廣東樂昌重金屬污染農(nóng)田土壤植物修復(fù)研究.pdf

1、土壤重金屬污染已經(jīng)成為全球性環(huán)境問題，植物修復(fù)技術(shù)以其成本低、環(huán)境友好等特點(diǎn)成為治理環(huán)境污染的一種重要方式和途徑。重金屬污染土壤的植物提取修復(fù)關(guān)鍵問題在于如何提高植物的修復(fù)速率和效率。篩選具有高金屬富集量且大生物量的植物種類是植物修復(fù)技術(shù)成功的一個關(guān)鍵因素。施加化學(xué)添加劑或增強(qiáng)植物對重金屬吸收能力、或增加其地上部生物量、加速生長速度，進(jìn)而提高植物修復(fù)的效率，是一項(xiàng)較有前景的研究課題。本論文研究了重金屬超富集植物[寶山堇菜(Viola b

2、aoshanensis)和東南景天(Sedum alfredii)]、大生物量植物[皺葉酸模(Rumex crispus)、雜交酸模(RumexK-1)、香根草(Vertiveria zizanioies)和甜高粱(Sorghum bicolor)]等植物在重金屬污染農(nóng)田土壤上對重金屬吸收、運(yùn)輸及積累的特點(diǎn)，評價其對重金屬污染土壤農(nóng)田的原位修復(fù)潛力：研究了污染農(nóng)田土壤中施加化學(xué)添加劑對植物修復(fù)效率的影響，并探討了超富集植物寶山堇菜根系分

3、泌的有機(jī)酸在植物修復(fù)技術(shù)中的潛在作用；同時，對植物修復(fù)過程中重金屬沿食物鏈遷移情況進(jìn)行了評估。主要研究結(jié)果如下： 1.對Cd超富集植物寶山堇菜(V.baoshanensis)、Zn超富集植物東南景天(S.alfredii)、香根草(V.zizanioides)、雜交酸模(Rumex K-1)、皺葉酸模(R．crispus)、瞿麥(D.chinensis)和兩種生態(tài)型酸模(R.acetosa)進(jìn)行重金屬吸收、積累特性及重金屬污

4、染土壤修復(fù)潛力的研究。結(jié)果表明，寶山堇菜地上部Cd和東南景天地上部Zn的含量分別達(dá)到28和6279 mgkg<'-1>。寶山堇菜地上部Cd富集系數(shù)為4.8，東南景天地上部Cd和Zn的富集系數(shù)分別為1.7和6.3。寶山堇菜對Cd和東南景天對Zn的提取效率分別達(dá)到0.88﹪和1.15﹪。生長在重金屬污染農(nóng)田上的寶山堇菜和東南景天，其地上部收割一季(種植140天)分別清除Cd和Zn總量是0.17和32.7kgha<'-1>。皺葉酸模地上部Cd

5、和Zn的富集系數(shù)均大于1，且地上部Zn的含量大于根部Zn的含量，收割一季(種植140天)清除26.8 kg ha<'-1>zn和0.16 kg ha<'-1>Cd，皺葉酸模具備了重金屬富集植物的基本特征。香根草具有最高的生物量，并對Pb、Zn和Cd具有較高的耐性，在重金屬污染土壤植物穩(wěn)定修復(fù)技術(shù)中具有潛在的利用價值。幾種供試植物中，沒有發(fā)現(xiàn)對Pb具有吸收富集潛力的植物。 2．研究了化學(xué)添加劑EDTA、(NH<,4>)<,2>

6、SO<,4>和NH<,4>NO<,3>對寶山堇菜、香根草和雜交酸模吸收、積累土壤中重金屬的影響，評價不同化學(xué)添加劑在重金屬污染土壤植物修復(fù)中的應(yīng)用潛力。結(jié)果表明，(NH<,4>)<,2>SO<,4>和NH<,4>NO<,3>提高了三種植物的生物量，而EDTA輕度降低了植物的生物量。施加EDTA后，寶山堇菜地上部對Pb、Zn和Cd的吸收分別達(dá)到624、795和25 mg kg<'-1>，均極顯著高于香根草和雜交酸模地上部的重金屬含量。ED

7、TA處理能顯著提高Pb和Zn的植物可利用性，對Cd的作用不明顯。EDTA處理后，寶山堇菜、香根草和雜交酸模的Pb提取率比對照組分別提高了19、2和13倍。施加EDTA后，寶山堇菜和雜交酸模單位面積地上部Pb遷移總量分別達(dá)到3.5kg ha<'-1>和2.1kg ha<'-1>，比對照處理分別提高了18.4和10.5倍。(NH<,4>)<,2>SO<,4>和NH<,4>NO<,3>處理有效提高寶山堇菜對Pb、Zn的吸收量，寶山堇菜單位面積

8、地上部Zn遷移總量比對照處理增加2倍，達(dá)到5.18 kg ha<'-1>，Cd的遷移總量從0.15 kg ha<'-1>增加到0.18kg h<'-1>。按一年收獲三次計算，若利用寶山堇菜將土壤Cd污染濃度9.8 mg kg<'-1>修復(fù)到3 mg kg<'-1>，仍需要14年時間。盡管寶山堇菜的生物量是三種供試植物中最小的，但對于修復(fù)Cd污染土壤將具有巨大潛力。 3.研究了“凱勒”、“雷伊”和“意達(dá)利”三種品種甜高粱(So

