重金属矿区铅污染特征及铅富集植物的筛选研究

摘要

铅是广泛存在于自然界中的重金属之一，在长期对铅资源的开发利用过程中，使得铅通过多种途径进入土壤，造成了日益严重的铅污染，因此进行铅污染土壤的修复成为当前环境科学家急需解决的重大课题。传统的铅污染修复技术成本高，需要打扰土壤结构，只能小面积污染治理。而利用植物对铅的特殊吸收富集能力进行铅污染治理的植物修复技术成本低，对环境扰动少，能大面积推广，具有广泛应用前景。但目前可应用的重金属超富集植物较少，特别是铅超富集植物极少，极大地限制了植物修复技术的应用和铅污染土壤的修复。 有鉴于此，本研究针对目前我国南方重金属矿开采导致林地铅污染日趋严重的现实，选择福建主要的重金属矿区为调查对象，进行福建重金属矿区铅污染状况的全面调查，掌握南方重金属矿区的铅污染特征；并对重金属矿区尾矿库及其周围生长植物的调查采样，测定不同植物的铅含量，据此筛选适应南方重金属矿区生长的铅富集植物；同时对初步筛选出的铅富集植物，在室内进行土培和水培铅胁迫试验，研究铅胁迫条件下不同植物对铅的吸收富集能力的差异，以筛选出可供南方重金属矿区应用的铅超富集植物，为利用铅超富集植物进行林地铅污染修复提供科学依据。主要研究结果如下： (1)对福建省尤溪铅锌矿、连城锰矿、连城铅锌矿矿区重金属污染调查发现：福建主要重金属矿区土壤已受到严重的铅污染。福建连城铅锌矿不同片区Pb含量分别是对照的23.71-142.85倍；连城锰矿不同片区Pb含量是对照的13.53-48.97倍；尤溪铅锌矿不同片区的Pb含量是对照的59.04-152.82倍，说明该金属矿区的污染程度非常严重。但不同重金属矿区的铅含量存在较大差异，其中以尤溪铅锌矿矿区Pb含量最高，连城锰矿矿区Pb含量较低。不同片区的铅污染表现为：尾矿库＞生产车间排污沟＞尾矿库排水沟＞对照区。 (2)在调查的三个重金属矿区中，Pb的单项污染指数变化范围为9.28-34.99，单项污染指数均大于3，说明调查的三个重金属矿区Pb污染均达到重度污染标准。矿区的污染程度表现为：尤溪铅锌矿矿区＞连城铅锌矿矿区＞连城锰矿矿区。福建不同重金属矿区的污染综合指数平均值均远大于3的临界标准，说明调查的三个重金属矿区的铅污染均已达到了重污染标准。其污染程度同样表现为：尤溪铅锌矿矿区＞连城铅锌矿矿区＞连城锰矿矿区。 (3)在重金属含量比较高的重金属矿区尾矿库上生长旺盛、分布频率较高的植物主要有禾本科、菊科、莎草科、豆科等22科共计49种植物。通过49种植物地上和地下部分铅含量测定共筛选出13种铅耐性植物。其中植物3、植物4、毛轴莎草、无芒稗、二歧飘拂草符合铅超富集植物地上部分铅大于1000mg·kg-1的临界标准，以植物4为最高，达到1818.4mg·kg-1，其铅含量大小排序为：植物4＞毛轴莎草＞植物3＞无芒稗。毛轴莎草、长蒴母草、二歧飘拂草、斑茅中Pb含量超过4000mg·kg-1，这说明这些植物根对铅有较强耐性。在13种植物中，植物3和植物4对铅的吸收积累能力最高。 土培胁迫试验证明：植物4在不同铅处理浓度下茎铅含量超过1000mg·kg-1，而且转运系数也大于1，根据铅超富集植物筛选标准，可以确定该植物是铅超富集植物。随铅处理浓度的增加，该植物茎中铅含量随之上升，最高可达3411.56mg·kg-1。植物1和植物2茎中铅最高含量分别是929.89mg·kg-1和933.17mg·kg-1。植物3对铅的吸收转运能力较强，可以往茎中转运更多的铅，在高铅处理浓度下其茎中铅含量可达3789.84mg·kg-1，而且生长良好，而植物3茎中铅含量也可达到3789.84mg·kg-1，其转运系数也较高，但其生物量较小。说明植物3对铅的耐性强；通过室内验证试验确定植物4是铅超富集植物，调查中发现植物4多丛生于田边、水沟、湿润处，在污水沟附近该种植物生长非常旺盛，在铅含量极高环境下该植物仍然能够生长良好，因此完全能用于铅污染土壤的修复。 (4)不同植物对铅吸收积累特性的时间动态分析发现植物3和植物4在低浓度水平下对铅有快速吸收的趋势，在处理32个小时后两种植物都达到了一个短期的铅吸收高峰，随后植株体内铅含量就不再增加。在低铅处理水平时，随处理时间的增加，植物3根茎中铅含量逐渐增加，但根中铅积累比茎快，在32小时时达最高值，随后铅积累速度变缓。植物4在初始处理时根铅的积累明显高于茎。在高铅处理水平下植物3根茎吸收积累铅的速度比低处理水平下快。植物4在高浓度处理水平下其根茎吸收积累铅的速度同植物3表现相同，都是比低铅处理水平下要快。

目录

独创性声明及论文使用授权的说明

摘要

1前言

2国内外土壤铅污染特征及其修复研究进展

3研究地区自然概况

4研究方法

5结果与分析

6讨论

7结论

参考文献

致谢