不同營養(yǎng)水平和EDTA對(duì)鉛污染土壤植物修復(fù)的影響及植物對(duì)鉛脅迫響應(yīng)的研究.pdf

1、工業(yè)“三廢”和機(jī)動(dòng)車尾氣的排放、污水灌溉及農(nóng)藥、除草劑和化肥的使用，污染了土壤，水體和大氣，其中土壤中的重金屬鉛污染更為嚴(yán)重。重金屬鉛在植物根、莖、葉及籽粒中的大量積累，不僅影響植物的生長和發(fā)育，而且會(huì)進(jìn)入食物鏈，危及人類的健康。存在于土壤中的重金屬鉛難以被微生物分解和轉(zhuǎn)化，對(duì)動(dòng)植物和人類的危害具有隱蔽性，長期性和不可逆性等特點(diǎn)。目前采用的物理化學(xué)方法修復(fù)重金屬污染土壤，費(fèi)用昂貴，破壞環(huán)境，容易造成二次污染，且往往并不能達(dá)到真正清除重金

2、屬的目的。近十年出現(xiàn)的植物修復(fù)技術(shù)在不破壞環(huán)境的條件下使土壤重金屬得以清除，是一種綠色環(huán)保技術(shù)。植物修復(fù)過程中重金屬鉛遷移特性在很大程度上取決于土壤的化學(xué)特性，其在介質(zhì)中的存在形態(tài)是衡量重金屬鉛環(huán)境效應(yīng)的關(guān)鍵參量。近年來，EDTA和N、P、K肥等基質(zhì)在重金屬鉛污染土地上的植被重建中有著重要的作用，但是，EDTA的添加方式和N、P、K肥如何以及多大程度上影響重金屬鉛的移動(dòng)性和植物的重金屬吸收研究較少。我們采用中國北方常見的幾種植物——菠菜

3、（Spinacia oleracea）、馬齒莧（Portulaca oleracea）、苣荬菜（Sonchus arvensis）、向日葵（Helianthus annuus）作為實(shí)驗(yàn)材料，通過室內(nèi)盆栽的實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用生理生化等技術(shù)分別從個(gè)體和器官水平上研究幾種植物耐鉛和富集鉛的生理特性，同時(shí)探討鉛污染土壤植物修復(fù)過程中土壤營養(yǎng)水平和添加EDTA濃度的不同對(duì)幾種植物的修復(fù)效率的影響及應(yīng)用前景，以期為深入研究鉛污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用等提

4、供科學(xué)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。 現(xiàn)將本研究的主要結(jié)果歸納如下： 1．通過試驗(yàn)比較了不同的無機(jī)營養(yǎng)水平下菠菜和苣荬菜對(duì)鉛污染土壤修復(fù)及其對(duì)土壤中重金屬鉛形態(tài)改變的影響。結(jié)果表明：隨著N、P、K濃度的增加兩種植物地上和地下部分的鉛濃度均增加，且最高的N、P、K濃度與對(duì)照相比能夠使苣荬菜莖中鉛濃度增加23．4％（P=0．0202），氮營養(yǎng)處理也分別能夠增加菠菜和苣荬菜地下部根的鉛濃度49．4％和57．7％（P=0．0106，P=0

5、．0329），鉀、磷營養(yǎng)對(duì)菠菜體內(nèi)的鉛濃度幾乎沒有什么影響。在兩種植物比較中發(fā)現(xiàn)菠菜體內(nèi)的鉛濃度要低于苣荬菜，但由于菠菜的生物量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于苣荬菜，因此，菠菜對(duì)鉛的植物提取能力反而大于苣荬菜。對(duì)土壤中鉛形態(tài)的研究發(fā)現(xiàn)N、P、K營養(yǎng)液的添加能夠使鉛的非殘留態(tài)向殘留態(tài)轉(zhuǎn)化。由此證明，氮和磷營養(yǎng)處理能有效的提高兩種植物對(duì)鉛的吸收，其中磷肥是低有機(jī)質(zhì)鉛污染土壤植物修復(fù)最有效的修復(fù)劑。 2．通過試驗(yàn)比較了在鉛污染土壤上三種植物菠菜、苣荬菜和

