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园林植物在修复污染土壤中的应用与效果

2025-05-27 120 上传者：管理员

摘要：园林植物在修复污染土壤中展现出巨大潜力。选取常见园林植物种类，通过盆栽试验，考察其对重金属污染土壤的修复效果。结果表明，不同植物对各类重金属的富集能力存在差异，其中香樟、杨树对铅、镉的富集效果最佳，而月季、菊花则在铜、锌的去除方面表现突出；植物根系分泌物能促进土壤微生物活性，加速有机污染物降解。综合评估显示，合理搭配园林植物种类，可显著提高土壤修复效率，为城市污染场地治理提供了经济可行的绿色方案。

关键词：
园林植物
土壤污染
根际效应
植物修复
重金属富集
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随着城市化进程的加快,工业生产和人类活动导致的土壤污染问题日益严重,对生态环境和人体健康构成严重威胁｡传统的物理化学修复方法虽见效快,但成本高昂且易造成二次污染,植物修复技术作为一种绿色､经济的替代方案,近年来受到广泛关注｡园林植物种类丰富,具有良好的适应性和观赏价值,应用广泛于城市绿化,将其应用于修复污染土壤具有独特优势｡本研究探讨了常见园林植物在去除重金属和有机污染物方面的效果,旨在为城市污染场地的生态修复提供科学依据和实践指导｡

1、材料与方法

1.1供试植物与土壤

选取5种常见园林植物作为供试材料,包括香樟､杨树(乔木)､月季(灌木)和菊花､矮牵牛(草本)[1]｡供试土壤采自某废弃工业场地,经检测,含有超标的铅､镉､铜､锌等重金属物质,以及多环芳烃类有机污染物｡按常规方法测定土壤pH值､有机质含量､阳离子交换量等理化性质｡为确保试验的可比性,对采集的土壤进行充分混合和均质化处理｡

1.2试验设计

采用完全随机区组设计,设置5个植物处理组和1个空白对照组,每组重复4次｡将处理好的污染土壤装入直径30cm､高40cm的塑料盆中,每盆装土10kg｡根据植物生长特性,种植相应数量的幼苗或插穗｡试验为期6个月,在温室条件下进行,控制温度､光照和湿度等环境因子,定期浇水并记录植物生长状况｡为模拟自然降雨对污染物迁移的影响,每月进行1次人工降雨处理｡试验期间,定期采集土壤和植物样品并进行分析｡

1.3采样与分析方法

1.3.1样品采集｡试验开始､中期和结束时,分别采集表层(0~20cm)和深层(20~40cm)土壤样品;试验结束时,收获整株植物,对根､茎､叶进行采样｡

1.3.2分析方法｡采用王水消解-ICP-MS法,测定土壤和植物样品中的重金属含量;采用超声提取-GC-MS法,测定土壤中多环芳烃含量,并分析有机污染物;采用比色法,测定脱氢酶､磷酸酶等土壤酶活性,以及叶绿素含量､抗氧化酶活性等植物生理指标;采用磷脂脂肪酸(PLFA)法,分析土壤微生物群落结构｡

1.4数据处理

使用SPSS25.0软件进行统计分析;使用单因素方差分析法(One-wayANOVA)比较不同植物处理的修复效果差异,运用LSD法进行多重比较;使用Pearson分析植物生理指标､土壤酶活性与污染物去除率之间的关系;使用主成分分析(PCA)法评估不同处理对土壤微生物群落结构的影响;采用富集系数(BCF)和转运系数(TF)计算植物对重金属的富集和转运能力;使用Origin2021软件完成绘图｡所有数据均以平均值±标准差表示,p<0.05视为差异显著｡

2、结果与分析

2.1不同植物种类的富集能力比较

由表1可知,不同园林植物对重金属的富集能力差异显著｡香樟和杨树(木本植物)对铅和镉富集能力强,BCF值分别为0.87~0.95和1.25~1.38｡月季和菊花(草本植物)在铜和锌富集方面表现突出,BCF值为1.15~1.45｡矮牵牛对各种重金属的富集能力较弱｡这些差异可能源于植物不同的生理特性和根系结构[2]｡木本植物根系发达,能有效吸收深层土壤重金属;草本植物生长快速,对特定重金属具有较高耐受性和富集能力｡

表1不同园林植物对重金属的富集系数(BCF)和转运系数(TF)

2.2植物各部位重金属分布特征由表2可知,重金属在植物体内的分布呈现明显的组织特异性,大多数植物的根部是重金属积累的主要场所,尤其是对铅和镉类非必需元素｡例如,香樟和杨树的根部铅含量是叶片的3~4倍｡然而,铜和锌作为植物生长所需的微量元素,在地上部分的积累相对较多,月季和菊花叶片中的铜､锌含量接近或超过根部含量｡这种分布特征反映了植物体内对不同重金属的转运和代谢机制存在差异｡植物可通过将有毒重金属物质固定在根部来减少对地上部分的危害,而必需元素则被积极运输至叶片等生长活跃部位｡

表2不同园林植物各部位重金属含量分布(单位:mg/kg)

