土壤中镉（Cd）主要来自于金属矿资源的采选冶炼活动，污水灌溉，过度使用杀虫剂、农药、化肥等^[1]。我国土壤中Cd等重金属污染突出，因而寻求一种环境友好且高效的调控土壤Cd污染的方法具有非常重要的意义。目前，重金属污染土壤的修复方法主要有化学修复、物理修复和生物修复等。对于小范围的Cd污染土壤可通过化学或物理方法修复，但一般修复成本比较高，且易破坏土壤结构。相比化学和物理修复，生物修复尤其是植物修复是一种绿色、环境友好的修复方法^[2]，具有修复成本低、简便易行、安全可靠等优点。近年来，植物修复研究主要集中在超富集植物的筛选上，目前已发现近400种超富集植物^[3]，截止2010年，国内外发现的Cd超富集植物超过20种，包括印度芥菜（Brassica juncea）、天蓝遏兰菜（Thlaspi caerulescens）、东南景天（Sedum alfredii）^[4]、忍冬（Lonicera japonica）^[5]和滇苦菜（Picris divaricata）^[6]等。但这些Cd超富集植物生物量较小，生长周期较长，限制了其修复效率^[7]。一些速生、生物量大、观赏性耐性植物开始进入修复植物范畴。如向日葵（Helianthus annuus）能够在添加KCl的Cd、Pb污染土壤中正常生长^[8]；万寿菊（Tagetes patula）可用于修复苯并（а）芘和Cd复合污染土壤^[9]；含羞草（Mimosa pudica）、白雪姬（Tradescantia sillamontana）和树马齿苋（Portulaca afra）对Cd均具有较强累积能力，在Cd污染土壤治理中有一定的应用价值^[10]。选用合适的观赏性园林景观植物进行重金属污染土壤修复，不仅能达到修复目的，还可以美化环境。

海桐（Pittosporum tobira）为海桐花科海桐花属植物，常绿灌木或小乔木，主要分布于福建、广东、广西、贵州等地。海桐多为园林、行道栽培植物，有研究表明，交通环境下海桐对Ag、Cd、Rb和Sc等有较强的累积特性^[11]，其叶片中Cd和Pb的沉积量随交通密度降低而显著降低^[12]。海桐对污泥堆肥土中Cd、Pb的富集能力很弱^[13]，而对城市环境中Cd或Pb的吸收累积能力较强^[14]。海桐对Cd的耐受与累积程度如何，是否适用于修复Cd污染土壤，目前还没有系统的研究报道。本文通过室内培养试验，研究海桐对污染土壤中Cd的耐受与吸收特征，探讨其在Cd污染土壤中的应用潜力，以期为选用海桐等景观植物修复重金属污染土壤提供科学依据，同时获得较好的生态和景观效应。 1 材料与方法 1.1 供试土壤和植物

供试土壤取自湖南衡阳某典型矿冶区周边表层土壤（0~20 cm），将收集的土壤经自然风干后过5 mm筛，从中取小部分土壤过0.85 mm和0.15 mm筛，分析土壤基本理化性质和土壤中Cd含量。供试土壤pH值为7.76，土壤有机质含量为5.05 g·kg^-1，速效氮、速效磷和速效钾含量分别为5.60、9.80和15.20 mg·kg^-1，Cd含量为3.60 mg·kg^-1。供试植物海桐幼苗采自湖南省长沙市一苗木基地，为两年生种苗，株高10 cm左右，海桐幼苗中Cd含量为1.03 mg·kg^-1。 1.2 试验设计

