工业废水和采矿业废水的排放、污水灌溉、污泥农用、农药化肥的大量使用和废气沉降等途径将大量的重金属带入农田土壤中，在土壤中累积的重金属导致作物产量与品质降低，并通过食物链最终进入人体，成为农产品安全的一大隐患.2014年4月份我国环境保护部发布的全国土壤污染现状调查报告显示我国有将近20%的耕地受到镉、镍、铜、锌等重金属的污染，重金属污染的土壤需要处理修复确保我国对耕地的需要.在众多的重金属污染处理修复技术中，植物提取修复技术因成本低、美化景观、重金属可部分回收、应用面积大和不破坏土壤结构等优势正受到国内外的广泛关注(McGrath et al., 2002).用于植物提取技术的超富集植物对重金属的提取效率取决于植物地上部累积的重金属含量和生物量，但因超富集植物大多生长缓慢，植株矮小，生物量低，从而导致修复效率低、周期长(Meers et al., 2008).通过合理施肥等农艺措施对超富集植物的生长和重金属吸收进行优化调控，是提高植物修复效率的重要措施之一；有学者研究通过调节营养元素的供应水平、土壤水份和pH等措施来优化调控超富集植物，结果表明这些措施有些在一定条件下能显著影响超富集植物的生物量和重金属的吸收(陈同斌等，2002; 廖晓勇等，2004；孙琴等，2003；Li et al., 2003; 聂俊华等，2004; Sirguey et al., 2006；李继光等，2007；Bani et al., 2007; Huang et al., 2013).

磷(P)是植物营养的三要素之一，是植物体内许多重要化合物(如核酸、核蛋白、磷脂等)的组成元素，参与植物体内碳水化合物、氮和脂肪代谢，还能提高作物对干旱、寒冷和病虫害等不良环境的抗逆性.但是当植物体内含磷量过高时，会使体内N/P和K/P比失调，影响其对铁、锰和锌的吸收，对植物的生长和品质产生不良的影响(黄益宗，2004).土壤中的磷大部分形成氧化态或氢氧化态的铁磷或铝磷复合体、磷酸钙沉淀等导致植物生长供P 的不足(Schachtman et al., 1998)，所以需要补施P肥，但施P 肥促进植物生长的同时也会对其重金属的吸收产生影响，不同的植物对土壤中P素及P 肥施用量需求也不同.陈同斌等(2002)报道当施P量高于400 mg · kg^-1 土时，极显著地增加了砷超富集植物蜈蚣草((Pteris vittata L.)叶片对砷As的累积；而Tu和Ma(2003)报道在高砷As胁迫下(5340 μmol · kg^-1(土))，施P 肥也非常显著地促进了该植物的生长和对As 的累积.适量外源施入磷酸二氢盐施加P肥(31~124 mg · kg^-1(土))显著增加了Zn/Cd超富集植物东南景天的生物量和地上部的Zn累积量，但施P量过量时不但会减少其对Zn的吸收还会抑制其生长，东南景天体内存在明显的磷、锌共积累效应(孙琴等，2003；Tian et al., 2009; Huang et al., 2013).但Sirguey 等(2006)的研究显示增加供P 水平对Zn/Cd超积累植物遏蓝菜的生长、地上部的锌含量和积累量未产生显著影响.对于普通植物，一些研究结果显示施磷可显著地降低菠菜、胡萝卜、燕麦、黑麦草和水稻等植物对Cd的吸收与积累(黄益宗，2004)；但邱静等(2009)报道磷肥对牧草籽粒苋的生物量及其吸收Cd含量均无显著影响.

受土壤条件、植物自身特点、外加磷源形态和浓度不同等多方面的影响，施磷对植物吸收累积重金属的影响也不同.复合重金属污染条件下，不同供P水平对超积累植物生长和吸收重金属的影响尚不明确，超富集植物对难溶态P的利用也鲜见报道.本研究探讨了不同供磷水平和磷形态处理对超富集不同元素的4种不同种类超富集植物，在Zn/ Cd / Ni / Pb复合污染条件下，对这些植物生长和重金属元素吸收的影响，为这些植物修复应用的优化调控提供研究基础.

