铅卤钙钛矿泄漏对垂穗披碱草幼苗生长的影响

doi:10.11686/cyxb2023104

摘要/Abstract

摘要：

本研究通过模拟铅卤钙钛矿泄漏导致的不同铅（Pb）胁迫梯度（0， 36， 72， 130， 170和260 mg·kg^-1），监测高寒草甸优质牧草垂穗披碱草幼苗生长情况，重点分析Pb胁迫对垂穗披碱草幼苗Pb富集能力和耐受能力的影响。结果表明：1）垂穗披碱草的出苗率并未受到Pb胁迫梯度的显著影响，但出苗速率和出苗持续时间随Pb胁迫增加而显著降低；2）Pb胁迫显著抑制垂穗披碱草幼苗高度，但单株幼苗生物量则表现为浓度效应，小于72 mg·kg^-1Pb浓度作用不显著，大于72 mg·kg^-1时表现为抑制作用，在260 mg·kg^-1时无法萌发；3）垂穗披碱草幼苗的Pb富集能力显著降低，Pb耐受范围为68.42~205.94 mg·kg^-1；4）结构方程模型表明，铅卤钙钛矿泄漏导致的Pb胁迫通过降低土壤pH和增加硝态氮含量改变垂穗披碱草幼苗生长情况，进而影响其Pb富集能力和耐受范围。土壤pH值和硝态氮含量是影响垂穗披碱草幼苗生长的重要因子，在铅卤钙钛矿泄漏情境下可以通过提高土壤pH增加其Pb耐受能力。

关键词: 铅胁迫, 垂穗披碱草, 幼苗生长, 铅富集能力, 耐受范围

Abstract:

In this study， the effects of the lead （Pb） halide perovskite on the growth of Elymus nutans， a high-quality forage， were determined. Seedlings of E. nutans were treated with perovskite at six concentrations （0， 36， 72， 130， 170， and 260 mg·kg^-1 Pb²⁺）， and their ability to accumulate and tolerate Pb was determined. The main results were as follows： 1）Pb did not significantly affect the emergence ratio of E. nutans seedlings， but increasing concentrations of Pb resulted in significantly decreased emergence rate and a shorter duration of seedling emergence. 2）Seedling height was significantly inhibited by Pb stress， while single seedling biomass showed a concentration effect， in that it was not affected by Pb²⁺ at concentrations below 72 mg·kg^-1， but was inhibited by Pb at concentrations above 72 mg·kg^-1. Seed germination was completely inhibited by Pb at 260 mg·kg^-1. 3）The Pb accumulation ability of E. nutans seedlings decreased significantly compared with the control group， and the Pb tolerance range of seedlings was 68.42-205.94 mg·kg^-1.^{4）The structure equation model indicated that decreased soil pH and increased soil nitrate nitrogen contents resulting from perovskite directly affected the seedling growth of E. nutans， thus affecting its ability to accumulate and tolerate Pb. In conclusion， the soil pH and nitrate nitrogen content are the key factors affecting the seedling growth of E. nutans， and increasing the soil pH is a feasible strategy to enhance the Pb tolerance of E. nutans in the face of potential leaks of the lead halide perovskite.}

Key words: Pb stress, Elymus nutans, seedling growth, Pb accumulation ability, tolerance range

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图/表 8

表1 不同铅浓度对垂穗披碱草出苗情况的影响

Table 1 The effects of Pb gradients on the seedlings emergence of E.nutans

铅浓度 Pb concentration （mg·kg^-1）	出苗率 Emergence ratio （%）	出苗时滞 Emergence delay （d）	出苗速率 Emergence rate （No.·d^-1）	出苗持续时间 Emergence duration （d）
0	16.0±3.16a	3.6±0.49b	0.321±0.068a	10.8±3.87a
36	16.4±1.72a	4.0±0.00ab	0.319±0.041a	7.0±2.53b
72	19.2±3.44a	3.4±0.49b	0.292±0.053ab	8.2±1.33ab
130	14.4±2.40a	4.2±0.75ab	0.188±0.033ab	8.2±1.60ab
170	13.2±1.20a	4.6±0.49a	0.159±0.010b	6.4±0.49b

图1 不同铅浓度梯度处理下垂穗披碱草幼苗高度和生物量的变化不同小写字母表示不同铅浓度处理之间差异显著（P<0.05），下同。Different lowercases indicate the significant differences among the different Pb concentration （P<0.05）， the same below.

