類蘆對(duì)重金屬的吸收、富集機(jī)制及修復(fù)效果研究.pdf

1、重金屬是土壤中來源廣、危害性大的累積性污染物。尤其是礦區(qū)廢棄地造成的重金屬污染問題，嚴(yán)重危及到當(dāng)?shù)厝藗兒蜕鷳B(tài)系統(tǒng)的健康。植物修復(fù)技術(shù)是一種新興的污染土壤修復(fù)技術(shù)，主要是采用能夠?qū)σ环N或多種重金屬具有耐性、以及能夠吸收富集重金屬的植物，達(dá)到移除土壤中重金屬的目的。植物修復(fù)技術(shù)因其環(huán)境友好性，目前已受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍關(guān)注而成為研究熱點(diǎn)。前期研究調(diào)查中發(fā)現(xiàn)類蘆能在稀土礦廢棄地上較好地生長(zhǎng)，并保持較高的生物量，是礦區(qū)廢棄地主要的優(yōu)勢(shì)種之一，并且

2、保持較高的生物量，株高和根深最高能達(dá)到3m左右，生物量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的超富集植物。通過研究發(fā)現(xiàn)類蘆能富集鉛、鎘等重金屬，對(duì)重金屬有一定的耐性，但是目前國(guó)內(nèi)外對(duì)類蘆的研究主要集中在水土流失治理、根系固土作用及其對(duì)干旱脅迫、酸脅迫的響應(yīng)等方面，而關(guān)于類蘆對(duì)重金屬脅迫的內(nèi)在機(jī)理以及修復(fù)效果等方面并不明確。類蘆能在酸度低、重金屬污染的長(zhǎng)汀稀土礦廢棄地正常生長(zhǎng)，是其在此環(huán)境上長(zhǎng)期進(jìn)化過程中形成的特殊適應(yīng)性，可能存在著特殊的生態(tài)學(xué)意義，但目前國(guó)內(nèi)對(duì)類

3、蘆適應(yīng)礦區(qū)廢棄地的內(nèi)在機(jī)制還了解得不多，成為限制類蘆在廢棄地上應(yīng)用的主要技術(shù)瓶頸。本文以類蘆為研究對(duì)象，通過室內(nèi)水培模擬試驗(yàn)研究類蘆對(duì)Pb、Cd的吸收和耐性機(jī)制，解釋類蘆對(duì)Pb、Cd的吸收、累積分布機(jī)理，Pb、Cd在類蘆體內(nèi)的亞細(xì)胞分布，進(jìn)而對(duì)根細(xì)胞壁進(jìn)行化學(xué)改性后進(jìn)行吸附動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)以及利用傅里葉紅外光譜研究類蘆根細(xì)胞壁不同組分對(duì)Pb2+的吸附動(dòng)力學(xué)特征，分析細(xì)胞壁組分及官能團(tuán)對(duì)吸附固定Pb2+的能力，揭示類蘆根細(xì)胞壁吸附固定Pb的內(nèi)在

4、機(jī)理。此外，采用盆栽試驗(yàn)，以龍巖連城鉛鋅礦黃背場(chǎng)附近的農(nóng)田土為供試土壤，研究類蘆對(duì)Pb-Zn礦區(qū)廢棄地污染土壤的修復(fù)能力，以及螯合劑EDTA與蚯蚓對(duì)提高類蘆吸收富集重金屬能力的效果。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴類蘆對(duì)Pb、Cd的吸收量和吸收速率可利用Freundlich方程和Michaelis-Menten方程進(jìn)行擬合。通過擬合發(fā)現(xiàn)，類蘆吸收的Pb、Cd等重金屬主要存貯于根部。其中，類蘆對(duì)Pb的吸收能力更強(qiáng)（最高含量達(dá)到4687.

5、87 mg·kg-1），但對(duì)Cd的吸收速率增長(zhǎng)更為明顯，即類蘆在吸收Cd有一定的潛力。就亞細(xì)胞分布而言，2種重金屬均主要分布在細(xì)胞壁和可溶組分中，類蘆在受到重金屬脅迫時(shí)，部分Pb、Cd向可溶組分轉(zhuǎn)移，這說明類蘆可通過改變重金屬的亞細(xì)胞分布來降低重金屬的毒害作用。⑵類蘆對(duì)重金屬脅迫的應(yīng)答機(jī)制表現(xiàn)為：在Cd，Pb脅迫下，類蘆根系 H2O2和 O2?—含量顯著增加，伴隨 MDA含量升高，發(fā)生膜脂質(zhì)過氧化，造成植物氧化損傷，酶系統(tǒng)功能紊亂。SO

6、D、POD活性隨著Pb脅迫濃度的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)；Cd脅迫下，SOD活性的應(yīng)答與Pb處理中的變化趨勢(shì)相似，但是POD活性呈下降趨勢(shì)。根系非蛋白巰基化合物含量方面，Cd，Pb處理下，GSH和PCs均呈先增加后下降的趨勢(shì)。類蘆根系對(duì)不同重金屬的不同濃度脅迫響應(yīng)不一，其能通過調(diào)節(jié)抗氧化酶活性和植物螯合肽等的合成水平，降低重金屬毒性及其對(duì)植物的傷害。⑶揭示出類蘆根細(xì)胞壁吸附固定重金屬的內(nèi)在機(jī)理。類蘆根細(xì)胞壁對(duì) Pb2+具有較高親和力，

7、類蘆根細(xì)胞壁經(jīng)酯化改性處理后對(duì)Pb2+的吸附量相對(duì)降低了68.1％。羧基和氨基是Pb2+的主要結(jié)合位點(diǎn)，細(xì)胞壁中的物質(zhì)如纖維素和半纖維素、果膠、以及蛋白質(zhì)及為 Pb2+提供了羧基、羥基以及氨基官能團(tuán)等結(jié)合位點(diǎn)?？梢?，根細(xì)胞壁及其各組分對(duì)Pb2+具有較高的吸附固定能力是類蘆根系Pb耐性的重要機(jī)制。⑷EDTA-蚯蚓聯(lián)合應(yīng)用明顯促進(jìn)了類蘆對(duì)重金屬的吸收，提高了類蘆對(duì)鉛鋅礦區(qū)廢棄地污染土壤中重金屬的吸收富集和治理效果。其中，高濃度EDTA-蚯蚓