陳天 包寧穎 杜崇宣 王妍 劉云根

摘要：【目的】探究不同水平外源磷（P）輸入對挺水植物香蒲在不同梯度砷（As）污染底泥中的生長指標及其對砷累積與遷移的影響，為砷污染濕地生態(tài)恢復區(qū)的建設和日常管理提供科學參考。【方法】通過試驗模擬0 mg/L（PCK）、0.2 mg/L（P0.2）、2 mg/L（P2）和20 mg/L（P20）4種不同水平的外源磷輸入0 mg/kg（As0）、150 mg/kg（As150）和600 mg/kg（As600）3種不同程度砷脅迫生境，分析香蒲的生長指標和其對砷的積累特征?！窘Y果】底泥砷處理為As0時，P0.2處理下香蒲有最大生物量積累（95.57 g/株），根部耐性指數(shù)（TI）和香蒲單位面積砷遷移總量（W）最高，分別為110.18%和2.68 g/ha;P20處理下香蒲PSⅡ光合系統(tǒng)最大光合潛力（Fv/Fm）、PSⅡ光合系統(tǒng)電子轉運效率（ETo/RC）和植株間轉運系數(shù)（TF）最大，分別為0.81、1.16和0.50，此時香蒲對底泥中砷去除率（Rc）、固定率（Rs）及提取量（EX）最高，分別為32.96%、33.12%和717.06 μg。底泥砷處理為As150時，P0.2處理下生長于污染底泥中的香蒲生物量積累、TI和TF均最高，分別為100.20 g/株、120.16%和0.08，此時Rc、Rs和EX也最高，分別為32.45%、35.35%和1921.98 μg;P2處理下Fv/Fm、ETo/RC和W最大，分別為0.84、1.25和8.29 g/ha。底泥砷處理為As600時，P0.2處理下香蒲Fv/Fm、Rc和Rs最大，分別為0.80、56.99%和52.73%;P2處理下香蒲生物量積累、ETo/RC和W最高，分別為96.23 g/株、1.07和20.43 g/ha;P20處理下香蒲地上部對砷BCF和TF最大，分別為0.58和0.24?！窘Y論】當?shù)啄嗵幱谥兄囟壬槲廴荆?150 mg/kg）時，較高磷水平（0.2 mg/L）處理可獲得更好的香蒲生態(tài)修復砷污染效果;當?shù)啄嗵幱趪乐厣槲廴荆?50～600 mg/kg）時，高濃度磷水平（2 mg/L）處理使香蒲對砷生態(tài)修復效果最優(yōu)。實際應用中適當提高供磷水平可改善香蒲生態(tài)修復砷污染濕地的效果。

關鍵詞： 香蒲;砷;磷;積累;雙重脅迫;耐受性;遷移

中圖分類號： S181? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2020）09-2104-09

Effects of exogenous phosphorus input on growth and arsenic accumulation in Typha angustifolia L. contaminated by arsenic

CHEN Tian1， BAO Ning-ying1， DU Chong-xuan1， WANG Yan1，2， LIU Yun-gen1，3*

（1College of Ecology and Environment， Southwest Forestry University， Kunming? 650224， China; 2Institute of Rock Desertification， Southwest Forestry University， Kunming? 650224， China; 3Water Science and Engineering Center，Southwest Forestry University， Kunming? 650224， China）

Abstract：【Objective】To explore the effects of different levels of exogenous phosphorus（P） input on the growth indexes of the emergent plant Typha angustifolia L. in the sediment polluted by arsenic（As） in different gradients and on the accumulation and migration of As，and to provide suggestions for the construction and daily management of the wetland ecological restoration area polluted by arsenic. 【Method】The growth indexes and arsenic accumulation characteristics of T. angustifolia were analyzed by simulating four different levels of exogenous phosphorus 0 mg/L（PCK），0.2 mg/L（P0.2），2 mg/L（P2） and 20 mg/L（P20） under three different levels of arsenic stress 0? mg/kg（As0），150 mg/kg（As150） and 600 mg/kg（As600）. 【Result】When the sediment arsenic treatment is As0， the T. angustifolia has the largest biomass accumulation （95.57 g/plant） under the P0.2 treatment，and the root tolerance index（TI） and the total arsenic migration per unit area （W） of the T. angustifolia were the highest，respectively 110.18% and 2.68 g/ha. The maximum photosynthetic potential （Fv/Fm），electron transport efficiency（ETo/RC） and interplant transfer coefficient（TF） of the PSⅡ photosynthetic system of T. angustifolia under P20 treatment were the highest，which were 0.81，1.16 and 0.50 respectively. The medium arsenic removal rate（Rc），fixation rate（Rs） and extraction volume（EX） of T. angustifolia on arsenic in sediment were the highest，respectively 32.96%，33.12% and 717.06? μg. When the sediment arsenic treatment was As150，the biomass accumulation，TI and TF of the T. angustifolia growing in the polluted sediment under the P0.2 treatment were the highest，which were 100.20 g/plant，120.16% and 0.08，respectively，while the Rc，Rs and EX were also the highest，respectively 32.45%，35.35% and 1921.98 μg. Fv/Fm，ETo/RC and W were the largest under P2 treatment，respectively 0.84，1.25 and 8.29 g/ha. When the sedi-ment arsenic treatment was As600，the Fv/Fm，Rc and Rs of T. angustifolia under P0.2 treatment were the largest，which were 0.80，56.99% and 52.73% respectively. T. angustifolia biomass accumulation，ETo/RC and W were the highest under P2 treatment，which were 96.23 g/plant，1.07 and 20.43 g/ha，respectively. Under P20 treatment，the arsenic BCF and TF of T. angustifolia? were the highest，which were 0.58 and 0.24，respectively. 【Conclusion】When the bottom sediment is in mode-rate to severe arsenic pollution（<150 mg/kg），treatment with a higher phosphorus level（0.2 mg/L） can achieve a better effect of T. angustifolia ecological restoration of arsenic pollution. When the sediment is seriously polluted by arsenic （150-600 mg/kg），the treatment with high concentration of phosphorus（2 mg/L） makes T. angustifolia the best effect on arsenic ecological restoration. In practical applications，an appropriate increase in the level of phosphorus supply can improve the effect of T. angustifolia ecological restoration of arsenic-contaminated wetlands.

