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重金属污染土壤上苎麻的修复作用及组合修复效果研究

作　者: 沈莉萍
导　师: 宗良纲
学　校: 南京农业大学
专　业: 环境科学
关键词: 苎麻镉、铅污染植物修复螯合剂泥炭
分类号: X53
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

苎麻生物量大,适应性强,不仅具有较强的镉的富集能力,并且报道对镉、铅、砷等复合污染的修复具有较强的富集效果。但是苎麻对镉的吸收能力表现出了根>地上部的趋势,因此如何进一步提高苎麻对土壤重金属的修复效率也成为重要的研究课题。本文通过生物盆栽试验,研究了苎麻在螯合剂和泥炭的组合修复技术下苎麻对镉污染土壤的修复作用,同时研究了苎麻在镉、铅和镉-铅复合污染土壤上对镉、铅的吸收和富集,探讨苎麻在镉、铅和镉-铅复合污染土壤上的生长耐性和吸收机制,为土壤重金属污染的植物修复提供理论参考和技术支持。本研究分为两个方面：(1)苎麻对镉、铅和镉铅复合污染土壤上的生长耐性和吸收积累特征研究；(2)螯合剂和泥炭的组合修复技术对苎麻吸收土壤镉的影响及富集特征研究。人工培养镉、铅污染土壤试验表明在镉、铅及其镉-铅复合污染土壤上,苎麻表现出了相应的生理生化特性和对镉、铅污染的耐性机制。不同镉、铅污染水平下,生物量随着污染浓度的升高而降低,镉-铅复合污染>镉污染>铅污染,叶绿素含量、根系活力和MDA含量都表现出了相似的规律,对植物的胁迫抑制作用为地上部>根部,复合污染>单一镉污染>单一铅污染的规律,说明复合污染对植物的生长具有较强的抑制作用,并且苎麻受镉的胁迫更强。但是各个污染水平并没有对苎麻产生明显的毒害症状,苎麻在整个生长期生长良好,说明苎麻对镉、铅污染都具有较好的生理耐性。苎麻对镉-铅复合污染具有较好的吸收积累特征.镉-铅复合污染下苎麻对镉、铅的吸收都随着污染浓度的升高而升高,镉-铅复合体系中,铅对镉的吸收产生协同作用,而高浓度的镉对铅产生较强的抑制作用。铅主要累积在苎麻根部,其转运能力和富集能力都较弱。这和土壤中镉、铅形态密切相关,外源铅镉的加入使镉以可交换态和残渣态为主,具有较强的活性,而铅以铁锰氧化物结合态和残渣态为主,不利于植物的吸收利用,同时镉-铅的共存使得土壤更易吸附铅,促进了植株对镉的吸收,降低了植株对铅的吸收。苎麻对镉有较强的富集能力,但是对铅产生了一定的排斥作用,说明苎麻对镉-铅复合污染有较强的耐性机制,对于修复镉-铅污染土壤具有一定的潜力。在组合修复效果研究的试验中,泥炭的加入改善了土壤性质,促进了植物的生长,并且柠檬酸和泥炭的配施更有利于植物生物量的增加。在促进植物吸收镉能力方面,螯合剂(EDTA、柠檬酸)和泥炭的配施处理能更好的促进苎麻对镉的吸收,其土壤交换态镉所占镉形态百分数为61.6%,58.3%,这主要由于高量泥炭使DOM更易于土壤重金属离子结合,强化植物修复效果。螯合剂(EDTA、柠檬酸)和泥炭两种组合方式的地上富集系数分别为1.33和1.32,大于单施(EDTA、柠檬酸和泥炭)处理1.11、1.11和1.05,具有较好的富集效应,同时螯合剂(EDTA、柠檬酸)和泥炭的组合处理对土壤镉的净化率分别达到了1.13%和1.22%,其中柠檬酸和泥炭配施因有较大的生物量,使植株总镉量略高于EDTA与泥炭的组合处理,更有利于镉污染土壤的修复。因此,在此基础上设计不同浓度的EDTA和柠檬酸与泥炭组合配施,并延长苎麻的生长期进行两茬连续种植,对强化苎麻对土壤镉的修复作用作进一步的研究。试验结果表明：螯合剂(EDTA、柠檬酸)和泥炭的配施处理均促进了苎麻对镉的吸收,并随着施入量的增加而增加,其中高量泥炭和高量螯合剂的配施均更好的提高了土壤可交换态镉分配系数,降低了有机结合态和残渣态的分配系数。植株吸收镉量与土壤可交换态和有效态镉含量都有较好的相关性,两茬种植中相关系数分别达到了0.946、0.992和0.986、0.993。施入螯合剂(EDTA、柠檬酸)和泥炭后,苎麻对镉的转运系数和地上富集系数均大于1,其中高量泥炭和高量EDTA的转运系数和富集系数为最大,第一茬为1.51和1.21,第二茬为1.44和1.61。在两茬种植中各处理生物量有下降的趋势,但是苎麻对镉的吸收能力有增加的趋势。这主要是由于泥炭和螯合剂对于苎麻的生长在前期的影响作用比较大,而对于苎麻对镉的富集能力来说,后期螯合剂和泥炭对植株的富集效应并没有减弱,说明至少在两茬苎麻种植时间内,施加螯合剂和泥炭对强化苎麻修复重金属镉污染土壤上具有较好的效果。

