摘要
土壤的重金属污染已经成为严重的环境和健康问题。目前普遍推崇的治理土壤重金属污染的植物修复技术同理化方法相比具有廉价、二次污染小、操作简单等特点，因此发展前景良好。超富集植物是植物修复的前提和基础。对于植物修复而言，超富集植物的本身的的富集能力非常重要，但有研究报道Zn的超富集植物Thlaspicaerulescens和Ni的超富集植物Alyssummurale根际微生物可以显著促进其地上部对重金属的富集。表明植物修复不仅依赖于超富集植物本身的富集能力，而且其根际的某些微生物在植物修复过程中也扮演着一个重要角色。但是目前关于超富集植物根际微生物的研究并不多。蜈蚣草(PterisvittataL.)是我国科学家发现的第一种超富集植物，它的发现为砷污染土壤的植物修复提供了可行性，目前关于其根际微生物特征的研究罕有报道。钾、钙都是植物必需的重要元素，对植物的生长和发育发挥着重要作用。在分布特征上，砷主要存在蜈蚣草羽叶表皮细胞和液泡中，钾与砷在羽叶中的分布特征类似，具有显著相关性；钙与砷在羽叶中分布则不同。在含量变化上，是否钾、钙和砷之间存在一定的相关性还不清楚。 本文以中科院地理所环境修复中心在我国建立的第一个砷污染土壤植物修复示范基地为研究地点，进行了相关的研究，同时对基地土壤的钾、钙平衡进行了分析，为合理施肥，提高植物效率提供科学依据。 1根际微生物数量的分析分别采集修复基地不同砷污染程度(重度污染区：90～300mg/kg、中度污染区：60～90mg/kg和轻度污染区：9～60mg/kg)的蜈蚣草根际和非根际土壤，通过分析：蜈蚣草根际土壤的细菌数量显著大于放线菌、真菌。3种微生物种群的根土比(根际微生物数量/非根际土壤微生物数量)，细菌、放线菌和真菌的分别是4.85、3.47和3.31，表明蜈蚣草对根际土壤细菌的影响最大，放线菌次之，对真菌影响最小。蜈蚣草根际和非根际土壤细菌数量的变化与土壤砷浓度呈显著负相关(p＜0.01)，其中非根际土壤细菌数量与土壤有效态砷浓度呈显著负相关(p＜0.05)。通过统计分析，蜈蚣草根际和非根际土壤放线菌数量的变化与土壤砷浓度没有显著相关性，但放线菌数量具有随土壤砷浓度的增加而降低的变化趋势，非根际土壤的真菌数量也有这种变化化趋势。 在中度污染区采集了4年生蜈蚣草根际土壤，通过分析发现与2年生蜈蚣草根际土壤的微生物数量没有显著差异。表明在植物修复过程中，蜈蚣草根际可能已形成稳定的适应性微生物群落，这些适应种群落不易受一些条件的改变而发生明显变化。在重度污染区采集了耐砷性植物芒草(Miscanthusflorudykys)的根际土壤，与蜈蚣草的相比，它也可以增加根际微生物的数量，但芒草根际细菌和放线菌数量变化不同，表明植物种类不同，对根际微生物的影响可能也不相同。虽然芒草根际土壤的砷浓度(170.45mg/kg)高于蜈蚣草的(146.29mg/kg)，但蜈蚣草根际土壤的有效态砷浓度(6.11mg/kg)显著高于芒草的(3.36mg/kg)(p＜0.05)，表明蜈蚣草可以活化根际土壤稳定态的砷。 2土壤、蜈蚣草体内钾、钙含量同砷含量之间的关系通过分析不同污染区的土壤和蜈蚣草的钾、钙和砷含量，不同污染区土壤中的全钾和全钙的含量与蜈蚣草地上部的钾和钙含量变化没有明显规律，不能说明蜈蚣草和钾、钙与砷之间存在何种关系，但在不同砷污染的土壤蜈蚣草地上部的钾、钙含量变化趋势相反，具有一定的补偿性，刚好符合维持亚砷酸根离子平衡的要求，表明它们可能共同参与蜈蚣草体内的电荷平衡。蜈蚣草地上部的砷含量随土壤中的砷含量的增加而增加，表明一定条件下土壤砷含量能够影响蜈蚣草地上部砷的富集量。在中度污染区蜈蚣草的生物量(4595.9kg/hm2)显著大于轻度污染区(2849.5kg/hm2)和重度污染区(2460.4kg/hm2)蜈蚣草的生物量(p＜0.05)，表明一定浓度(约60mg/kg)的土壤砷可以促进蜈蚣草的生长。 3修复基地土壤的钾、钙平衡通过研究发现植物修复基地土壤的钾钙含量差异较大，钾的含量变化：轻度污染区(8727mg/kg)＞重度污染区(7691mg/kg)＞中度污染区(7515mg/kg)；钙的含量变化：轻度污染区(75197mg/kg)＞中度污染区(66071mg/kg)＞重度污染区(41448mg/kg)；通过分析收获蜈蚣草的钾、钙累积量，蜈蚣草修复5年最高也只能从土壤中带走约900kg/hm2，Ca的变化也类似，最高约2500kg/hm2，植物修复基地的钾、钙含量的这种差异并不是由植物修复引起的，而是由土壤本身的本底值决定或人为作用改变的。
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