Key words： Typha angustifolia L.; arsenic; phosphorus; accumulation; dual stress; tolerance; migration

Foundation item： National Natural Science Foundation of China（21767027，40761098）

0 引言

【研究意義】砷是一種致癌的劇毒類重金屬元素，我國在2013年被世界衛(wèi)生組織（WHO）列為砷污染最嚴重的國家和地區(qū)之一，其中西南地區(qū)有色金屬資源豐富、大面積開采礦產(chǎn)，使得湖泊、水庫等地表水遭受砷污染的風險更高（Chen et al.，2015;Han et al.，2016）。湖濱濕地處于水陸交界處，在陸源污染攔截、湖泊水質凈化等方面有十分重要的地位（Liu et al.，2016）。滇中高原湖群區(qū)分布多條磷礦帶，流域內(nèi)生活、生產(chǎn)活動加劇了入湖的磷污染負荷，湖濱濕地是外源磷輸入湖泊的必經(jīng)區(qū)域（段昌群等，2010）。磷和砷均為第五主族元素，磷酸鹽與砷酸鹽有十分相似的化學性質，在晶體結構中可相互替代，關注面臨砷污染和富營養(yǎng)化雙重風險的高原湖濱濕地保護具有重要的現(xiàn)實意義和科學價值。植物是湖濱濕地的核心組成部分，在外源污染吸收、底泥環(huán)境優(yōu)化和微生物群落構建等方面的作用不可取代（戚志偉等，2016），因此，對于砷污染高原湖泊，研究外源磷輸入對湖濱濕地挺水植物吸收砷的影響十分有必要。【前人研究進展】香蒲（Typha angustifolia L.）是一種易于培養(yǎng)、抗逆性強的多年生大型挺水植物，能耐高濃度的鎘、鉛、鋅等重金屬污染，同時對生活及工業(yè)廢水中磷、氮、有機物等污染物質也有很強的吸附富集能力，被以美國為代表的北美國家廣泛引種用作濕地生態(tài)修復建群種（Wenzel et al.，2001;Duman et al.，2015）。自1975年美國在華盛頓湖濱濕地開展以挺水植物構建生態(tài)修復區(qū)的研究以來，以香蒲為建群種的人工濕地對區(qū)域水環(huán)境的治理取得了顯著成效（黃淑萍等，2016）。此外，昆明滇池流域人工濕地對湖水總氮和總磷削減量分別達60%和50%（翁白莎等，2010），上海大蓮湖人工濕地建設后水域總磷和總氮量均顯著下降的同時水域新增6種水禽類動物（吳迪等，2010），白銀黃河流域人工濕地建設后水體鉛和銅濃度下降80%以上（司萬童等，2012）。砷和磷在植物中的行為十分復雜，Pigna等（2009）研究發(fā)現(xiàn)外源磷輸入的增加可使植物吸收砷效率顯著降低，但部分學者在對砷超富集植物蜈蚣草的研究中發(fā)現(xiàn)外源磷可顯著促進蜈蚣草對砷的吸收和富集，表現(xiàn)出明顯的協(xié)同效應（陳同斌等，2002;Liu et al.，2018）。【本研究切入點】目前尚未有在人工模擬濕生狀態(tài)中研究磷水平改變對富砷生境下香蒲生理指標的影響，以評價香蒲對砷污染土壤耐受性及其對砷積累的文獻報道?！緮M解決的關鍵問題】探究香蒲對生境中砷、磷改變的生理生態(tài)響應，以期為砷污染濕地生態(tài)修復區(qū)的建設和日常管理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

供試植株為購自昆明市花卉市場的當年生香蒲萌發(fā)苗，選擇生物量和株高基本一致、生長狀態(tài)相近的幼苗。模擬濕地生境底泥的土壤在昆明市呼馬山（東經(jīng)102°49′53.27″，北緯24°52′59.33″，海拔1930.05 m）采集，將土壤采回自然陰干后磨細，過60目，其理化性質見表1。

1. 2 試驗方法

1. 2. 1 試驗設計 試驗在西南林業(yè)大學水科學與工程中心進行，采用室內(nèi)培養(yǎng)的方式。通過人工添加七水合砷酸氫二鈉（Na2HAsO4·7H2O）的方式模擬野外砷污染濕地環(huán)境，依據(jù)本課題組前期研究結果（任偉等，2019），試驗設置模擬0、150和600 mg/kg 3種底泥砷梯度（以As5+計），分別記為As0、As150和As600，在水中加入磷酸二氫鉀（KH2PO4）設0、0.2、2和20 mg/L 4個供磷水平（以P5+計）磷源，分別記為PCK、P0.2、P2和P20，模擬12種不同水平砷磷交互形成污染的濕地底泥。

