廣東樂昌重金屬污染農(nóng)田土壤植物修復研究.pdf

1、土壤重金屬污染已經(jīng)成為全球性環(huán)境問題，植物修復技術以其成本低、環(huán)境友好等特點成為治理環(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關鍵問題在于如何提高植物的修復速率和效率。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技術成功的一個關鍵因素。施加化學添加劑或增強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，進而提高植物修復的效率，是一項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、運輸及積累的特點，評價其對重金屬污染土壤農(nóng)田的原位修復潛力：研究了污染農(nóng)田土壤中施加化學添加劑對植物修復效率的影響，并探討了超富集植物寶山堇菜根系分

3、泌的有機酸在植物修復技術中的潛在作用；同時，對植物修復過程中重金屬沿食物鏈遷移情況進行了評估。主要研究結果如下： 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)進行重金屬吸收、積累特性及重金屬污

4、染土壤修復潛力的研究。結果表明，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)定修復技術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，評價不同化學添加劑在重金屬污染土壤植物修復中的應用潛力。結果表明，(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Cd污染土壤將具有巨大潛力。 3.研究了“凱勒”、“雷伊”和“意達利”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潛力。結果發(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、最強的部位是莖稈，而清除Pb能力最強是甜高粱的葉子?！皠P勒”收割一季(種植120天)對Pb、Zn、Cu和Cd積累遷移能力最強，分別達到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)濟有效的植物修復田間改良措施，結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”品種甜高粱對修復重金屬污染土壤的具有一定的應用價值。 4.采用溶液培養(yǎng)方法和高效液相色譜(H

12、PLC)技術，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)根系分泌物中有機酸的組成特點，及其與Cd和Pb超量富集的關系。試驗結果表明，寶山堇菜和紫花地丁的根系分泌物中主要有機酸均為乙酸、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遠高于其它

13、有機酸的含量。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了Cd和Pb向地上部轉移，但超富集植物根系分泌物在植物修復中對Cd和Pb的作用機制有待于進一步的研究驗證。 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。結果表明，土壤中的重金屬可以通過雜交酸模進入斜紋夜蛾幼蟲和雛雞體內。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的吸收積累量高于雛雞肌肉含量。實驗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>；實驗組雛雞肝臟中Pb含量與對照組比較呈極顯著差異水平(p<0.01)。斜