红枫湖疏浚底泥中重金属的植物修复研究

摘要

随着社会和经济的发展，我国大部分城市湖泊受到不同程度的污染，其中湖泊底泥中重金属污染成为影响湖泊水质的一个重要因素。虽然疏浚底泥作为一种使水体生态环境恢复的有效处置方法，但由于其在脱水、堆置过程中可能会造成土壤和地下水的二次污染，因此合理的处置疏浚底泥尤为重要。植物修复技术以其成本低、对环境友好等特点成为污染疏浚底泥治理行之有效的方法之一，引起了国内外学者的高度重视。
　　红枫湖是贵阳市的主要饮用水水源地之一，在贵州中部地区具有重要的经济战略地位。已有研究报道，红枫湖底泥中存在一定程度的重金属污染，对人类及水生生态系统存在潜在的危害。牧草植物由于适应性强、生长快速、生物量大、抵抗力和固土力强，且对重金属具有一定的吸收和耐受能力，成为湖泊疏浚底泥重金属植物修复的热点研究对象。本文以贵阳市红枫湖的底泥作为研究对象，通过自然条件下的盆栽试验，研究了菊苣、红三叶、黑麦草、高羊茅、紫花苜蓿、墨西哥玉米、高丹草7种牧草植物对红枫湖疏浚底泥中重金属 Zn、Cu、Pb、Cd、Ni、Cr的修复情况，并研究了黑麦草连茬的种植方式对底泥中重金属吸收运输的特点及玉米修复底泥的根际作用，同时研究了在底泥中施加不同浓度EDDS螯合剂对植物吸收重金属的影响，以期为植物修复红枫湖重金属污染疏浚底泥的可能性提供科学依据和理论基础，同时也为其他湖泊、河道的疏浚底泥的植物修复提供经验借鉴。主要研究结果如下：
　　（1）为筛选出适合修复红枫湖疏浚底泥中6种重金属Zn、Cu、Pb、Cd、Ni、Cr的植物，对菊苣、红三叶、黑麦草、高羊茅、紫花苜蓿、墨西哥玉米、高丹草7种牧草植物进行了盆栽实验。结果表明：黑麦草、高羊茅、紫花苜蓿、菊苣、红三叶可忍耐红枫湖疏浚底泥环境发芽、正常生长，但5种植物对重金属Zn、Cu、Pb、Cd、Ni、Cr的吸收积累能力和耐性存在一定的差异。黑麦草对Pb、Cu、Cr吸收积累较高，高羊茅对Zn、Ni吸收积累较高；菊苣、黑麦草、高羊茅和紫花苜蓿对Cd富集系数大于1，属 Cd富集型植物；黑麦草 Cr的转移系数、高羊茅 Zn的转移系数、菊苣Cd的转移系数大于1，这3种植物对相应的重金属具有较强的耐性。总体而言，高羊茅和黑麦草可忍耐红枫湖疏浚底泥环境而正常生长，且对重金属Zn、Cu、Pb、Cd、Ni、Cr的修复能力要高于其他供试植物，说明它们具有修复底泥重金属污染的可能性及潜力。
　　（2）为探究同种植物的不同种植方式对植物修复红枫湖疏浚底泥中重金属的影响，对黑麦草进行了连续3茬的种植试验。结果表明：黑麦草地上部分积累重金属的量均为第一茬大于第二茬，第二茬大于第三茬。三茬后，黑麦草的根系吸收积累重金属的量大于地上部分积累的量。种植黑麦草后，底泥中重金属的浓度均有所降低，其中 Zn、Cu、Cr的浓度从原底泥到第一茬、第二茬降低幅度都较大，从第二茬后，降低幅度趋于平缓；Pb、Cd、Ni连续三茬后，底泥中Pb、Cd、Ni浓度与原底泥相比降低程度不大。
　　（3）为探究植物在吸收积累重金属过程中根际行为的影响，对玉米根际作用中微生物数量和酶活性进行了研究。结果表明：种植玉米后，底泥中微生物总量都有增加，其中细菌的增加量最显著，是非根际的5.22倍；底泥中的脲酶和碱性磷酸酶的活性也均有所提高，脲酶的活性增加较为明显。
　　（4）为探究螯合剂的添加对植物修复重金属的影响，投加不同剂量的EDDS对种植高羊茅修复底泥进行了研究。结果表明：低浓度的EDDS对高羊茅生长没有显著影响，而随着EDDS浓度的不断增加，高羊茅的生物量不断减少，表现出对高羊茅的毒性不断增大，且在高浓度时，高羊茅的根部生物量减少得最明显，毒性表现得尤为突出。与未处理组相比，植物中添加低、中、高3个水平（1mmol/kg、5 mmol/kg、10 mmol/kg）的EDDS螯合剂后，底泥 pH变化不显著，微生物的总量增加，脲酶活性升高，碱性磷酸酶活性略有升高；高羊茅地上部分和地下部分对6种重金属的吸收积累量均有所增加，其中添加5 mmol/kg的EDDS效果最明显。

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第一章 前 言

1.1 湖泊底泥中的重金属污染

1.2 重金属污染疏浚底泥的治理技术

1.3重金属污染底泥的植物修复

1.4 植物修复的强化措施

1.5 本研究的目的和意义

1.6 研究内容和技术路线

第二章 材料与方法

2.1 试剂与药品

2.2 主要仪器

2.3 供试植物

2.4 研究方法

第三章 结果与分析

3.1 红枫湖底泥中重金属的污染状况

3.2 不同植物对红枫湖底泥的修复效果

3.3 黑麦草连续三茬的种植方式对红枫湖底泥中重金属的修复影响

3.4 玉米修复的根际作用

3.5 不同浓度的EDDS对植物修复红枫湖底泥中重金属的影响

第四章 结论

参考文献

致谢

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