使用黑色聚乙烯塑膠桶作濕地模擬裝置，每桶裝入15 kg干土和10 L添加有KH2PO4的外源水，稱取Na2HAsO4·7H2O按照試驗設計制成水溶液加入處理好的土壤，并充分攪拌后黑暗放置9個月進入老化階段，每個試驗梯度用濕地模擬裝置桶重復3次。表2為香蒲移栽前底泥各形態(tài)砷及總砷含量的測量結果。

2018年4月18日移栽香蒲，在每個濕地模擬裝置桶中等間距栽種6株香蒲幼苗，每個試驗梯度共種植18株香蒲。試驗區(qū)外設置遮雨大棚保證試驗不受天氣影響。培養(yǎng)60 d后，選取生長良好且均勻一致的植株用于各指標測定，期間土壤始終處于水位一致淹水狀態(tài)。

1. 2. 2 樣品采集與測定 植株采樣前3 d內(nèi)選取天氣溫度適宜、陽光晴好的一天，早晨10點測量香蒲葉片快速葉綠素熒光參數(shù)。每處理選取生長狀況一致的3株香蒲，用葉夾處理將香蒲內(nèi)生第3片葉片暗適應30 min后，使用OS5p+便攜式脈調制脈沖葉綠素熒光儀（美國Opti-Science公司）測定快速葉綠素熒光參數(shù)[PSⅡ光合系統(tǒng)最大光合潛力（Fv/Fm）、PSⅡ光合系統(tǒng)電子轉運效率（ETo/RC）]。

將土壤與香蒲小心分離，取出包括根在內(nèi)的1株完整株香蒲，用水仔細沖洗表面，再用去離子水將香蒲洗凈后濾紙擦干，測定香蒲株高、鮮生物量等指標。將香蒲地上部與地下部分離，在105 ℃下殺青30 min，70 ℃烘干至恒重后粉碎。植株部分總砷采用HNO3-HClO4混酸消解法測定，土壤總砷及各形態(tài)砷采用Wenzel等（2001）報道的連續(xù)提取方法，樣品處理后使用AFS-810雙道原子熒光光度計（北京吉天儀器有限公司）進行測定。

1. 3 相關指標計算方法

1. 3. 1 植物對重金屬的耐性指數(shù) 植物根部是最先接觸土壤重金屬的器官，可利用根長作為表征植物對重金屬耐性的指標，計算公式如下：

耐性指數(shù)（TI，%）=Li/Lc×100

式中，Li為各處理組根的平均長度（cm），Lc為對照組根系平均長度（cm）。

1. 3. 2 植物對重金屬的生物富集和轉運系數(shù) 植物對重金屬的富集系數(shù)（BCF）與轉運系數(shù)（TF）用以表征香蒲對砷的吸收特征，計算公式如下：

BCF=Co或Cr /Cs

TF=Co /Cr

式中，Co為香蒲地上部砷含量（mg/kg），Cr為香蒲地下部砷含量（mg/kg），Cs為試驗土壤樣品中總砷含量（mg/kg），Cr為香蒲根部砷含量（mg/kg）。

1. 3. 3 植物對土壤中砷的去除率和固定率 計算香蒲對砷的去除率（Rc）和固定率（Rs），用以表征香蒲對土壤中砷的去除與固定效果，計算公式如下：

Rc（%）=Tδ/Ts×100

Rs（%）=To/Ts×100

式中，Tδ為土壤樣本中總砷的減少量（mg），Ts為土壤樣本中總砷含量（mg），To為土壤樣本中增加的殘渣態(tài)砷含量（mg）。

1. 3. 4 香蒲對土壤砷提取量 以提取量（EX）表征植物對土壤重金屬的提取效果，計算公式如下：

EX=Ms×Cs

式中，Ms為香蒲地上部生物量總干重（g），Cs為香蒲地上部砷含量（mg/kg）。

1. 3. 5 香蒲單位種植面積內(nèi)砷的遷移量 計算單位面積香蒲遷移砷的總量以具體表征香蒲的吸收效能，計算公式如下：

W=MT×C/A

式中，W為單位面積砷遷移量（g/ha），MT為單位面積生態(tài)修復區(qū)內(nèi)收獲的植物總質量（kg），C為植物體內(nèi)砷含量（mg/kg），A為處理區(qū)面積（ha）。香蒲種植最佳行間距均為50 cm，計算得出香蒲最佳種植密度為40400株/ha（陳俊峰等，2015）。

1. 4 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2018和SPSS 19.0統(tǒng)計分析，Origin 2018制圖。

2 結果與分析

2. 1 外源磷作用下砷污染生境中香蒲生長的狀況

如表3所示，當?shù)啄嗌樘幚頌锳s0時，香蒲生物量隨輸入外源磷濃度的增加呈先增大后減小的變化趨勢，P0.2處理下香蒲生物量最大，較PCK處理顯著增加60.06%（P<0.05，下同）;P0.2～P20處理下ETo/RC較PCK處理顯著提高。當?shù)啄嗌樘幚頌锳s150時，PCK和P0.2處理下香蒲生物量積累較大;P2處理下香蒲葉片F(xiàn)v/Fm和ETo/RC最高。當?shù)啄嗌樘幚頌锳s600時，P2處理下香蒲生物量最大，較PCK處理顯著增加24.12%，此時ETo/RC最高;P0.2處理下Fv/Fm最高。

