EDTA强化盐生植物修复Pb、Cd与次生盐渍化复合污染土壤

摘要

设施农业是随农业现代化和种植结构调整发展起来的新型产业。目前，我国设施农业面积约为400万hm2，其中设施菜地占设施农业总面积的95％以上。2010年我国设施蔬菜总产量超过1.7亿吨，占蔬菜总产量的25%。在设施农业生产中，盲目施肥与过度灌溉会引起土壤板结、次生盐渍化等问题，特别是土壤酸化会提高重金属在土壤中的迁移性，进而加剧重金属在土壤中的积累，其中设施土壤重金属污染以Pb、Cd较为突出。设施土壤次生盐渍化和重金属积累会降低农产品品质，甚至危害人体健康，阻碍设施农业可持续发展，修复重金属与次生盐渍化复合污染土壤是设施农业生产中亟待解决的问题。
　　目前，盐渍土的修复主要有工程措施、化学措施、生物措施和农业措施，虽取得一定成效，但还存在修复时间长、成本高或效率低等问题；重金属污染土壤的修复技术主要有客土法、热处理法、电动修复法、植物修复法、化学固定法和淋洗法等，这些方法投资大、运行成本高或容易造成二次污染。盐生植物的脱盐能力强，一些盐生植物还对重金属表现出一定的富集能力，对于修复重金属污染的土壤表现出一定潜力。另一方面，螯合剂可以提高土壤中重金属的生物有效性，结合植物修复能够提高重金属的去除率，其中EDTA被广泛用于强化植物修复重金属污染土壤，并取得较好的修复效果。因此，应用EDTA强化盐生植物修复重金属与盐渍化复合污染土壤值得进一步探讨。目前，修复重金属与次生盐渍化复合污染土壤的研究较少，采用EDTA强化盐生植物的修复研究更少见报道。为此，本文采用盆栽试验，考察景天三七、翅碱蓬和紫花苜蓿对模拟盐渍土中阴离子（NO3-、Cl-、SO42-）的去除效果，筛选出可有效去除盐分阴离子的盐生植物；考察添加和不添加EDTA时3种植物对模拟Pb、Cd污染土壤的修复效果，筛选出可有效去除Pb、Cd的盐生植物和EDTA添加水平；在此基础之上，采用EDTA强化盐生植物修复Pb、Cd污染盐渍土，并应用于实际污染土壤的修复研究。取得如下主要研究结果：
　　1.移栽盐生植物70 d，对模拟盐渍土中盐分阴离子（NO3-、SO42-、Cl-）的去除实验表明：在土壤盐度为0.15%时，3种植物的生物量都高于对照，景天三七对NO3-的去除率达到68.56%，紫花苜蓿对SO42-和Cl-的去除率分别达到53.46%和66.42%。在土壤盐度为0.45%时，翅碱蓬的生物量高于对照，而另两种盐生植物的生物量都低于对照，景天三七对NO3-、SO42-和Cl-的去除率分别为68.36%、47.36%和57.38%。在土壤盐度盐度为0.75%时，紫花苜蓿不能存活，景天三七的生长受到抑制，而翅碱蓬的生物量高于对照；景天三七对NO3-的去除率为35.68%，翅碱蓬对SO42-和Cl-的去除率分别为31.83%和31.25%。说明中低盐度水平下景天三七对盐分阴离子的去除效果最好，而在高盐度时翅碱蓬对盐分阴离子的去除效果更好。
　　2.移栽盐生植物70 d，对模拟重金属污染土壤中Pb、Cd的去除实验表明：在考察的Pb、Cd含量水平下，土壤中的Pb、Cd几乎不影响3种盐生植物的生长。景天三七对轻度、中度和重度污染土壤中的Pb、Cd均表现出较高的去除效率，且对Cd的去除率略高于Pb；添加EDTA有利于提高土壤中Pb、Cd的去除率和植物对Pb、Cd的积累量，当EDTA的添加水平为4 mmol/kg土时，轻度、中度和重度污染土壤中Pb的去除率分别达到30.84%、32.59%和28.78%，Cd的去除率分别达到34.22%、36.47%和35.83%。
　　添加EDTA后，3种盐生植物对Pb、Cd的富集系数和转运系数都有不同程度的增加，进一步说明添加EDTA可以提高土壤中Pb、Cd的去除效率，以添加4 mmol/kg EDTA的效果最好，又以景天三七对Pb、Cd的富集积累能力最强。
　　3.移栽翅碱蓬和景天三七70 d，对模拟重金属与次生盐渍化复合污染土壤的修复实验表明：在土壤盐度为0.15%时，两种植物的生物量均高于对照；在土壤盐度为0.45%和0.75%时，翅碱蓬的生物量高于对照，而景天三七的生物量低于对照。景天三七对低盐度土壤中NO3-、SO42-、Cl-的去除率分别达到71.23%、51.67%和58.27%；对于高盐度土壤，景天三七对NO3-的去除率为37.42%，翅碱蓬对 SO42-和Cl-的去除率分别为31.83%和31.68%。景天三七对对轻度、中度和重度污染土壤中 Pb的去除率分别为41.37%、41.21%和38.56%，对Cd的去除率分别为47.25%、45.67%和45.39%。
　　景天三七对Pb、Cd的富集系数和转运系数较大，高盐度时会出现下降。土壤盐度越大，翅碱蓬和景天三七对Pb、Cd去除效果越好。分析植物生理生化指标（叶绿素、脯氨酸、丙二醛、SOD活性）发现：随着土壤盐度增大，景天三七受胁迫反映更加强烈，而翅碱蓬则没有表现出受胁迫症状；同一盐度水平下，Pb、Cd浓度变化对植物的生长影响不明显。
　　4.用EDTA强化景天三七修复实际污染土壤，获得土壤中NO3-、SO42-和Cl-的去除率分别为59.22%、42.11%和51.65%，Pb、Cd的去除率分别为37.87%和41.61%，景天三七地上部Pb、Cd含量分别为486和5.16 mg/kg干重，对土壤中Pb、Cd和盐分阴离子都有较好的去除效果，可以有效修复重金属与盐渍化复合污染土壤。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1研究背景

1.2土壤次生盐渍化

1.3设施土壤中的重金属污染

1.4盐生植物及其在修复盐渍土和重金属污染土壤中的作用

1.5 EDTA及其在修复重金属污染土壤中的作用

第2章引言

2.1研究目的与意义

2.2研究内容

2.3研究特色

2.4技术路线

第3章材料与方法

3.1供试土壤

3.2样品分析方法

3.3实验步骤

3.4数据处理与分析方法

第4章 结果与讨论

4.1盐生植物去除土壤中的盐分阴离子

4.2 EDTA强化盐生植物修复Pb、Cd污染土壤

4.3 EDTA强化盐生植物修复Pb、Cd污染的盐渍土

4.4 EDTA强化景天三七修复实际污染土壤

第5章结论与建议

5.1主要结论

5.2建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研项目