2.3园林植物对有机污染物的降解效果

2.3.1根际微生物活性变化｡在植物修复过程中,根际微生物活性的变化是影响有机污染物降解效率的关键因素｡本研究通过测定土壤脱氢酶活性,来评估微生物总体代谢活跃度｡由图1可知,与对照组相比,所有植物处理组的根际土壤脱氢酶活性均显著提高[3]｡其中,月季和菊花处理组的增幅最为显著,比对照组分别高出62%和58%｡这可能是由于这2种草本植物根系分泌物丰富,为根际微生物提供了充足的碳源和能量｡香樟和杨树虽然根系发达,但由于木质化程度高,根系分泌物相对较少,因此,对微生物活性的促进作用不明显,增幅为40%~45%｡矮牵牛的效果最不明显,比对照组仅高出25%｡2.3.2有机污染物去除率分析｡通过比较试验开始和结束时土壤中多环芳烃(PAHs)的含量,计算出不同处理组的PAHs去除率[4]｡由表3可知,所有植物处理组的PAHs去除率均显著高于对照组｡菊花和月季表现最为突出,6个月后总PAHs去除率分别为68.7%和65.2%,比对照组高出近30个百分点｡香樟和杨树次之,去除率为55%~58%｡矮牵牛的效果相对较弱,但仍比对照组高出约15个百分点｡值得注意的是,对于不同环数的PAHs,植物的去除效果也存在差异｡一般来说,低环PAHs(2~3环)的去除率普遍高于高环PAHs(4环以上)｡这可能是由于低环PAHs的水溶性和生物可利用性较高,更容易被植物吸收或被微生物降解｡

图1不同植物处理组土壤脱氢酶活性比较

表3不同处理组6个月后PAHs去除率

2.4园林植物修复过程中的生理响应

2.4.1生物量变化｡由表4可知,土壤污染对不同植物生长均产生了抑制作用,与对照组相比,植物的生物量减幅为15%~35%｡月季和菊花表现出较强的污染耐受性,生物量减幅最小,分别为15.3%和17.6%｡香樟和杨树生物量减少较多(25%~30%),但仍保持稳定生长｡矮牵牛受影响最大,生物量减少35.2%｡结果表明,尽管土壤污染物抑制了植物生长,但所选园林植物仍能在污染环境中维持生长,为其应用于修复污染土壤提供了基础｡植物间的耐受性差异为选择适合特定污染场地的植物种类提供了参考｡

表4不同园林植物在污染土壤中的生物量变化

2.4.2抗氧化酶活性变化｡由表5可知,污染处理组植物的SOD､CAT和APX活性均得到显著提高｡月季和菊花的酶活性增幅最大,分别增加80%~100%､60%~75%和90%~110%｡香樟和杨树次之,增幅为50%~70%｡矮牵牛的增幅最小,为30%~50%｡这表明,园林植物通过提高抗氧化酶活性来应对污染胁迫,清除过量的活性氧自由基,减轻氧化损伤｡月季和菊花酶活性较高,可能是其在污染土壤中维持了的较好生长状态｡

表5不同园林植物叶片中抗氧化酶活性增幅比较

3、讨论

3.1园林植物修复污染土壤的机理分析

园林植物修复污染土壤的机理主要包括植物吸收､根际固定和微生物降解3个方面｡对于重金属污染,植物通过根系吸收并在体内累积或转运到地上部分,实现污染物的迁移和转化｡同时,植物根系分泌物能改变根际环境,促进重金属的钝化和固定｡对于有机污染物,植物根系分泌物能为根际微生物提供碳源和能量,刺激微生物群落的生长和活性,从而加速有机污染物的降解｡此外,某些植物还能直接吸收和代谢部分有机污染物｡

3.2影响园林植物修复效果的关键因素

影响园林植物修复效果的关键因素包括植物种类､污染物特性､土壤理化性质和环境条件等｡植物种类决定了其对污染物的耐受性､富集能力和根际效应,不同园林植物对重金属的富集和有机物的降解效果存在显著差异[5]｡污染物的种类､浓度和生物可利用性直接影响修复效率｡土壤pH值､有机质含量､阳离子交换量等因素则影响污染物在土壤中的形态和迁移性｡此外,温度､湿度､光照等环境条件也会影响植物生长和微生物活性,进而影响修复效果｡

3.3园林植物在修复污染场地中的应用前景

园林植物在修复污染场地中展现出广阔的应用前景｡首先,园林植物种类丰富,适应性强,可以针对不同类型的污染和环境条件选择合适的物种｡其次,园林植物具有观赏价值,可在修复过程中同时实现场地的绿化､美化,提高土地利用价值｡再者,相比传统物理化学修复方法,植物修复成本低,对环境友好,更易被公众接受｡本研究表明,部分常见园林植物如月季､菊花等在重金属富集和有机物降解方面表现优异,为污染场地的生态修复提供了新的选择｡未来,通过选育高效修复品种､优化种植模式和结合其他修复技术,园林植物在污染场地修复中的应用将更加广泛和有效｡

4、结语

本研究系统评估了常见园林植物在修复污染土壤中的应用效果｡结果表明,不同植物种类对污染物的去除能力存在显著差异,通过合理选择和搭配园林植物,可以有效提高土壤修复效率｡然而,植物修复是一个缓慢的过程,其效果受多种因素的影响｡未来研究应着重探讨如何优化植物-微生物-土壤的相互作用,以及开发强耐受性的园林植物新品种,进一步提高修复效率｡同时,将植物修复技术与其他修复方法相结合,可能是解决复杂污染场地治理的有效途径｡

参考文献:

[1]于丽.环境污染对园林植物的危害及园林植物生态作用探析[J].温带林业研究,2023,6(02):94-96.

[2]孙雅慧.园林植物受环境污染的危害以及生态作用分析[J].资源节约与环保,2022(05):28-30+34.

[3]刘睿,聂庆娟,王晗.木本园林植物对土壤重金属的富集及修复效应研究进展[J].北方园艺,2021(08):117-124.

[4]赵立伟,王素君,苏亚勋,等.园林植物修复镉污染土壤的试验研究[J].资源节约与环保,2020(04):60-62.

[5]王素君,赵立伟,陈蔷,等.化学方法强化园林植物修复镉污染土壤的研究进展[J].天津科技,2020,47(01):88-91.

文章来源:任清富,杨贵芳.园林植物在修复污染土壤中的应用与效果[J].现代园艺,2025,48(10):27-29.