将供试土壤样品充分混合后装入下口直径为13 cm、上口直径为18 cm、高为17 cm的塑料盆中，每盆装土3.5 kg。参照我国《土壤环境质量标准》（GB 15618—1995）和《展览会用地土壤环境质量评价标准（暂行）》（HJ 350—2007），以Cd（NO₃）₂·4H₂O作为外源Cd，向供试土壤中分别添加0（对照，CK）、6 mg·kg^-1（T1）和21 mg·kg^-1（T2）的Cd，形成Cd污染土壤系列，每个处理重复4次。保持土壤湿度为田间持水量的70%，平衡15 d后移栽海桐幼苗，每盆移栽大小基本一致的幼苗4株，于2013年7月至2014年2月在温室内进行培养。试验期间，每天光照周期10 h，温室内昼夜温度30 ℃/20 ℃。分别在培养56、105、154 d和203 d后进行第1、2、3和4次取样。将每次收获的海桐植株按根、茎、叶分开，依次用自来水和蒸馏水清洗干净后，105 ℃杀青30 min后在60 ℃下烘干至恒重。植物样品称重，粉碎备用。 1.3 测试与分析

从每次收集的海桐样品中取少量新鲜叶片测定其光合色素和丙二醛（MDA）含量。叶片中光合色素含量的测定^[15]：取0.2 g海桐叶片，用不锈钢剪刀剪碎后放入研钵中，加2~3 mL质量分数为95%的乙醇，以SiO₂和CaCO₃为助磨剂研磨，研成匀浆后，再加10 mL 95%的乙醇，继续研磨至组织变白。静置3~5 min，过滤定容至25 mL棕色容量瓶，于665 nm、649 nm和470 nm处测定其吸光度，分别计算叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量。MDA含量的测定^[16]：取0.5 g海桐叶片，用不锈钢剪刀剪碎后放入研钵中，加入5 mL质量分数为5%的三氯乙酸进行研磨，研磨后所得匀浆液在3000 r·min^-1下离心10 min。取2 mL上清液与2 mL质量分数为0.67%的硫代巴比妥酸，在100 ℃水浴上煮沸30 min，冷却再离心一次。取上清液于450、532 nm和600 nm处测定吸光度，计算MDA含量。

土壤基本理化性质的测定参照鲁如坤^[17]的方法：土壤pH值按水土比2.5∶1，Mettler Toledo 420 pH计测定；有机质含量采用外加热-K₂Cr₂O₇容量法；土壤中速效氮含量采用碱解扩散-H₂SO₄中和滴定法测定；速效磷含量采用0.5 mol·L^-1 NaHCO₃浸提-矾钼黄比色法测定；速效钾含量采用1.0 mol·L^-1 NH₄OAc浸提-火焰光度法测定。供试土壤样品采用HNO₃-HCl-H₂O₂（MDS-8G型多通量密闭微波消解仪）消解；海桐根、茎、叶样品采用HNO₃-HClO₄法消解（体积比为3∶1）^[18]，消解液中Cd含量采用原子吸收分光光度法（AA-6800，岛津公司）测定。所用试剂均为分析纯或优级纯。分析过程中加入土壤标准物质（GBW08303）和植物标准物质（GBW07603）进行质量控制。海桐植株中Cd的富集系数^[19]和转运系数^[20]按照如下公式计算：

数据分析采用Excel 2007软件。显著性检验分析采用SPSS 13.0统计软件，利用单因素方差分析（One-way ANOVA）不同处理之间的差异，P<0.05为显著性水平。 2 结果与讨论 2.1 不同Cd浓度处理下海桐生物量

土壤Cd含量对海桐生长影响明显。从图 1可看出，海桐对土壤Cd污染有一个适应过程。培养56 d和105 d后，T1和T2处理下海桐生物量均低于对照处理；随培养时间增加，154 d后海桐的生长发生明显变化，T1处理下海桐生物量略高于对照处理，显著高于T2处理，表明土壤中较低含量Cd（9.6 mg·kg^-1）对海桐的生长具有一定的促进作用。203 d后，土壤T2处理下海桐生物量有所减少，表明土壤中较高含量Cd（24.6 mg·kg^-1）对海桐产生了一定的毒害和生长抑制效应。

图 1 不同Cd处理对海桐整株生物量的影响 Figure 1 Effect of soil Cd on total dry biomass of Pittosporum tobira

