巨大/胶质芽孢杆菌与柠檬酸联合强化植物修复铅锌镉污染的土壤

摘要

植物修复因其费用低，无二次污染，环境友好等优点被认为使最具潜力和清洁的土壤重金属污染修复技术。但也因超富集植物的生长量小和吸收重金属的量不如预期而使其在实际应用中备受限制。因此，采用螯合剂和微生物强化植物修复成为土壤重金属修复方面的热门研究之一。螯合剂与微生物联合强化植物修复在理论上应该能够达到比单独的螯合剂诱导或微生物诱导植物修复更佳的效果。本文针对铅锌镉复合污染土壤，以印度芥菜作为超富集植物，利用不同浓度的巨大/胶质芽孢杆菌和柠檬酸的混合应用，研究螯合剂与微生物联合强化作用对超富集植物修复重金属污染土壤效果的影响。本实验从促进印度芥菜生长和提高植物对重金属的富集效果出发，探讨螯合剂和微生物促进植物富集土壤铅锌镉复合污染的影响规律，提出诱导植物修复Cd、Pb、Zn复合污染土壤的络合剂和微生物的适宜用量，也为螯合剂与微生物联合诱导植物修复技术提供了实验指导和技术支持。其主要研究结论如下：
　　（1）芽孢杆菌和柠檬酸促进了印度芥菜在铅锌镉复合污染土壤中的生长，并且显著增加了植物中Pb、Zn、Cd的含量和提高了印度芥菜对重金属的生物富集系数和去除率。芽孢杆菌和柠檬酸增加印度芥菜中三种重金属浓度和去除率的排序是Cd>Pb>Zn，而增加印度芥菜对三种重金属的生物富集系数的排序为Cd>Zn>Pb。109 cfu/kg巨大芽孢杆菌和30 mmol/kg柠檬酸的混合处理在所有处理中对Zn、Pb、Cd的去除率都表现最佳，因此被定为最佳处理。然而，胶质芽孢杆菌和柠檬酸的联合处理在促进植物生长、重金属的提取、生物富集系数和去除率方面的效果都要略好于巨大芽孢杆菌和柠檬酸的混合处理。
　　（2）在印度芥菜盆栽中添加不同浓度的巨大/胶质芽孢杆菌和柠檬酸后，土壤中重金属的形态发生了显著的变化，主要是增加了土壤中酸溶态的和降低了残渣态的重金属。重金属的可还原态和可氧化态因重金属种类、微生物种类和添加量的多少而有不同的变化。巨大/胶质芽孢杆菌和柠檬酸的施用使土壤pH值明显下降，并且增加了根际土壤中酒石酸和柠檬酸的含量，这可能是土壤中重金属形态变化的原因。
　　（3）在土壤中添加巨大/胶质芽孢杆菌菌悬液和柠檬酸调理剂明显增加了土壤中脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶的活性。说明巨大/胶质芽孢杆菌菌悬液和柠檬酸能够提高土壤酶活性，改善土壤环境质量，有利于促进植物的生长。
　　（4）添加巨大/胶质芽孢杆菌和柠檬酸的混合处理影响了土壤中微生物的种群结构和数量，其主要表现是放线菌门菌属的显著降低和变形菌门菌属的显著增加。说明芽孢杆菌和柠檬酸的联合修复对植物根际微生物具有明显的筛选作用。巨大芽孢杆菌与柠檬酸的混合处理对微生物种群多样性的影响最显著，使土壤中对活化重金属和植物生长不利的种群消失，而利于植物生长和重金属活化的微生物种群的数量显著提高。柠檬酸的处理与添加巨大芽孢杆菌或胶质芽孢杆菌的处理相比使土壤微生物种群多样性产生了显著的差异，说明柠檬酸可引起土壤微生物特殊种群的形成并可能导致稳定遗传现象的产生。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 重金属污染现状及危害

1.2 土壤重金属污染修复技术

1.3 螯合剂诱导植物修复土壤重金属污染技术的研究进展

1.4 微生物强化植物修复土壤重金属污染的研究进展

1.5 螯合剂和微生物联合强化植物修复土壤重金属污染的研究

1.6 立题依据和研究意义

1.7 技术路线

第2章 材料与方法

2.1 供试土壤

2.2 巨大/胶质芽孢杆菌菌悬液的培养

2.3 盆栽实验

2.4 植物中重金属含量测定

2.5 BCR顺序提取实验

2.6 土壤pH的测定

2.7 根际土壤有机酸分析

2.8 土壤酶活性测定

2.9 高通量测序

2.10 数据处理

第3章巨大/胶质芽孢杆菌和柠檬酸联合处理对印度芥菜修复效果的影响

3.1联合处理对印度芥菜生物量的影响

3.2联合处理对印度芥菜中重金属浓度的影响

3.3联合处理对印度芥菜富集系数和去除率的影响

3.4 本章小结

第4章巨大/胶质芽孢杆菌和柠檬酸联合处理对重金属生物可利用性的影响

4.1 联合处理对土壤中重金属形态变化的影响

4.2 联合处理对土壤pH值的影响

4.3联合处理对根际土壤中有机酸含量的影响

4.4 土壤中重金属形态与pH值和有机酸含量的相关性分析

4.5 讨论

4.6 本章小结

第5章巨大/胶质芽孢杆菌和柠檬酸联合处理对土壤酶活性和微生物多样性的影响

5.1联合处理对土壤酶活性的影响

5.2 巨大/胶质芽孢杆菌和柠檬酸联合处理对土壤微生物多样性的影响

5.3 讨论

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的科研成果