楊桃（Averrhoa carambola）對(duì)Cd富集特征與Cd污染土壤植物修復(fù).pdf

1、鎘(cadmium，Cd)是環(huán)境中對(duì)植物、動(dòng)物以及人類毒性最強(qiáng)的重金屬元素之一，Cd污染土壤的治理問(wèn)題一直是備受全世界關(guān)注的熱點(diǎn)課題。植物修復(fù)(phytoremediation)是20世紀(jì)80年代逐漸發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)重金屬污染原位修復(fù)技術(shù)。而其中的植物提取技術(shù)(phytoextraction)，因其費(fèi)用低、環(huán)境友好等特點(diǎn)，具有重大的發(fā)展前景。但是，由于缺乏理想的植物材料，植物提取技術(shù)目前還無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用于Cd污染土壤的修復(fù)。 楊

2、桃(Averrhoa carambola L．，Oxalidaceae)是一種多年生常綠落葉木本植物，原產(chǎn)于亞洲熱帶地區(qū)(15°S-23°N)，目前在熱帶和亞熱帶地區(qū)(30°S-30°N)廣為種植。它具有生物量大、生長(zhǎng)迅速、易于繁殖等特點(diǎn)。本論文首先研究了不同品種楊桃富集Cd的特性及其相應(yīng)的食品安全問(wèn)題，并通過(guò)水培和土培試驗(yàn)驗(yàn)證了楊桃超富集Cd的能力，進(jìn)而研究了與楊桃(超)富集Cd相關(guān)的部分機(jī)理，最后通過(guò)田間小區(qū)實(shí)驗(yàn)評(píng)估楊桃用于修復(fù)Cd

3、污染土壤的效率。主要結(jié)果如下： 1.廣州三個(gè)主要果園的土壤總Cd含量分別達(dá)到了1.27、1.84和0.68 mgkg-1，均超過(guò)了國(guó)家農(nóng)業(yè)土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在三種[楊桃、龍眼(Dimocarpus longan)和黃皮(Clausena lansium)]被調(diào)查的果樹中，花地(品種)楊桃富集Cd的能力最強(qiáng)。在土壤總Cd含量只有1.27 mg kg-1時(shí)，其根、枝、葉和果實(shí)中積累的Cd依次達(dá)到了7.57、10.84、9.01和2.1

4、5 mg kg-1(干重)，分別是龍眼和黃皮相應(yīng)部位Cd含量的6-24和4-10倍。而且，來(lái)自不同果園的花地楊桃都有很高的Cd生物富集系數(shù)(bioconcentration factor,BCF)，分別為7.0、4.6和5.8。因此，花地楊桃很可能是一種新的木本Cd富集植物。此外，值得關(guān)注的是，這三種南方主要水果中，花地楊桃和黃皮果實(shí)Cd含量(0.06-0.25 mg kg-1，鮮重)均不同程度地超過(guò)了國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(0.05 mg

5、kg-1，鮮重)，其中，花地楊桃果實(shí)Cd含量超標(biāo)近5倍。因此，食用楊桃對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦臐撛诮】碉L(fēng)險(xiǎn)值得重視。 2.在珠江三角地區(qū)廣泛種植的主要楊桃品種(包括馬來(lái)西亞、臺(tái)灣、泰國(guó)、花地以及惠東品種)富集重金屬的能力均為Cd>Zn>Ni。臺(tái)灣、泰國(guó)、花地、馬來(lái)西亞以及惠東品種楊桃對(duì)Cd的BCF分別為27.9、15.4、14.3、13.1和6.74。來(lái)自該地區(qū)12個(gè)果園的楊桃枝和葉的Cd含量(不同品種的平均數(shù))分別達(dá)到10和11.5 m

6、g kg-1(干重)。而且在被調(diào)查的124個(gè)楊桃(果實(shí))中，47％樣品(58個(gè))的Cd含量超過(guò)了國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(0.05 mg kg-1，鮮重)，其中，來(lái)自PRD16的楊桃(n=10)Cd含量高達(dá)0.294 mg kg-1(鮮重)。由此可見(jiàn)，不同楊桃品種均具有很強(qiáng)的Cd富集能力，其果實(shí)對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裨斐傻臐撛诮】碉L(fēng)險(xiǎn)尤為值得重視。土壤總Cd低于0.19 mg．kg-1可能是生產(chǎn)符合國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的楊桃所必需的。 3.不同品種的

7、楊桃在Cd含量≥12 mg kg-1的污染土壤中生長(zhǎng)5個(gè)月后，都能在地上部(枝和葉)富集超過(guò)100 mg kg-1 Cd，含量最高達(dá)到487 mg kg-1 Cd，且不同品種楊桃的Cd生物富集系數(shù)(BCF)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(translocation factor,TF)都大于1。在水培實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)溶液中Cd濃度≥1 mg kg-1時(shí)，楊桃就能在地上部富集超過(guò)100 mg kg-1Cd，最高的能達(dá)到615 mg kg-1。而且，當(dāng)溶液中Cd濃度