图选项

对培养154 d收集的海桐样品根、茎、叶含量进行统计分析，从图 2可看出，T1处理下海桐根、茎、叶干重与对照相比分别增加55%、18%和16%，T2处理下根、茎、叶干重较对照处理分别降低38.7%、5.2%和52.5%。T1处理下海桐根、茎、叶干重与CK相比无显著性差异（P>0.05）。T2处理下海桐叶片干重与CK处理有显著差异（P<0.05）。上述结果表明，土壤中较低Cd含量能促进海桐植株生长，而较高Cd含量却有明显的抑制作用，这与Yu等^[21]的研究结果相一致。但从海桐的生长特征来看，海桐在较高Cd含量处理下仍能保持正常生长，说明其对土壤中Cd具有较强耐受能力。

不同小写字母代表不同处理组差异性显著（P<0.05） Different lowercase letters mean significant difference between treatments at 0.05 level 图 2 培养154 d后不同Cd处理对海桐根、茎、叶生物量的影响 Figure 2 Effects of soil Cd on root，stem and leaf dry biomass of Pittosporum tobira after 154-day of Cd treatments

图选项

植物叶片中光合色素在光能的吸收、传递和转换中起着重要作用，而植物光合作用对重金属胁迫非常敏感^[22]。从图 3可看出，在56 d时，海桐处于生长适应期，其叶片中的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量高低顺序为T2>CK>T1，随着培养时间的增加，CK和T1处理下海桐叶片叶绿素a和叶绿素b含量呈增加趋势，而类胡萝卜素含量没有明显变化。说明Cd对海桐的毒害是一个长期累积的过程，较短时间的Cd胁迫不足以影响叶片中叶绿素生物合成的相关酶活性。培养154 d后，T1处理下海桐叶片中叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量与CK处理相近，表明T1处理下Cd含量在海桐的耐受阈值范围内，海桐可通过调节自身的生理代谢来缓解Cd毒害。T2处理下海桐的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量随着培养时间的增加呈明显降低趋势，培养154 d后T2处理下海桐叶片中叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量分别是CK处理下的71.3%、68.2%、75%，与培养56 d后取样相比，T2处理下叶片的叶绿素（叶绿素a+叶绿素b）含量降低了54.78%，说明较高Cd处理条件下长时间的胁迫对海桐光合作用产生了一定的抑制作用，这与其生物量减少的结果相一致。有研究表明，Cd可与叶绿体中蛋白质上的-SH等结合或取代其中的Fe²⁺、Zn²⁺、Mg²⁺等元素，破坏叶绿素体结构和功能活性^[23]。但总的来看，海桐在较高含量Cd胁迫下也能保持正常的生理活动，对污染土壤中Cd仍具有较强的忍耐能力。

图 3 不同Cd处理对海桐叶片中光合色素含量的影响 Figure 3 Effect of soil Cd on photosynthetic pigment content in Pittosporum tobira leaves

图选项

一般来说，植物细胞膜被认为是受重金属伤害的基本位点，MDA是膜质过氧化的产物，其含量可反应膜质过氧化、植物衰老或遭受逆境伤害程度^[24]。从图 4可看出，培养56 d和105 d后，CK处理下海桐叶片中MDA含量高于T1和T2处理；但随着培养时间增加，154 d后，T1和T2处理下海桐叶片中MDA含量与CK处理相当，随着培养时间的进一步延长，203 d后T2处理下海桐叶片中MDA含量已经明显高于CK和T1处理，T2处理下海桐叶片中MDA含量较对照处理增加了52%。从MDA含量变化过程也可以看出，Cd对海桐的毒害是一个长期作用的结果，土壤中Cd含量达到24.6 mg·kg^-1时，Cd对海桐产生了一定的毒害作用。有研究表明，Cd胁迫可诱导植物产生大量的ROS（O₂^-，OH-和H₂O₂），导致膜质过氧化，从而使膜系统结构功能遭受破坏，减少细胞膜的选择透过性^[25]。其原因可能是在Cd长时间胁迫下，植物能通过提高细胞抗氧化防御系统忍受由少量Cd诱导产生的活性氧自由基的伤害，而较高含量Cd长时间作用则会破坏植物抗氧化防御系统，迅速降低植物体内相关抗氧化酶活性，进而导致细胞死亡^[26]。本研究结果表明，T2处理下较高Cd含量诱导海桐叶片产生较高含量MDA，对海桐的生理产生了一定的毒害作用。

