性(圖3)。

圖3 不同濃度Pb影響下香花油茶幼苗的根長變化

由圖3可知，當(dāng)土壤中Pb濃度小于600 mg/kg時，Pb含量對香花油茶幼苗根長的影響差別不大；當(dāng)土壤中Pb濃度達到800 mg/kg時，香花油茶幼苗根長顯著變短，說明此時土壤中重金屬Pb對香花油茶幼苗根長的伸長起到了明顯的抑制作用。

2.4 Pb脅迫對香花油茶幼苗生物量的影響

隨著土壤中Pb含量的不斷升高，香花油茶幼苗的總生物量、莖生物量、葉生物量均呈現(xiàn)先增加后又減少的趨勢(表1)。

由表1可知，當(dāng)土壤Pb含量處于較低水平(≤600 mg/kg)時，香花油茶幼苗的生物量達到最大，說明中低濃度的Pb不僅沒有對香花油茶幼苗產(chǎn)生毒害作用，反而促進了香花油茶幼苗的生長。當(dāng)土壤Pb的含量達到800 mg/kg水平時，香花油茶幼苗的生長受到了明顯的限制，生物量明顯下降，當(dāng)Pb的含量達到1 200 mg/kg時，香花油茶幼苗的總生物量僅為95.36g，此時香花油茶幼苗受到明顯的毒害作用，植株矮化，根系變短，根毛變少，生物量嚴重下降。當(dāng)Pb含量達到2 000 mg/kg時，植株全部死亡。根生物量隨著土壤中Pb含量的增加呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢，當(dāng)土壤Pb的含量達到800 mg/kg水平時，香花油茶根系生物量顯著減少。

表1 不同濃度Pb對香花油茶幼苗生物量的影響

3 討論與結(jié)論

(1)苗期生長是植物經(jīng)受重金屬脅迫的關(guān)鍵時期。重金屬元素進入土壤以后，與植物發(fā)生吸附作用并在植物體內(nèi)運輸，影響植物個體的形態(tài)發(fā)育，抑制植物的正常生長。通過對香花油茶幼苗進行不同濃度Pb脅迫處理，結(jié)果表明：香花油茶幼苗對重金屬Pb具有較高的耐性，當(dāng)土壤中Pb濃度低于800 mg/kg時，香花油茶幼苗的株高、莖生物量、葉生物量和總生物量顯著提高；當(dāng)土壤中Pb含量在1 200 mg/kg時，香花油茶幼苗才出現(xiàn)植株矮化明顯、葉子蜷曲變黃的現(xiàn)象；當(dāng)土壤中Pb含量達到2 000 mg/kg時，香花油茶幼苗全部死亡。

(2)通過試驗發(fā)現(xiàn)，土壤中重金屬Pb對香花油茶幼苗生長的影響主要是抑制根的生長，對根的影響明顯大于對地上部分的影響，根是植物體在土壤中與重金屬結(jié)合的最重要的部位，也是最容易受重金屬毒性影響的部位。至于地上部分的變化，可能是香花油茶幼苗受重金屬Pb脅迫后，抑制了根的伸長，進而影響了其地上部分的生長。土壤中重金屬Pb濃度越高，這種抑制越明顯。當(dāng)土壤中Pb含量超過香花油茶幼苗的耐受限度時，香花油茶幼苗死亡。香花油茶對重金屬Pb的富集過程是怎樣的？耐性指數(shù)是多少？影響香花油茶耐重金屬Pb的因素又有哪些？香花油茶根部在吸收重金屬Pb后的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了什么變化？值得進一步研究。

(3)通過試驗研究發(fā)現(xiàn)，高濃度的Pb對香花油茶幼苗的生長具有明顯的抑制作用，中低濃度的Pb對香花油茶幼苗生長的抑制作用不太明顯，有的反而促進了香花油茶幼苗的生長，促進香花油茶幼苗生長的原因可能是進入香花油茶幼苗體內(nèi)的Pb能夠促進香花油茶對部分微量元素的吸收和誘導(dǎo)部分碳水化合物的表達(如多糖、功能蛋白)，從而促進了香花油茶幼苗的生長。因此，在受重金屬Pb污染不是很嚴重的地區(qū)可以種植香花油茶，但香花油茶作為木本油料植物，主要取用部位是果實，重金屬Pb進入香花油茶植株的遷移轉(zhuǎn)化過程如何？后期植物開花結(jié)果是否會遷移轉(zhuǎn)化到果實中？需要后期進一步的研究。