Fig.1 Changes in height and biomass of E. nutans seedling with Pb concentration gradients

图2 不同铅浓度梯度处理下垂穗披碱草幼苗高度和生物量耐受指数

Fig. 2 Changes in the height and biomass tolerance index of E. nutans seedling with Pb concentration gradients

图 3 不同铅浓度梯度处理下植物铅含量和富集指数

Fig. 3 The Pb concentrations of plant and the Pb accumulation index with Pb concentration gradients

表2 不同铅浓度梯度土壤理化性质

Table 2 Soil physicochemical properties with different Pb concentration gradients

铅浓度 Pb concentration （mg·kg^-1）	土壤pH Soil pH	NH₄⁺-N含量 NH₄⁺-N content （mg·kg^-1）	NO₃^--N含量 NO₃^--N content （mg·kg^-1）	全碳含量 Total carbon content （g·kg^-1）
0	8.48±0.06a	0.97±0.23a	3.97±1.27b	11.93±0.49ab
36	8.40±0.03ab	0.73±0.03a	5.97±0.66ab	11.97±0.01ab
72	8.43±0.01ab	1.07±0.20a	5.80±0.17ab	11.27±0.02b
130	8.39±0.03ab	1.41±0.83a	6.71±0.41ab	11.50±0.06ab
170	8.31±0.01b	0.57±0.05a	7.62±1.67a	12.37±0.01a

图 4 土壤理化性质和垂穗披碱草幼苗性状的Pearson相关性分析*： P<0.05； **： P<0.01； ***： P<0.001.

Fig.4 The Pearson correlation analysis among soil physicochemical properties and seedling characteristics of E. nutans

图5 铅浓度对垂穗披碱草幼苗生长情况的SEM分析比较拟合指数/自由度Compare the fit index/free degree （CFI/DF）=0.343，拟合优度指标Goodness of fit index （GFI）=0.930，渐进误差均方根Root mean square error of approximation （RMSEA）<0.001， P=0.993.实线表示路径显著（P<0.05），虚线表示路径不显著（P>0.05） The solid lines indicated the significant effects （P<0.05）， and the dotted lines indicated the insignificant effects （P>0.05）.

Fig.5 The SEM analysis for the seedling growth of E. nutans affected by Pb concentration gradients

表3 不同变量的综合影响系数

Table 3 The standardized total effects of the variables

变量 Variables	铅胁迫Pb concentration	硝态氮 NO₃^--N	土壤pH Soil pH	幼苗生长 Seedling growth	铅耐受能力Pb tolerance index	出苗时滞 Emergence delay	出苗持续时间 Emergence duration
硝态氮NO₃^--N	0.529
土壤pH Soil pH	-0.601	-0.467
幼苗生长Seedling growth	-0.847	-0.255
铅耐受能力Pb tolerance index	-0.847	-0.255		0.999
出苗时滞Emergence delay	0.262	0.079		-0.309
出苗持续时间Emergence duration	-0.558	-0.168		0.659
出苗速率Emergence rate	-0.793	-0.238		0.936		-0.177
生物量耐受指数BTI	-0.821	-0.090	0.472	0.851	0.851
高度耐受指数HTI	-0.765	-0.160	-0.245	1.000	0.853		0.341
铅富集能力Pb accumulation	-0.510	-0.037	-0.405	0.889		0.294

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