《Environmental Pollutants and Bioavailability》：Tissue-specific distribution and translocation of cadmium in Populus and Paulownia
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本文综述了杨树(Populus)与泡桐(Paulownia)在重金属污染土壤修复中的差异化策略。研究通过矿区实地调查与盆栽实验相结合，系统比较了两种速生树种对镉(Cd)、锌(Zn)、铜(Cu)的吸收、转运及区隔化特征。结果表明，杨树作为主动积累型植物，展现出更高的镉生物富集系数(BAF)和转运系数(TF)，其叶片和树皮是镉的主要富集位点；而泡桐则表现为排斥-稳定型植物，能将镉主要固存在根部，同时在茎干中积累更多铜。研究揭示了树皮作为长期镉汇的关键作用及茎干内金属浓度的纵向梯度分布规律，为针对多金属污染环境选择适宜的植物修复物种提供了科学依据。
引言
重金属污染，尤其是采矿、冶炼及工业排放导致的镉(Cd)、锌(Zn)、铜(Cu)污染，已成为一个普遍且持久的环境问题。镉因其高迁移性、强生物利用度和极高毒性而备受关注。植物修复作为一种太阳能驱动的环境友好型策略，在缓解金属毒性和恢复污染土壤方面展现出巨大潜力。与生物量通常较低的草本超富集植物相比，杨树和泡桐等速生木本植物具有生物量大、根系深、适应性强等优点，被认为是修复重金属污染土壤的有力候选树种。然而，关于重金属在此类木本物种体内空间分布及器官特异性积累的研究仍较缺乏。
材料与方法
研究结合了实地调查与受控盆栽实验。实地调查在安徽铜陵一有色金属矿区进行，采集了矿区尾矿带及邻近区域生长的杨树(Populus simonii var. przewalskii)和泡桐(Paulownia tomentosa)的健康个体样本，包括叶片、枝条、根系以及茎干不同高度（基部、中部、顶部）的横截面圆盘。盆栽实验则使用一年生杨树无性系‘Neva’幼苗，设置了0（对照）、5、10、50、100 mg Cd kg-1干土五个镉处理水平。植物和土壤样品经过清洗、干燥、研磨、酸消解（HNO3:HClO4:HF）后，使用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测定Cd、Zn、Cu浓度。计算了生物富集系数(BAF = C植物器官/C土壤)和转运系数(TF = C地上部/C根)，并进行了严格的统计分析和质量控制。
结果与讨论
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矿区土壤金属背景：铜陵矿区表层土壤（0-20 cm）存在明显的Cd、Zn、Cu污染，其中Cd富集尤为突出，超过当地背景值30-320倍。污染主要集中在生物活性较强的土壤层，为评估植物吸收策略提供了理想的环境梯度。
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器官水平与纵向分布：
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杨树：在杨树中，Cd的分布顺序为叶片 > 根 > 枝条 > 茎干，且茎干内Cd浓度从基部到顶端递减。Zn高度富集于叶片，远超其他器官。Cu则主要富集于根部。这表明杨树对Cd和Zn具有较高的吸收和转运能力。[](@replace=1)
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泡桐：泡桐中的Cd主要积累在根部，茎干Cd也呈现基部高于顶端的趋势，但叶片中Cd积累不突出。Zn在叶片中有较高浓度，而Cu在泡桐各器官的积累，尤其是茎干中，相对高于杨树。这表明泡桐倾向于将Cd限制在根部，而对Cu有较强的吸收和转运潜力。[](@replace=2)
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茎干径向区隔化与树皮的作用：野外和盆栽实验均表明，树皮是Cd、Zn、Cu的主要富集部位，其浓度显著高于边材和心材。[](@replace=3)[](@replace=4)树皮的多孔结构及其丰富的反应位点（如羟基、羧基、酚基）使其成为重金属的长期汇，兼具吸收大气沉降和固持根部吸收金属的双重功能。
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盆栽杨树的剂量响应与内部分布：随着土壤Cd处理浓度的增加，杨树各器官Cd浓度呈剂量依赖性升高，叶片始终是Cd积累最多的器官。茎干内Cd浓度从基部（H5）到顶端（H1）递减的趋势在高Cd处理下更为明显。[](@replace=5)BAF分析显示，在低Cd处理下（C1, C2），各器官尤其是叶片的BAF值较高，表明轻度Cd胁迫下杨树能主动吸收和转运Cd；但在高Cd处理下（C3, C4），BAF值急剧下降至1以下，表明高浓度Cd抑制了吸收和转运。[](@replace=6)而TF在不同Cd处理间相对稳定，叶片TF最高，表明一旦Cd进入木质部，其向上转运主要受蒸腾流和内部转运调控，受外部浓度影响较小。[](@replace=7)
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比较植物修复意义：杨树对Cd和Zn的BAF和TF均显著高于泡桐，表现出主动积累型植物的特征，适用于Cd的植物提取和生物量移除。[](@replace=8)而泡桐对Cu的BAF和TF较高，且能将Cd更多地固存在根部，表现出排斥-稳定型植物的策略，适用于Cu污染或混合金属污染地区的植被恢复和水土保持。这两种策略互补，为针对特定污染情况选择树种提供了依据。
结论
本研究证实了杨树在镉吸收和转运方面优于泡桐，并揭示了两者截然不同的金属处理策略：杨树作为主动积累器，适合用于镉的植物提取；泡桐作为排斥-稳定器，适合用于铜污染地区的植被重建和稳定化。树皮被确认为关键的长期金属储存库。这些发现为在多金属污染环境中选择适宜的树种进行针对性植物修复提供了重要的科学基础。未来的研究应结合生理学、转录组学和同位素技术，进一步阐明金属转运的调控机制，并评估植物修复的长期生态效益。