6、馬齒莧生物量、不同部分鉛濃度和鉛積聚的量。在三種植物中，菠菜和苣荬菜屬于C3型植物種，而馬齒莧屬于C4型植物種。C4型植物種對(duì)熱、干旱和鹽環(huán)境的適應(yīng)能力比C3型植物種強(qiáng)，同樣C4型植物種的馬齒莧對(duì)重金屬Pb的脅迫環(huán)境的適應(yīng)性也強(qiáng)于菠菜和苣荬菜。C4型植物種的馬齒莧生物量在生長初期的8月25日達(dá)到了最大，而C3型植物種生物量在生長末期9月26日才達(dá)到最大。三種植物地上部和地下部的Pb濃度存在著差異，菠菜的地上部Pb濃度小于地下部，馬齒莧的

7、兩者沒有顯著差異，而苣荬菜地上部的Pb濃度顯著大于地下部，但是由于苣荬菜的生物量較小，因此整個(gè)苣荬菜體內(nèi)富集的Pb總量是三種植物中最低的。體內(nèi)Pb總量最大是菠菜，因此在中等Pb污染的土壤修復(fù)過程中應(yīng)該選用菠菜。由于C4型植物種的馬齒莧具有能夠在生長早期就達(dá)到構(gòu)件的成熟，并且有較高的重金屬積聚量，因此在短期的修復(fù)工程，應(yīng)該選用C4型植物種修復(fù)，這樣可以在有限的時(shí)間內(nèi)增加植物修復(fù)的次數(shù)。 3．通過試驗(yàn)，比較了有機(jī)營養(yǎng)和EDTA對(duì)向

8、日葵體內(nèi)鉛積累的影響及其EDTA添加次數(shù)對(duì)向日葵鉛積累和產(chǎn)生的環(huán)境威脅進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：EDTA對(duì)鉛的移動(dòng)性存在著濃度依賴性，隨著EDTA的濃度提高增加移動(dòng)性（P<0．001）。有機(jī)營養(yǎng)處理對(duì)鉛移動(dòng)性的影響則存在著明顯的不同，因?yàn)橛袡C(jī)營養(yǎng)腐殖質(zhì)對(duì)重金屬鉛存在移動(dòng)和固定兩種影響，因此中等有機(jī)營養(yǎng)對(duì)植物修復(fù)最為有效（P=0．002）。在低營養(yǎng)土壤中，相同濃度EDTA的單次添加相對(duì)于兩次添加使植物地上部的鉛濃度更低，因此EDTA的分次添加

9、對(duì)植物修復(fù)更加有效，這是因?yàn)榈蜐舛菶DTA的分次添加對(duì)土壤的影響時(shí)效要長于同等濃度EDTA的單次添加（P<0．001）。通過試驗(yàn)也可以觀察出向日葵是中等鉛污染土壤植物修復(fù)非常有推廣潛力的植物種。 根據(jù)上述結(jié)果，不同營養(yǎng)水平和EDTA對(duì)鉛污染土壤植物修復(fù)的機(jī)理及效率可以歸納為：N、P、K的添加能使土壤中的非殘留態(tài)Pb向殘留態(tài)轉(zhuǎn)化，因此N、P、K的添加能夠增加菠菜和苣荬菜體內(nèi)的鉛積累；與C3型植物菠菜、苣荬菜相比，C4型的植物馬齒

10、莧由于構(gòu)件成熟期短，較為適合作短期內(nèi)鉛污染土壤修復(fù)工程；在植物修復(fù)過程中，低濃度EDTA的分次添加能夠顯著提高修復(fù)的效率，并且能夠減小螯合劑增加產(chǎn)生的二次污染。本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于：首次對(duì)植物修復(fù)過程中無機(jī)營養(yǎng)N、P、K元素和低劑量多頻次添加EDTA的效果進(jìn)行了比對(duì)研究，特別是研究了N、P、K元素對(duì)土壤中Pb形態(tài)的影響和土壤的肥力情況與分次添加EDTA的交互作用，初步解決了采用東北地區(qū)本地植物種進(jìn)行植物修復(fù)的治理效率問題，避免采用非本地種可