隨著土壤中砷含量增加，As150處理下香蒲整體根系TI最高，As600處理下香蒲TI明顯下降。在3種土壤砷濃度處理下，P0.2和P2 2種梯度外源磷的輸入均提高了香蒲TI：土壤中砷含量為150 mg/kg時，香蒲根系TI在P0.2和P2處理下分別較PCK處理提高6.22%和4.50%;土壤中砷含量為600 mg/kg時，P0.2和P2處理的TI分別較PCK處理提高6.82%和12.59%。

2. 2 香蒲在外源磷作用下對砷的積累特征

生長于砷污染底泥中，香蒲植株對砷的積累特征在不同供磷水平處理下有顯著差異，香蒲地上部砷含量均低于地下部（圖1）。總體來看，隨著土壤中砷含量的升高，香蒲地上部和地下部的砷含量均呈增加趨勢。As0處理下，隨供磷水平的提高，香蒲地下部砷含量逐漸下降，P2處理下砷含量比PCK處理顯著減少54.35%;提高供磷水平后，香蒲地上部砷含量先減少后增加，P0.2處理砷含量比PCK處理減少63.89%。As150處理下，隨供磷水平的提高，香蒲地下部砷含量逐漸增加，P20處理較PCK處理顯著增加29.34%;此時香蒲地上部砷含量隨供磷水平提高逐漸降低，P20處理的地上部砷含量較PCK處理顯著減少59.99%。底泥砷含量為600 mg/kg時，香蒲地下部和地上部砷含量均隨外源磷水平提高呈先減后增的變化趨勢，P0.2處理的香蒲地下部和地上部砷含量分別較PCK處理顯著下降38.57%和49.43%。

由表4結合植物生物量分析可知，不同供磷水平下香蒲地下部對砷的富集能力強于地上部。 當?shù)啄嗌楹繛? mg/kg時，P20處理的香蒲地上部BCF和植株間TF最高。當?shù)啄嗌楹繛?50 mg/kg時，P20處理的香蒲地下部BCF最高。當?shù)啄嗌楹繛?00 mg/kg時，PCK處理的香蒲地下部和地上部BCF最高，但P2和P20處理下植株間TF最大。不同供磷水平處理下香蒲對砷的TF均較小且遠低于1.00，說明香蒲根系積累的砷只有很少一部分會向上轉運到達香蒲地上部。

2. 3 香蒲在外源磷作用下對土壤中砷的提取遷移效果

植物應用于重金屬污染區(qū)生態(tài)修復一般依照2種原理：植物可通過自身組織積累將重金屬從土壤中提取移除，或通過根系活動及根系分泌物將重金屬鈍化為非生物有效態(tài)。由表5可知，不同外源磷處理下香蒲對砷的Rc隨土壤中砷含量的增加基本表現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢，當土壤中砷含量為0 mg/kg時，P20處理香蒲對砷的Rc和Rs均最高，分別為32.96%和33.12%，此時香蒲對土壤砷的EX也最高，為717.06 μg;當土壤中砷含量為150 mg/kg時，P0.2處理下香蒲對土壤中砷的Rc最高，P20處理下香蒲對土壤中砷的Rs最低，此時香蒲對土壤砷的EX也最低，為545.98 μg;當土壤中砷含量為600 mg/kg時，PCK處理下香蒲對土壤中砷的Rc最低，P2處理下香蒲對土壤中砷的Rs最低，P0.2處理下香蒲對土壤中砷的EX最低，為3743.06 μg。整體來看，外源磷處理下香蒲對土壤中砷的Rc高于Rs。

不同處理對香蒲生物量干重及砷富集量影響較大，故不同處理下香蒲W差異明顯。由表5可知，香蒲W總體呈現(xiàn)顯著的劑量依賴效應：As0處理下，P0.2和P2處理香蒲W相較于PCK處理分別增加94.20%和23.91%;As150處理下，3個梯度外源磷處理（P0.2～P20）香蒲W無顯著差異（P>0.05）;As600處理下，P0.2、P2和P20處理香蒲W相較于PCK處理分別增加24.87%、36.93%和17.63%。