本研究选取的4种超富集植物分别是我国本土Zn/Cd超富集植物矿山生态型东南景天(S.alfredii)(杨肖娥等，2002)、超富集Zn/Cd /Ni的遏蓝菜N.caerulescen1号(来自于法国东北部孚日山蛇纹岩土壤)和2号(来自于法国南部)(Chardot et al., 2007；Bani et al., 2010)、来自于希腊的十字花科庭荠属Ni的超富集植物A.murale(Bani et al., 2010).S.alfredii的种苗取自浙江省铅锌矿山上，于2012年9月份移至温室，繁殖、预培育2个月后，开始盆栽试验；N.caerulescens 1号、N.caerulescens 2号和A.murale的种子于2011年分别取自法国东北部、法国南部和希腊.

该水培试验在华南农业大学的网室进行.营养液采用华南农业大学叶菜配方(刘士哲，2001)，其组成为：Ca(NO₃)₂ · 4H₂O 472 mg · L^-1，KNO₃ 202 mg · L^-1，NH₄NO₃ 80 mg · L^-1，KH₂PO₄ 100 mg · L^-1，MgSO₄ · 7H₂O 246 mg · L^-1，K₂SO₄ 174 mg · L^-1，H₃BO₃ 2.86 mg · L^-1，MnSO₄ · 4H₂O 2.13 mg · L^-1，ZnSO₄ · 7H₂O 0.22 mg · L^-1，CuSO₄ · H₂O 0.08 mg · L^-1，(NH₄)₆Mo₇O₂₄ 0.02 mg · L^-1，FeSO₄ · 7H₂O 27.8 mg · L^-1，EDTA-2Na 37.2 mg · L^-1.种子用石英砂和稀释的营养液育苗后，选取大小、长短一致的各种植物苗.用聚乙烯塑料盆盛装营养液1.2 L，每盆种植4棵植物进行水培实验.用完全的营养液培养一个月后，将营养液中的P和Zn去掉，设置5个磷处理(以P计)为：0(无磷，0 mg · L^-1)、Ca-P(钙磷，22.76 mg · L^-1，Ca₃(PO₄)₂)、1/2P(低磷，11.38 mg · L^-1，KH₂PO₄)、1P(正常营养液磷水平，22.76 mg · L^-1，KH₂PO₄)、2P(高磷，45.52 mg · L^-1，KH₂PO₄)，均加入Zn 20 mg · L^-1、Ni 18 mg · L^-1、Pb 10 mg · L^-1和Cd 0.5 mg · L^-1；Zn、Ni、Pb、Cd分别以ZnSO₄ · 7H₂O、NiSO₄ · 6H₂O、(CH₃COO)₂Pb · 3H₂O、3CdSO₄ · 8H₂O加入.每个处理4个重复，各处理营养液中钾、氮用KCl、NH₄NO₃补充，以维持营养液中营养元素的总体平衡，其他营养元素和浓度均保持不变.预培养和处理期间均需保持24 h连续通气，每3 d更换1次营养液，处理40 d后，按地上部分和地下部分分开收获植物；根系先用自来水冲洗干净，再用20 mmol · L^-1EDTA-2Na交换15 min，去除根系表面吸附的Zn²⁺、Ni²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺，用去离子水冲洗干净后，用吸水纸将植株根表水吸干.然后将各植物样品置于105 ℃烘箱中杀青30 min，于75 ℃连续烘干48 h至恒重、冷却、称量植物体地上部、地下部的重量，得干生物量.磨碎后供元素分析用.

研磨后的植物样品，炭化、在马福炉550 ℃干灰化8 h，用1 ∶ 1(V ∶ V)HCl溶解、过滤、定容，用原子吸收光度法测定其Zn、Ni、Cd、Pb含量.用硫酸-双氧水消煮-钒钼黄比色法测定其全磷含量.

数据采用SPSS 18.0软件进行数据的统计分析，设定5%的显著性水平，运用单因素随机排列方差分析，并用Duncan氏法进行平均值间的多重比较分析.