9、rghum bicolor)對重金屬的吸收、積累特性，比較EDTA、(NH<,4>)<,2>SO<,4>和NH<,4>NO<,3>三種添加劑對重金屬吸收積累的影響，評價甜高梁對重金屬污染土壤的修復(fù)潛力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，自然生長情況下，三種品種甜高粱收割一季的平均總產(chǎn)量高達(dá)18.7-25.8 t ha<'-1>；施加不同氮肥形態(tài)的銨鹽能有效提高三種品種甜高粱的生物量，而EDTA處理輕度降低了甜高粱的生物量。施加EDTA顯著提高三種品種甜高粱對P

10、b吸收，而對Zn、Cu和Cd的吸收積累無顯著差異。施加(NH<,4>)<,2>SO<,4>和NH<,4>NO<,3>顯著增加了甜高粱根部對Cd的吸收，(NH<,4>)<,2>SO<,4>的作用效果強(qiáng)于NH<,4>NO<,3>三種品種甜高粱對Pb、Zn和Cu的吸收分別集中于葉或穗，而對Cd的吸收主要集中于莖稈或根，說明不同重金屬在甜高粱不同部位的吸收量各有差異。但由于莖稈占有整個植株最大比例的生物量，三種品種甜高粱清除Zn、Cu和Cd能力

11、最強(qiáng)的部位是莖稈，而清除Pb能力最強(qiáng)是甜高粱的葉子。“凱勒”收割一季(種植120天)對Pb、Zn、Cu和Cd積累遷移能力最強(qiáng)，分別達(dá)到0.35、1.44、0.24和10.05 kg ha<'-1>。研究表明不同氮肥形態(tài)的使用是一種經(jīng)濟(jì)有效的植物修復(fù)田間改良措施，結(jié)合生物量與重金屬的吸收特征來看，甜高粱具有一定的重金屬去除能力，“凱勒”品種甜高粱對修復(fù)重金屬污染土壤的具有一定的應(yīng)用價值。 4.采用溶液培養(yǎng)方法和高效液相色譜(H

12、PLC)技術(shù)，研究了鎘和鉛處理下Cd超富集植物寶山堇菜(Viola baoshanensis)和對照種紫花地丁(Viola yedonsis)根系分泌物中有機(jī)酸的組成特點(diǎn)，及其與Cd和Pb超量富集的關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果表明，寶山堇菜和紫花地丁的根系分泌物中主要有機(jī)酸均為乙酸、琥珀酸、檸檬酸、蘋果酸和草酸；超富集植物寶山堇菜根系分泌的草酸、檸檬酸和蘋果酸含量是對照種紫花地丁的72.3、6.4．和80倍。兩種植物根系分泌物中乙酸的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它

13、有機(jī)酸的含量。不同鎘處理濃度對寶山堇菜根系分泌物中草酸、檸檬酸、蘋果酸含量沒有顯著影響，100和400 μmoll<'-1>鎘處理時顯著降低了寶山堇菜根系分泌物琥珀酸的含量。在鎘的脅迫下，紫花地丁根系分泌物中的草酸、蘋果酸和琥珀酸含量比對照顯著增加(p<0.05)，但100和400μmolL<'-1>處理對這三種有機(jī)酸沒有顯著性差異。寶山堇菜根系分泌物中檸檬酸的含量隨鉛處理濃度的增加而增加，處理濃度間存在顯著性差異(p<0.05)，而不

14、同鉛處理濃度降低了寶山堇菜根系分泌物中草酸、蘋果酸和琥珀酸含量。盡管超富集植物寶山堇菜根系分泌的大量的琥珀酸、檸檬酸、蘋果酸和草酸可能一定程度上促進(jìn)了Cd和Pb向地上部轉(zhuǎn)移，但超富集植物根系分泌物在植物修復(fù)中對Cd和Pb的作用機(jī)制有待于進(jìn)一步的研究驗(yàn)證。 5.研究了重金屬在土壤-雜交酸模-斜紋夜蛾-雛雞食物鏈遷移過程中的積累與分布特征。結(jié)果表明，土壤中的重金屬可以通過雜交酸模進(jìn)入斜紋夜蛾幼蟲和雛雞體內(nèi)。Pb和Cd在食物鏈遷移

15、表現(xiàn)為含量逐漸降低的趨勢，而Zn和Cu在斜紋夜蛾幼蟲體內(nèi)的吸收積累量高于雛雞肌肉含量。實(shí)驗(yàn)組雛雞給予斜紋夜蛾幼蟲飼養(yǎng)50天后，重金屬在雛雞體內(nèi)的分布趨勢為肝臟>肌肉>血液(Cu除外)；Pb、Zn、Cu和Cd四種重金屬含量在雛雞體內(nèi)的分布規(guī)律是Zn>Cu>Pb>Cd。肝臟中Pb、Zn、Cu和Cd的含量分別為12.9、130.0、19.8和0.04mg kg<'-1>；實(shí)驗(yàn)組雛雞肝臟中Pb含量與對照組比較呈極顯著差異水平(p<0.01)。斜