3 討論

磷和砷在元素周期表中同屬于第五主族，2種元素化學性質十分相似，最外層核外電子數(shù)相同，晶體結構中砷可代替磷，但在植物體內(nèi)2種元素的生態(tài)意義完全相反。磷是一種植物生長代謝中不可缺少的大量元素，在植物體內(nèi)參與磷脂、核苷酸和三磷酸腺苷酶等多種重要化合物的合成，而砷是植物生長不需要的有毒痕量元素，影響正常生理代謝（陳國梁等，2017;陳文玲等，2018;王月玲等，2019）。非生物脅迫下會顯著降低植物生物量積累（朱泓等，2015），所以生物量可作為衡量植物在脅迫下適應能力強弱的指標。已有研究證明，低濃度砷作用下對植物的生物量積累會有一定程度的促進作用，但這種刺激存在閾值，超出后會抑制植物生長（陳天等，2019）。本研究對不同砷水平作用下香蒲的生物量進行分析，發(fā)現(xiàn)底泥砷毒害水平對香蒲生物量起到低促高抑的效果，與砷脅迫作用下黃芪（Cao et al.，2009）和日本小松菜（Shaibur and Kawai，2009）的生物量積累特征反應一致。本研究中，香蒲在3種底泥砷濃度處理下，適當?shù)奶岣吖┝姿娇奢^PCK處理顯著提高生物量。磷添加可緩解植物生長的營養(yǎng)限制，促進植物地上部分的生長，但植物利用磷的能力和效率與供磷水平并不呈線性關系（楊曉霞等，2014）。高供磷水平處理較中低磷水平處理降低香蒲生物量積累，有研究證明過量的磷供應會增加植物呼吸作用，消耗大量糖分和能量，用于植物積累的部分減少（柳美玉等，2017;佟靜等，2018）。無論是在As600或P20處理下，香蒲葉片F(xiàn)v/Fm數(shù)值較砷/磷的對照處理均有增大，這是植物在脅迫下提高了光能轉化能力，最大限度降低逆境傷害，以提高其適應性（安玉艷等，2016），符合生態(tài)因子補償性作用特征。在被重金屬污染的土壤中，根系是植物直接接觸重金屬的組織。非重金屬耐性植物在受到脅迫時會在根系有較顯著反應，出現(xiàn)根長減短等根系發(fā)育受限現(xiàn)象，進而導致植物生長不良，而重金屬對耐受性產(chǎn)生的影響相對較?。∕etwally et al.，2005）。試驗中砷的加入并未嚴重影響香蒲TI，說明香蒲具有選育為耐砷植物的潛力;同時P0.2和P2處理明顯減緩砷對香蒲根系產(chǎn)生的脅迫。

香蒲地下部砷富集顯示出強烈的劑量依賴特性，即隨生境砷含量的上升，香蒲地下部富集砷含量也顯著上升。而香蒲在底泥砷處理由As0過渡到As150時香蒲地上部砷富集量并沒有很明顯的劑量依賴效應，說明香蒲地上部對重金屬的富集受到生境中重金屬濃度和植物轉運能力等因素的影響（董萌等，2012）。同一底泥砷處理下，不同供磷水平對香蒲地下部和地上部砷富集濃度影響很大。不同底泥砷處理下適量提高香蒲的供磷水平后，香蒲地下部和地上部砷富集量較未加磷處理有一定程度降低，隨磷水平的增加砷富集量會再次增加。底泥中砷與磷同時存在時，提高供磷水平可能會抑制植物對砷酸鹽的吸收，植物可通過體內(nèi)積累過量的磷在生理上對其進行解毒，緩解自身的砷中毒（陳靜和方萍，2012）。目前已有多種植物用于砷污染土壤的生態(tài)修復，一般選育砷超富集植物可依據(jù)3種標準：（1）根據(jù)植物砷富集能力計算，且植物地下部或地上部砷富集濃度≥1000 mg/kg;（2）根據(jù)BCF標準判斷，即BCF大于1.00，某些超富集植物對特種重金屬元素的BCF可達50～100;（3）依據(jù)植株間TF劃分，TF用來反映植物體內(nèi)重金屬的運輸和分配情況，TF>1即植物地上部重金屬積累量大于地下部，植物將富集更多的重金屬儲存于地上部（Baker and Brooks，1989;Angle，1999）。本研究結果顯示，香蒲地下部砷富集濃度顯著大于地上部，TF遠小于1.00;在不同底泥砷處理下，香蒲地下部對砷的BCF均顯示出一定程度上對砷的生物超富集特性，但從富集濃度判斷，香蒲地下部還達不到砷富集植物的標準，可被選育作為耐砷植物。在同一底泥砷處理下增加供磷水平可提高香蒲植株間TF，使香蒲富集的砷更多地由地下部組織向上運輸并集中儲存于香蒲地上部。植物地上部對重金屬的吸收會受到很多因素影響，例如生境中重金屬存在量等物理因素，以及植物根系活力和植物新陳代謝之類的植物生理狀態(tài)。在砷污染土壤中生長的植物，在低濃度的磷、砷處理下兩者的吸收富集具有協(xié)同作用，而高濃度的磷、砷處理下植物對2種元素的吸收富集多表現(xiàn)出拮抗效應（郭再華等，2009）。植物在砷脅迫下低磷水平處理中生長不良，且伴隨皮層組織老化，會降低對砷的富集能力（Strock et al.，2018）;提高外源磷水平后，植物生境的營養(yǎng)狀況得到改善，植物根系活力增強，從而增強對底泥礦質元素的吸收能力（劉敏國等，2018），因此，本研究中在外源磷輸入后香蒲開始將地下部富集的大部分砷轉運至地上部。

香蒲對底泥中砷的遷移量有顯著的劑量效應，而對比不同外源磷水平處理下香蒲對底泥中砷Rc和Rs分析可知，Rc整體大于Rs。在砷污染水平較低時，提高供磷水平可顯著提高香蒲對砷的Rc和Rs，而砷污染水平為600 mg/kg時，中低水平外源磷處理降低了植物對底泥中砷的提取，此時高濃度外源磷提高了植物對底泥中砷的去除和固定。在砷污染水平較低時，植物生長狀態(tài)良好，此時提高外源磷濃度，香蒲根系表面積擴大加強土壤礦質元素的根際效應（Chen et al.，2014），促進香蒲對底泥中砷的吸收。在磷濃度較低的情況下，磷和砷在土壤吸附中的競爭吸附尤其顯著，砷的釋放量與磷濃度有極顯著的正向相關性，持續(xù)增加土壤磷濃度會減弱磷對土壤吸附砷能力的影響（周娟娟等，2005），所以在高供磷水平下香蒲對底泥砷的修復效果得到改善。本研究中，同一砷濃度處理下，P0.2和P2處理可促進香蒲生物量累積，提高香蒲對砷的W;高濃度砷脅迫下P20處理中香蒲對底泥中砷W較高是因為該處理下香蒲體內(nèi)富集砷濃度較高所致。