试验期间观察到，无磷和钙磷处理植物均表现出生长迟缓，瘦弱、直立、分蘖分枝少.在A.murale茎叶上出现紫红色，从茎基部老叶逐渐向上部发展，培养后期严重缺磷时叶片枯死脱落.N.caerulescens两个品种缺磷时老叶均表现为暗绿色，严重缺磷时叶片失水萎蔫以及新叶失绿等植株生长严重受抑现象，甚至出现部分植株死亡的现象.且N.caerulescens 1号比N.caerulescens 2号老叶较早枯死脱落，说明N.caerulescens 2号抗缺磷能力更强.S.alfredii叶片无明显症状，但缺磷时根系与其他3种植物一样老化呈锈色，白根少.

不同磷处理下植物的生物量(以干物重计)如表 1所示.4种植物的无磷和钙磷处理之间均无显著差异，说明4种植物对难溶性钙磷的利用率都不高；无磷和钙磷处理显著降低了植物4种地上部的生物量，说明严重缺P对这些超富集植物的生长造成了严重影响；低磷、中磷和高磷处理之间的生物量也无显著性差异，可能是因为营养液每3 d更换1次，植株个体也不大，1/2 P的浓度也已足够植物的生长.S.alfredii和N.caerulescens 1号地上部在高磷获得最大生物量0.92 g和1.10 g，A.murale和N.caerulescens 2号地上部在低磷处获得最大生物量1.35 g和0.92 g；而A.murale、N.caerulescens 1号和N.caerulescens 2号地下部均在高磷处理下获得最大生物量0.32 g、0.22 g和0.24 g.

表 1(Table 1)

表 1 不同磷处理下4种超富集植物的生物量 Table 1 Biomass of four hyperaccumulators with different P concentrations

表 1 不同磷处理下4种超富集植物的生物量 Table 1 Biomass of four hyperaccumulators with different P concentrations g P 处理 S.alfredii A.murale N. caerulescens 1号 N. caerulescens 2号 地上 地下 地上 地下 地上 地下 地上 地下 注：字母“a，b，c，d”代表同一列的差异显著性(p<0.05); Note: Series of “a，b，c” indicate the difference of the same column list at p<0.05. 0 0.64±0.01b 0.27±0.03a 0.41±0.04b 0.13±0.01cd 0.24±0.03b 0.09±0.01b 0.37±0.03b 0.10±0.01b Ca-P 0.77±0.03ab 0.36±0.05a 0.31±0.01b 0.10±0.01d 0.29±0.08b 0.09±0.02b 0.29±0.03b 0.07±0.004b 1/2P 0.87±0.06a 0.26±0.02a 1.35±0.12a 0.25±0.04ab 0.93±0.15a 0.21±0.05a 0.92±0.08a 0.23±0.03a 1P 0.85±0.01a 0.29±0.03a 1.19±0.17a 0.21±0.02bc 0.94±0.10a 0.21±0.02a 0.77±0.05a 0.19±0.03a 2P 0.92±0.06a 0.25±0.05a 1.24±0.09a 0.32±0.04a 1.10±0.10a 0.22±0.03a 0.82±0.10a 0.24±0.04a

不同磷处理对4种超富集植物地上部磷含量的影响如图 1所示.S.alfredii地上部磷含量在不同磷处理之间无显著性差异，是4种植物中P含量最低的；磷酸钙作为磷源的处理中，只有S.alfredii地上部P含量与相应浓度的KH₂PO₄作为磷(P)源的处理，其它3种植物地上部P含量都显著低于后者.A.murale地上部磷含量在低磷、中磷、高磷3个处理之间无显著性差异，但显著高于无磷和钙磷处理，在正常营养液的P浓度处理中获得最大含量6.5 g · kg^-1，是无磷和钙磷处理的6.3和4.5倍，无磷与钙磷处理已严重缺磷，结果与观察症状一致，说明该植物对P有较高的需求.N.caerulescens 1号、N.caerulescens 2号地上部磷含量范围分别为2.0~4.9 g · kg^-1、1.4~6.1 g · kg^-1，均在高磷处获得最大含量且显著高于其他处理.从整体看植物地上部磷含量有如下顺序：A.murale>N.caerulescens 2号> N.caerulescens 1号> S.alfredii.