图 4 不同Cd处理对海桐叶片中丙二醛含量的影响 Figure 4 Effect of soil Cd on malondialdehyde content in Pittosporum tobira leaves

图选项

海桐对污染土壤中Cd具有一定的吸收和累积能力。海桐根、茎、叶中Cd吸收和累积量随培养时间和污染土壤Cd含量增加而逐渐增加（图 5）。培养56 d后，不同Cd处理下海桐根、茎、叶中Cd含量没有明显区别；培养105 d后，其根部Cd含量明显大于茎、叶中Cd含量，T2处理下的结果尤为明显，这说明海桐对Cd胁迫有一个适应期。有研究表明，植物积累Cd²⁺的机理主要通过与细胞壁结合、与有机化合物形成金属螯合物及区室化分布等途径进行解毒^[27]。随着培养时间进一步增加，154 d后，海桐对土壤Cd的吸收和累积发生了明显变化，T2处理下海桐根、茎、叶中Cd含量分别为21.2、26.1、26.0 mg·kg^-1，其茎、叶中Cd含量高于根部Cd含量；204 d后，Cd含量在海桐根、茎、叶中的分布特征与培养154 d时相一致。研究表明，植物根部吸收的Cd可通过木质部维管束逐渐向地上部转移，之后主要沉积于液泡中^[28]；但也有研究表明，到达地上部分的Cd与细胞壁中纤维素和木质素结合，从而大部分沉积于细胞壁中^[29]。但海桐对Cd的吸收和累积机制尚未清楚，有待进一步研究。

图 5 不同Cd处理下海桐根、茎、叶中Cd含量 Figure 5 Contents of Cd in roots，stems and leaves of Pittosporum tobira grown in Cd contaminated soil

图选项

重金属在植物体内的吸收分布特征是选择耐性物种的重要指标。从表 1可发现，不同Cd处理下海桐植株对Cd的富集系数随着培养时间的增加而增加，且T1和T2处理下的富集系数较CK小。在整个培养期间，海桐体内的转运系数都能保持在一个较高水平，尤其在培养后期（154 d后）转运系数都在1.0左右，这表明海桐能有效地将吸收的Cd运输到地上部，海桐体内可能存在较好的运输和解毒机制以应对重金属Cd的胁迫。

表 1 Cd在海桐体内的富集系数（BC）和转运系数（TF） Table 1 Bioaccumulation coefficient（BC） and transfer factor（TF） of Cd in Pittosporum tobira

表选项

（1）污染土壤中Cd对海桐生长影响明显。土壤中Cd含量为9.6 mg·kg^-1时，与对照处理（土壤中 Cd含量为3.6 mg·kg^-1）相比，海桐生物量、叶片中叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量和丙二醛含量没有发生明显变化。当土壤中Cd含量为24.6 mg·kg^-1时，海桐的生物量、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量均明显下降，丙二醛含量明显增加。但海桐在较高含量Cd处理下都能正常生长，说明海桐对污染土壤中Cd有一定的耐受能力。

（2）海桐对土壤中Cd有一定的累积和转运能力。海桐植株中Cd含量随土壤Cd含量的增加而增加。在培养前期，海桐吸收的Cd主要累积在根部，随着培养时间的延长，海桐体内Cd逐渐向地上部转移，154 d时，Cd在海桐体内的分布特征为茎≈叶>根。