在實際生態(tài)修復建設中，增加植物的采集頻率是提高植物生態(tài)修復效果的有效手段之一（Chen et al.，2015），而香蒲是一種多年生大型挺水植物，抗逆分生能力很強。所以在實際修復工程的應用中，應適當對生態(tài)修復區(qū)的香蒲進行收獲和更換以提高香蒲修復底泥砷效果，同時從香蒲在高水平外源磷處理下對土壤中砷的提取遷移效果來看，香蒲十分適宜用于面臨嚴重砷、磷雙風險的湖濱濕地種植，作為生態(tài)修復區(qū)的建群種。

4 結論

當?shù)啄嗵幱谥兄囟壬槊{迫（<150 mg/kg）時，香蒲在0.2 mg/L的外源磷處理下生長良好，對砷的各項修復指標較高;當?shù)啄嗵幱趪乐囟壬槊{迫（150～600 mg/kg）時，香蒲在2 mg/L的外源磷處理下各項指標反應較好，生物量較磷對照處理高24.0%左右，對砷的修復效果最佳。適當提高供磷水平可改善香蒲生態(tài)修復砷污染濕地的效果，且在實際應用中可適時增加對香蒲收獲次數(shù)，以獲得更高的生態(tài)修復效率。

參考文獻：

安玉艷，張麗穎，馮新新，田凡，李潔，汪良駒. 2016. 5-氨基乙酰丙酸對蘋果葉片耐弱光能力的影響[J]. 西北植物學報，36（5）：987-995. [An Y Y，Zhang L Y，F(xiàn)eng X X，Tian F，Li J，Wang L J. 2016. Effect of 5-aminolevulinic acid on low light tolerance of apple leaves[J]. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica，36（5）：987-995.]

陳國梁，馮濤，陳章，李志賢，陳遠其. 2017. 砷在農(nóng)作物中的累積及其耐受機制研究綜述[J]. 生態(tài)環(huán)境學報，26（11）：1997-2002. [Chen G L，F(xiàn)eng T，Chen Z，Li Z X，Chen Y Q. 2017. Research review on the mechanisms of arsenic uptake and its resistance in crops[J]. Ecology and Environment Sciences，26（11）：1997-2002.]

陳靜，方萍. 2010. 土壤—植物系統(tǒng)中磷和砷相互作用關系的研究進展[J]. 四川環(huán)境，29（6）：118-121. [Chen J，F(xiàn)ang P. 2010. Research progress of interaction of phosphorus and arsenic in soil-plant system[J]. Sichuan Environment，29（6）：118-121.]

陳俊峰，吳攀，張萌，張翅鵬，韓志偉. 2015. 香蒲對銻礦渣中Sb和As的富集特征[J]. 生態(tài)學雜志，34（9）：2645-2649. [Chen J F，Wu P，Zhang M，Zhang C P，Han Z W. 2015. Accumulation characteristics of Sb and As in cattail growing in antimony mine tailings[J]. Chinese Journal of Ecology，34（9）：2645-2649.]

陳天，劉云根，王妍，楊桂英，任偉，包寧穎，杜崇宣. 2019. 外源磷對砷脅迫下挺水植物抗氧化酶系統(tǒng)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學報，35（5）：1040-1046. [Chen T，Liu Y G，Wang Y，Yang G Y，Ren W，Bao N Y，Du C X. 2019. Effects of exogenous phosphorus on antioxidant enzyme system of emergent plants under arsenic stress[J]. Jiangsu Journal of Agricultural Sciences，35（5）：1040-1046.]

陳同斌，范稚蓮，雷梅，黃澤春，韋朝陽. 2002. 磷對超富集植物蜈蚣草吸收砷的影響及其科學意義[J]. 科學通報，47（15）：1156-1159. [Chen T B，F(xiàn)an Z L，Lei M，Huang Z C，Wei C Y. 2002. Effects of phosphorus on absorption of arsenic by centipede grass and its scientific significance[J]. Chinese Science Bulletin，47（15）：1156-1159.]

陳文玲，張晴晴，唐韶華，龔偉，洪月云. 2018. 甘油-3-磷酸?；D移酶在植物脂質代謝、生長及逆境反應中的作用[J]. 植物生理學報，54（5）：38-48. [Chen W L，Zhang Q Q，Tang S H，Gong W，Hong Y Y. 2018. Glycerol-3-phosphate acyltransferase in lipid metabolism，growth and response to stresses in plants[J]. Plant Physiology Journal，54（5）：38-48.]

董萌，趙運林，雷存喜，戴枚斌，易合成，庫文珍. 2012. 蔞蒿（Artemisia selengensis）對土壤中鎘的脅迫反應及修復潛力研究[J]. 環(huán)境科學學報，32（6）：1473-1480. [Dong M，Zhao Y L，Lei C X，Dai M B，Yi H C，Ku W Z. 2012. Growth responses and phytoremediation potential of Artemisia selengensis to Cd stress[J]. Acta Scientiae Circumstantiae，32（6）：1473-1480.]