图 1(Fig. 1)

图 1 不同磷处理对四种超富集植物地上部磷含量的影响(字母“a，b，c，d，e”代表同种植物同种元素含量在不同P处理间的差异显著性，以后的图类似(p<0.05)) Fig. 1 P concentration of the shoot of four hyperaccumulators in different P treatments(Series of “a，b，c，d，e” indicate the significant difference of the same element concentration of the same hyperaccumulator respectively among the different P concentration treatments at p<0.05，the same of the behind figure)

如图 2所示， S.alfredii、A.murale、N.caerulescens 2号和N.caerulescens 1号地下部磷含量范围分别为2.0~10.2、2.7~20.2、12.3~28.7和10.2~22.8 g · kg^-1，均随着磷处理浓度的升高而增加，仅A.murale在低磷处理获得最大含量，其他均在高磷处理获得最大含量.磷酸钙作为磷源的处理中，N.caerulescen 1号地上部的磷含量显著高于其对照处理，而S.alfredii和A.murale地下部的磷含量分别显著高于各自的对照处理.植物地下部磷含量有如下顺序：N.caerulescens 2号≥N.caerulescens 1号>A.murale>>S.alfredii.同时4种植物中只有N.caerulescens 1号地上部和A.murale 根部P含量Ca-P处理显著高于各自的无P对照处理，说明该两种植物利用难溶性P的能力相对较强.

图 2(Fig. 2)

图 2 不同磷处理对4种超富集植物地下部分磷含量的影响 Fig. 2 P concentration of the root of four hyperaccumulators treated by different P concentrations

如图 3所示，S.alfredii、N.caerulescens 1号、N.caerulescens 2号和A.murale地上部Zn含量范围分别为1956.5~4981.8、3681.5~6126.0、1010.0~2339.3和1907.3~2617.3 mg · kg^-1.在正常营养液的P浓度处理下S.alfredii和N.caerulescens 1号地上部获得最大锌含量，磷浓度的增加或减少都会抑制它们对锌的吸收，高P处理下S.alfredii锌含量只有最大含量的39.3%.P浓度的增加促进了A.murale对锌的吸收，但抑制了N.caerulescens 2号对锌的吸收.

图 3(Fig. 3)

图 3 不同磷处理对4种超富集植物地上部Zn含量的影响 Fig. 3 Zn concentration of the shoot of four hyperaccumulators in different P treatments

如图 4所示，S.alfredii、A.murale、N.caerulescens 1号和N.caerulescens 2号地上部Cd含量范围分别为31.7~165.8、44.5~69.0、27.7~57.1和57.8~106.6 mg · kg^-1.P浓度的增加提高A.murale地上部镉含量，其它3种植物均在正常营养液P浓度处理下获得最大的Cd含量，当P浓度增加一倍时抑制作用非常显著，低于或者接近钙磷处理.

图 4(Fig. 4)

图 4 不同磷处理对4种超富集植物地上部Cd含量的影响 Fig. 4 Cd concentration of the shoot of four hyperaccumulators in different P treatments

如图 5所示，S.alfredii、A.murale、N.caerulescens 1号和N.caerulescens 2号地上部Ni含量范围分别为66.5~101.0、1510.5~2439.3、1472.3~2059.0和1398.3~1782.7 mg · kg^-1.A.murale和N.caerulescens 1号地上部分别在高磷处理和正常营养液P浓度处理下获得最大镍含量，并显著高于其它处理；高磷轻微地抑制了S.alfredii地上部对镍的吸收；不同P处理没有对N.caerulescens 2号吸收Ni处理产生明显的影响.4种植物Ni的吸收在Ca-P和1/2P处理之间无显著差异.

图 5(Fig. 5)

图 5 不同磷处理对四种超富集植物地上部Ni含量的影响 Fig. 5 Ni concentration of the shoot of four hyperaccumulators in different P treatments

如图 6所示，S.alfredii、A.murale、N.caerulescens 1号和N.caerulescens 2号地上部Pb含量范围分别为33.2~65.9、151.7~211.3、83.8~234.3和54.0~217.0 mg · kg^-1.在正常营养液的供P浓度下，S.alfredii和N.caerulescens 2号地上部获得较大的铅含量，降低至一半的P浓度或者增加到2倍的P浓度都显著抑制了两种植物对Pb的吸收；增加营养液中P的浓度显著降低了N.caerulescens 1号地上部Pb含量，但高P处理显著增加了A.murale地上部对铅的吸收.相对于无P的对照处理，钙P处理显著降低了S.alfredii和N.caerulescens 2号对Pb 的吸收，显著增加了N.caerulescens 1号对Pb 的吸收，没有对A.murale吸收Pb产生明显可见的影响.