8、≤5 mg kg-1時(shí)，不同品種楊桃的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(TF)都大于1。上述結(jié)果表明：不同品種楊桃對(duì)Cd的富集特征都符合Cd超富集植物的界定標(biāo)準(zhǔn)。因此，楊桃是一種新的Cd超富集植物，也是目前所知的唯一的木本Cd超富集植物。 4.廣州和香港兩地市售楊桃中As、Pb、Hg、Cr等元素的含量通常低于檢測(cè)限，Zn、Ni和Cd的含量則相對(duì)較高，而且都呈Zn>Ni>Cd的相同趨勢(shì)。廣州和香港兩地市售楊桃在Zn含量方面差異不顯著，而且都低于國(guó)家

9、食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定(5 mg kg-1，鮮重)。香港市售楊桃Ni的含量(0.477 mg kg-1，鮮重)顯著(P<0.001)高于廣州市售楊桃Ni的含量(0.257 mg kg-1，鮮重)，且兩地市售楊桃Ni含量均高于國(guó)際上一些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。廣州市售楊桃Cd的超標(biāo)率為17.3％，Cd含量最高的達(dá)到0.104 mg kg-1，一個(gè)體重為40 k的人如果食用0.385kg這種受污染的楊桃，那么所攝進(jìn)的Cd就超過(guò)世界衛(wèi)生組織規(guī)定的每日可耐

10、受攝入量(tolerable daily intake，TDI)。 5.植物超富集重金屬的相關(guān)機(jī)理涉及重金屬離子在根部區(qū)域的活化、植物根部對(duì)重金屬離子的吸收、重金屬離子向木質(zhì)部和韌皮部中的裝載過(guò)程、重金屬離子向地上部運(yùn)輸、貯存以及解毒等方面。本研究發(fā)現(xiàn)，Cd處理4 h時(shí)，楊桃根部對(duì)Cd的累積吸收量達(dá)到7.27μM g-1 root(鮮重)，顯著(P<0.05)高于黃皮根部對(duì)Cd的累積吸收量(4.23 μM g-1 root,鮮

11、重)。這表明與黃皮相比楊桃根細(xì)胞質(zhì)膜上可能存在更有效的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)體。另外，楊桃向枝、葉轉(zhuǎn)運(yùn)Cd的速度分別是黃皮的4.5和49倍，表明楊桃可能存在更有效的向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)Cd的系統(tǒng)。通過(guò)Zn-Cd互作實(shí)驗(yàn)，我們還發(fā)現(xiàn)楊桃對(duì)Cd的吸收以及轉(zhuǎn)運(yùn)在很大程度上是依賴于Zn的轉(zhuǎn)運(yùn)體系的，但與Ca和Fe的轉(zhuǎn)運(yùn)體系關(guān)系不大。 6.通過(guò)田間小區(qū)實(shí)驗(yàn)嘗試將新發(fā)現(xiàn)的Cd超富集植物楊桃應(yīng)用于輕度Cd污染土壤的修復(fù)，并進(jìn)一步評(píng)價(jià)其修復(fù)的實(shí)際效果。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用實(shí)生

12、苗、高密度種植的楊桃在田間生長(zhǎng)非常迅速，生長(zhǎng)約170天后地上部生物量達(dá)到18.6ton ha-1，對(duì)Cd的去除量212.9 g ha-1，對(duì)土壤總Cd的去除率為5.28％，明顯高于迄今報(bào)道的土壤Cd污染的植物修復(fù)效率。更重要的是，我們的研究還證實(shí)，這樣的修復(fù)措施不但可以顯著(P<0.05)降低土壤DTPA-Cd含量，而且可以極顯著(P<0.001)降低后作蔬菜中Cd的含量。 綜上所述，由于楊桃對(duì)Cd有很強(qiáng)的富集能力等原因，各種

13、不同來(lái)源的楊桃果實(shí)都存在Cd含量超標(biāo)較嚴(yán)重的現(xiàn)象，而且相關(guān)的食品安全以及健康風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題值得高度關(guān)注。但是，這并不影響楊桃這種新的木本Cd超富集植物在Cd污染土壤植物修復(fù)中的應(yīng)用前景，因?yàn)椴捎脤?shí)生苗種植的楊桃在樹齡小于5年時(shí)都不掛果。本研究發(fā)現(xiàn)采用實(shí)生苗、高密度種植的楊桃林不但生長(zhǎng)迅速，而且對(duì)Cd的修復(fù)效率也非常高：在輕度Cd污染的實(shí)驗(yàn)小區(qū)生長(zhǎng)約170天后地上部生物量達(dá)到18.6 ton ha-1，對(duì)土壤總Cd的去除率達(dá)到5.28％，高于迄