段昌群，何峰，劉嫦娥，和樹莊，張國盛. 2010. 基于生態(tài)系統(tǒng)健康視角下的云南高原湖泊水環(huán)境問題的診斷與解決理念[J]. 中國工程科學，12（6）：60-64. [Duan C Q，He F，Liu C E，He S Z，Zhang G S. 2010. Challenges and solutions of the water environmental issues of plateau lakes in Yunnan of China-from the perspective of ecosystem health[J]. Engineering Sciences，12（6）：60-64.]

郭再華，孟萌，侯彥琳. 2009. 磷、砷雙重脅迫對不同耐低磷水稻苗期生長及磷、砷吸收的影響[J]. 應用與環(huán)境生物學報，15（5）：596-601. [Guo Z H，Meng M，Hou Y L. 2009. Effect of P and As couple stress on growth，and P and As absorption of different P-tolerant rice seedlings[J]. Chinese Journal of Applied and Environmental Bio-logy，15（5）：596-601.]

黃淑萍，陳愛俠，常亞飛，尹靜，陳貝. 2016. 西安皂河蘆葦與香蒲人工濕地單元對皂河污水重金屬的截留效率[J]. 環(huán)境工程學報，10（6）：2826-2832. [Huang S P，Chen A X，Chang Y F，Yin J，Chen B. 2016. Rejection rate of heavy metals by Xian Zaohe reed wetland and cattail wetland on treatment of Zaohe sewage[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering，10（6）：2826-2832.]

劉敏國，王士嘉，陸姣云，楊梅，楊惠敏. 2018. 河西走廊藜麥C、N、P生態(tài)化學計量學特征對物候期的響應[J]. 干旱區(qū)研究，35（1）：192-198. [Liu M G，Wang S J，Lu J Y，Yang M，Yang H M. 2018. Response of C，N and P stoichiometry of chenopodium quinoa to phenological phase in the Hexi Corridor[J]. Arid Zone Research，35（1）：192-198.]

柳美玉，曹紅霞，杜貞其，杜婭丹，王萍. 2017. 營養(yǎng)液濃度對番茄營養(yǎng)生長期干物質累積及養(yǎng)分吸收的影響[J]. 西北農(nóng)林科技大學學報（自然科學版），45（4）：119-126. [Liu M Y，Cao H X，Du Z Q， Du Y D，Wang P. 2017. Effects of nutrient concentration on dry matter accumulation and nutrients absorption of tomato[J]. Journal of Northwest A & F University（Natural Science Edition），45（4）：119-126.]

戚志偉，高艷娜，李沙沙，樊同，管桐，王開運，張超. 2016. 長江口濱海濕地蘆葦和白茅形態(tài)和生長特征對地下水位的響應[J]. 應用與環(huán)境生物學報，22（6）：986-992. [Qi Z W，Gao Y N，Li S S，F(xiàn)an T，Guan T，Wang K Y，Zhang C. 2016. A comparative study of morphology and growth traits between Phragmites australis and Imperata cylindrica under varying ground water table in the coastal wetland of Yangtze River Estuary[J]. Chinese Journal of Applied and Environmental Biology，22（6）：986-992.]

任偉，倪大偉，劉云根，楊桂英，張慧娟，趙立君，王妍. 2019. 砷污染生境下挺水植物香蒲對砷的積累與遷移特性[J]. 環(huán)境科學研究，32（5）：848-856. [Ren W，Ni D W，Liu Y G，Yang G Y，Zhang H J，Zhao L J，Wang Y. 2019. Accumulation and transportation of arsenic to wetland plant Typha angustifolia L. in the herbaceous plants grown in arsenic-contaminated habitat[J]. Research of Environmental Sciences，32（5）：848-856.]

司萬童，馮磊，楊峰，張迎梅. 2012. 人工濕地去污對灌溉農(nóng)田土壤重金屬污染的修復[J]. 蘭州大學學報（自然科學版），48（5）：85-88. [Si W T，F(xiàn)eng L，Yang F，Zhang Y M. 2012. Remedial effect of constructed wetland on heavy metals polluted farmland soil[J]. Journal of Lanzhou University（Natural Sciences），48（5）：85-88.]

佟靜，李素艷，孫向陽，劉克鋒，王宏偉，楊美燕. 2018. 供磷水平對一串紅橙香公主生長及根系發(fā)育的影響[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學報，30（3）：386-392. [Tong J，Li S Y，Sun X Y，Liu K F，Wang H W，Yang M Y. 2018. Effects of phosphorus fertilizing on growth and root morphology of Salvia splendens var. Chengxiang Gongzhu[J]. Acta Agriculturae Zhejiangensis，30（3）：386-392.]

王月玲，張靜靜，林曉燕，黃雷，彭若寒，梁鵬，吳勝春，李詩剛. 2019. 組配藥劑對鎘砷復合污染土壤的修復效果[J]. 江西農(nóng)業(yè)學報，31（5）：59-64. [Wang Y L，Zhang J J，Lin X Y，Huang L，Peng R H，Liang P，Wu S C，Li S G. 2019. Remediation effects of combined amendments on cadmium and arsenic contaminated soil[J]. Acta Agriculturae Jiangxi，31（5）：59-64.]