图 6(Fig. 6)

图 6 不同磷处理对4种超富集植物地上部Pb含量的影响 Fig. 6 Pb concentration of the shoot of four hyperaccumulators in different P treatments

根据各植物的生物量和重金属含量计算每个处理植物地上部的重金属提取总量如表 2 所示.S.alfredii地上部Zn和Cd提取的总量在正常营养液的供P水平下达到相对最大值，不同磷处理之间 Ni和Pb的累积量没有显著差异；与此相似的， N.caerulescens 1号地上部Ni、Zn和Cd的累积量也在正常营养液中达到最大，其地上部Pb的累积量在无磷处达到最大，增磷显著降低了其对Pb的累积.A.murale 的Ni、Zn、Cd和Pb累积量均在高磷处达到最大，且分别是其最小累积量的4.94、3.73、4.78和4.27倍.N.caerulescens 2号地上部Ni、Zn和Cd累积量在1/2P处理下达到最大，且后者是前者的3.61、2.93和3.71倍；其地上部Pb累积量在正常营养液磷浓度处理中达到最大.

表 2(Table 2)

表 2 不同磷处理对四种植物重金属的累积量的影响 Table 2 The accumulation of heavy metal of four hyperaccumulators in different P treatments

表 2 不同磷处理对四种植物重金属的累积量的影响 Table 2 The accumulation of heavy metal of four hyperaccumulators in different P treatments mg · pot-1 P处理 S.alfredii A.murale Zn Cd Ni Pb Zn Cd Ni Pb 0 1.82±0.16a 0.03±0.003c 0.06±0.01a 0.04±0.005a 0.77±0.07b 0.02±0.002c 0.61±0.05b 0.08±0.01cd Ca-P 3.49±0.04a 0.06±0.01bc 0.05±0.01a 0.03±0.01a 0.81±0.04b 0.02±0.001c 0.64±0.04b 0.06±0.003d 1/2P 2.80±0.64a 0.07±0.01ab 0.06±0.01a 0.02±0.004a 2.63±0.35a 0.06±0.01b 2.52±0.27a 0.21±0.02ab 1P 3.62±1.01a 0.11±0.02a 0.05±0.01a 0.04±0.01a 2.48±0.60a 0.06±0.01b 2.33±0.59a 0.16±0.05bc 2P 1.81±0.22a 0.03±0.002c 0.07±0.01a 0.03±0.004a 2.86±0.19a 0.09±0.01a 3.00±0.15a 0.27±0.02a P处理 N.caerulescens 1号 N.caerulescens 2号 Zn Cd Ni Pb Zn Cd Ni Pb 0 1.44±0.15c 0.01±0.002b 0.39±0.03b 0.28±0.03a 0.85±0.07b 0.04±0.002cd 0.65±0.06bc 0.08±0.005ab Ca-P 1.15±0.31c 0.01±0.002b 0.48±0.14b 0.05±0.01d 0.53±0.10b 0.02±0.004d 0.45±0.07c 0.04±0.01b 1/2P 4.17±0.69ab 0.04±0.01a 1.47±0.27a 0.16±0.03b 1.55±0.25a 0.08±0.01a 1.63±0.18a 0.05±0.01b 1P 5.50±0.54a 0.04±0.01a 1.90±0.14a 0.11±0.01bc 0.90±0.13b 0.06±0.01b 1.20±0.24ab 0.10±0.02a 2P 3.62±0.48b 0.03±0.005a 1.58±0.24a 0.08±0.01cd 0.88±0.10b 0.05±0.01bc 1.14±0.15ab 0.07±0.02ab