全文目录

摘要  9-11
ABSTRACT  11-13
第一章绪论  13-17
第二章土壤重金属污染的修复技术研究进展  17-25
  2.1 植物修复技术的概述及主要研究进展  17-19
    2.1.1 植物修复技术的概述  17-18
    2.1.2 重金属污染的植物修复机理  18-19
      2.1.2.1 离子区隔化作用  18
      2.1.2.2 螯合作用  18
      2.1.2.3 生物转化作用  18-19
      2.1.2.4 细胞修复机制  19
  2.2 组合修复技术对土壤重金属的活化机制  19-20
    2.2.1 土壤微生物的影响作用  19
    2.2.2 螯合剂的影响作用  19
    2.2.3 土壤pH值的影响作用  19-20
    2.2.4 土壤氧化还原电位的影响作用  20
    2.2.5 土壤竞争离子的影响作用  20
  2.3 螯合诱导植物修复技术的研究进展  20-25
    2.3.1 螯合诱导修复技术  20
    2.3.2 用于植物提取的螯合剂种类  20-21
    2.3.3 螯合诱导植物修复技术的机理  21-22
    2.3.4 螯合诱导修复的环境风险  22-23
    2.3.5 螯合诱导植物修复研究存在的问题及研究展望  23-25
第三章镉、铅胁迫下苎麻生理生化特性和耐性研究  25-35
  3.1 材料与方法  25-27
    3.1.1 供试材料与设计  25-26
    3.1.2 样品采集与分析  26-27
    3.1.3 数据分析  27
  3.2 结果与讨论  27-33
    3.2.1 镉、铅及其复合污染对苎麻生长的影响  27-28
    3.2.2 镉、铅及其复合污染对苎麻叶绿素含量的影响  28-29
    3.2.3 镉、铅及其复合污染对苎麻根系活力的影响  29-30
    3.2.4 镉、铅及其复合污染对苎麻根叶MDA含量的影响  30-32
    3.2.5 苎麻对镉、铅及其复合重金属污染的吸收特征  32-33
  3.3 本章小结  33-35
第四章镉-铅复合污染下苎麻对重金属的吸收积累特征  35-47
  4.1 材料与方法  35-37
    4.1.1 供试材料与设计  35-36
    4.1.2 样品采集与分析  36
    4.1.3 数据分析  36-37
  4.2 结果与讨论  37-44
    4.2.1 苎麻对镉-铅复合污染的生长反应  37-38
    4.2.2 苎麻对镉—铅复合污染的吸收积累特征  38-43
      4.2.2.1 苎麻对镉—铅复合污染的吸收作用  38-40
      4.2.2.2 苎麻对镉—铅复合污染的富集特征  40-42
      4.2.2.3 苎麻对镉—铅复合污染的积累特征  42-43
    4.2.3 镉—铅复合污染的重金属形态特征  43-44
  4.3 本章小结  44-47
第五章螯合剂和泥炭对苎麻吸收土壤镉的影响  47-55
  5.1 材料与方法  47-49
    5.1.1 供试材料  47-48
    5.1.2 盆栽试验设计  48
    5.1.3 样品采集和分析测定  48
    5.1.4 数据分析  48-49
  5.2 结果与讨论  49-54
    5.2.1 不同修复措施对苎麻生物量和生理特性的影响  49-50
    5.2.2 不同修复措施对苎麻吸收土壤中镉的影响  50-51
    5.2.3 不同修复措施下土壤中镉形态的变化  51-52
    5.2.4 不同修复措施对污染土壤镉的净化率及镉富集能力的影响  52-54
  5.3 本章小结  54-55
第六章组合修复下连续种植苎麻对土壤镉的吸收及富集特性研究  55-65
  6.1 材料与方法  55-56
    6.1.1 供试材料  55
    6.1.2 盆栽试验设计  55-56
    6.1.3 样品采集和分析测定  56
    6.1.4 数据分析  56
  6.2 结果与讨论  56-63
    6.2.1 螯合剂和泥炭配施下对苎麻生物量的影响  56-57
    6.2.2 螯合剂和泥炭配施下对苎麻吸收重金属镉的影响  57-60
    6.2.3 螯合剂和泥炭配施对土壤中镉形态的影响  60-61
    6.2.4 螯合剂和泥炭配施下苎麻的镉吸收量与镉形态的关系  61-62
    6.2.5 螯合剂和泥炭配施下苎麻对镉的富集特征  62-63
  6.3 本章小结  63-65
第七章全文结论与展望  65-69
  7.1 全文结论  65-66
  7.2 本研究的创新点和不足之处  66
  7.3 研究展望  66-69
参考文献  69-79
作者简介  79-81
致谢  81

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