翁白莎，嚴登華，趙志軒，張誠，王剛. 2010. 人工濕地系統(tǒng)在湖泊生態(tài)修復中的作用[J]. 生態(tài)學雜志，29（12）：2514-2520. [Weng B S，Yan D H，Zhao Z X，Zhang C，Wang G. 2010. Roles of constructed wetland system in lake ecological restoration[J]. Chinese Journal of Ecology，29（12）：2514-2520.]

吳迪，岳峰，羅祖奎，王天厚. 2010. 上海大蓮湖湖濱帶濕地的生態(tài)修復[J]. 生態(tài)學報，31（11）：2999-3008. [Wu D，Yue F，Luo Z K，Wang T H. 2010. Ecological effects of lakeside wetlands restoration in Dalian Lake，Shanghai[J]. Acta Ecologica Sinica，31（11）：2999-3008.]

楊曉霞，任飛，周華坤，賀金生. 2014. 青藏高原高寒草甸植物群落生物量對氮、磷添加的響應[J]. 植物生態(tài)學報，38（2）：159-166. [Yang X X，Ren F，Zhou H K，He J S. 2014. Responses of plant community biomass to nitrogen and phosphorus additions in an alpine meadow on the Qinghai-Xizang Plateau[J]. Chinese Journal of Plant Eco-logy，38（2）：159-166.]

周娟娟，高超，李忠佩，王登峰. 2005. 磷對土壤As（V）固定與活化的影響[J]. 土壤，37（6）：645-648. [Zhou J J，Gao C，Li Z P，Wang D F. 2005. Effect of phosphorus addition on soil arsenic adsorption and mobilization[J]. Soils，37（6）：645-648.]

朱泓，黃濤，劉勇軍，王小敏，吳文龍，李維林. 2015. NaCl脅迫對濱梅扦插苗生物量和水分積累的影響[J]. 西北植物學報，35（2）：356-363. [Zhu H，Huang T，Liu Y J，Wang X M，Wu W L，Li W L. 2015. Growth and water content of beach plum cutting seedlings under salt stress[J]. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica，35（2）：356-363.]

Angle J S. 1999. Plants that hyperaccumulate heavy metals：Their role in phytoremediation，microbiology，archaeology，mineral exploration and phytomining[J]. Journal of Environmental Quality，28（3）：1045.

Baker A M J，Brooks R R. 1989. Terrestrial higher plants which hyperaccumulate metallic elements. A review of their distribution，ecology and phytochemistry[J]. Biorecovery，1（4）：811-826.

Cao H B，Jiang Y，Chen J J，Zhang H，Huang W，Li L，Zhang W S. 2009. Arsenic accumulation in Scutellaria baicalensis Georgi and its effects on plant growth and pharmaceutical components[J]. Journal of Hazardous Materials，171（1-3）：508-513.

Chen Y L，Hong X Q，He H，Luo H W，Qian T T，Li R Z，Jiang H，Yu H Q. 2014. Biosorption of Cr（VI） by Typha angustifolia：Mechanism and responses to heavy metal stress[J]. Bioresource Technology，160（5）：89-92.

Chen Y Z，F(xiàn)u S M，Wang J H，Pei J，Li W H，He C Z. 2015. Stress effect of cadmium absorption between aloe and Solanum nigrum L.[J]. Meteorological and Environmental Research，6（3）：30-33.

Duman F，Urey E，Koca F D. 2015. Temporal variation of heavy metal accumulation and translocation characteristics of narrow-leaved cattail（Typha angustifolia L.）[J]. Environmental Science & Pollution Research，22（22）：17886-17896.

Han D M，Currell M J，Cao G L. 2016. Deep challenges for Chinas war on water pollution[J]. Environmental Pollution，218：1222-1233.

Liu G D，Tian K，Sun J F，Xiao D R，Yuan X Z. 2016. Evalua-ting the effects of wetland restoration at the watershed scale in northwest Yunnan Plateau，China[J]. Wetlands，36（1）：169-183.

Liu X，F(xiàn)eng H Y，F(xiàn)u J W，Chen Y S，Liu Y G，Ma L Q. 2018. Arsenic-induced nutrient uptake in As-hyperaccumulator Pteris vittata and their potential role to enhance plant growth[J]. Chemosphere，198：425-431.

Metwally A，Safronova V I，Belimov A A，Dietz K J. 2005. Genotypic variation of the response to cadmium toxicity in Pisum sativum L.[J]. Journal of Experimental Botany，56（409）：167-178.

Pigna M，Cozzolino V，Violante A，Meharg A A. 2009. Influence of phosphate on the arsenic uptake by wheat（Triticum durum L.） irrigated with arsenic solutions at three different concentrations[J]. Water，Air，and Soil Pollution，197：371-380.

Shaibur M R，Kawai S. 2009. Effect of arsenic on visible symptom and arsenic concentration in hydroponic Japanese mustard spinach[J]. Environmental and Experimental Botany，67（1）：65-70.

Strock C F，de la Riva L M，Lynch J P. 2018. Reduction in root secondary growth as a strategy for phosphorus acquisition[J]. Plant Physiology，176（1）：691.

Wenzel W W，Kirchbaumer N，Prohaska T，Stingeder G，Lombi E，Adriano D C. 2001. Arsenic fractionation in soils using an improved sequential extraction procedure[J]. Analytica Chimica Acta，436（2）：309-323.

（責任編輯 羅 麗）