施磷肥是提高土壤肥力和增加农作物产量的常规农艺措施之一，施磷肥也会对普通作物和超富集植物吸收重金属产生多样不同的影响(杨志敏等，1999；陈世宝等，2003；黄益宗，2004；陈同斌等，2002；廖晓勇等，2004；孙琴等，2003；Huang et al., 2013；Sirguey et al., 2006; Bani et al., 2010; 黄旭光等，2006；聂俊华等，2004).在正常浓度范围内，增施磷肥能够提高多种普通植物体内锌的含量，但供磷水平超出植物需要时，植株体内锌的含量会显著下降，有些植物如三叶草和大豆体内Zn含量下降的供磷水平比较高(杨志敏等，1999)；在孙琴等(2003)报道 0.5~2.0 mmol · L^-1能明显促进东南景天的生长，0.5~1.0 mmol · L^-1极显著提高东南景天叶片、茎的锌含量和地上部的锌积累量; 高磷(2.0 mmol · L^-1)则降低地上部的锌含量和积累量.Huang et al.,(2013)的相关土培试验结果显示土壤中可溶性P肥浓度的增加促进了Zn的吸收但降低了Cd的吸收.不同于Zn元素，Cd和Pb都不是植物必须的元素，许多研究表明施P 可以减轻普通植物的Cd毒害，一方面磷酸根与镉形成不溶性的磷酸盐将Cd截留在根表或质外体中，另一方面转运到地上部的Cd以不溶性磷酸盐形态贮存在非活性的细胞壁和液泡内，但也有增加P素的供给增加了植物如油菜、燕麦、水稻及马铃薯块根对Cd吸收的报道(陈世宝等，2003；黄益宗，2004).土壤供磷会显著降低植物对Pb的吸收，因为在根部形成的磷酸铅的生物有效性非常低(聂俊华等，2004).Ni是植物必须元素，大部分普通植物对Ni的吸收都很少，但在已发现的400多种超富集植物中，绝大部分超富集Ni；人们对于不同供P水平对植物积累Ni的影响的研究还比较少.Kukier 等(2004)指出增施高水平的磷肥生成不溶性磷酸镍而不能显著提高Alyssum 对Ni的提取效率，Bani 等(2007)报道按120 ∶ 120 ∶ 120比例同时添加NPK肥可使 A. murale 的生物量由3.2 t · hm²增加到6.3 t · hm²，但Ni的吸收有小幅下降.黄旭光等(2006)磷酸盐浓度的增加对两种微藻东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense Lu)和中肋骨条藻(Skeletonema costatum)吸收金属镍的影响不大，但明显促进藻类对镍的吸附，可能是因为高浓度的磷酸盐促进了细胞合成较多的细胞壁表面活性吸附基团.

在本试验条件下，在P缺乏的对照和Ca-P处理中，4种植物的生长被显著抑制，但1/2P、1P、2P处理之间均无显著差异.Zn/Cd超富集植物 S.alfredii和Zn/ Cd /Ni的遏蓝菜N.caerulescen1号在正常营养液供P 水平下(1P)获得其各自超富集元素的最大含量，在此P水平以下，其超富集元素的含量随着P 浓度的增加而增加，而当供P浓度增加到2倍时，对这些元素的吸收显著下降，与已有的报道相似.Ni的超富集植物A.murale对Ni /Cd/Pb 3种元素的吸收均在高P处理获得最大量，Ca-P 、1/2P和1P 3个不同P处理下A.murale地上部Ni含量相接近，均显著低于2P处理，显著高于无P的对照处理.供P水平对Zn/Cd/Ni的遏蓝菜N.caerulescen1号吸收重金属的影响比较复杂，Zn和Cd 的吸收随P浓度的增加而减少，但是Ni的吸收累积未受到P浓度的影响.这些结果显示供P水平对这些超富集植物吸收累积重金属的影响因植物种类和重金属元素而异，正常营养液的供磷水平，有利于S.alfredii和2个品种N.caerulescen 的生长和吸收累积重金属，而较高浓度的磷素供应有利于Ni的超富集植物A.murale对Ni和其它重金属元素的吸收，该植物也能正常生长，但其机理及最佳的供P水平仍有待进一步的研究.

严重缺P的无磷和磷酸钙作磷源处理显著抑制了4种超富集植物的生长.供P水平对这些超富集植物吸收累积重金属的影响因植物种类和重金属元素而异，正常营养液的供P 水平，有利于S.alfredii和N.caerulescen 1号吸收累积各自的超富集元素；较高浓度的P 素供应有利于Ni的超富集植物A.murale对Ni的吸收累积；增加磷的供应对N.caerulescen 1号吸收累积Zn/Ni/Cd产生了不同的效应.