锦州市铁合金厂土壤重金属污染分析、修复及植物产后利用的研究

摘要

本论文针对目前锦州市铁合金厂周边土壤及蔬菜重金属污染严重、土壤重金属污染修复效率低及修复植物产后处理困难等问题，分别研究了锦州市铁合金厂周边及农田（大田、大棚内）土壤中典型重金属(Cu、Zn、Cr及Cd)的含量及分布，分析了Cu、Zn、Cr及Cd对土壤酶（脲酶、蛋白酶、蔗糖酶、过氧化氢酶）活性的影响，揭示了叶菜类蔬菜（不同生长期）及杂草对Cu、Zn、Cr及Cd的吸收、分布及富集规律，并对该地区叶菜类蔬菜重金属污染程度进行了系统评价，探讨了钼酸铵、邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钠、磷酸二氢钠-柠檬酸对土壤重金属化学形态变化的影响，以及化学强化物质（钼酸铵及磷酸二氢钠-柠檬酸）对植物修复重金属污染土壤的诱导规律，发现了灯笼草是一种新的Zn超累积植物，以富集Zn的灯笼草为原料，成功制备了氧化锌纳米粒子与多壁碳纳米管。具体研究结果如下:
　　1、重金属复合污染对土壤酶活性的影响
　　(1)铁合金厂不同区域土壤酶活性存在较大差异。随土壤样品和酶类型不同，酶活性变化幅度相差较大。其中过氧化氢酶变化幅度最大，蛋白酶变化幅度最小。铁合金厂土壤环境下，随着土壤中Cu、Zn、Cr及Cd浓度增加，脲酶、蛋白酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性显著降低。
　　(2)在钼酸铵作用下，四种酶活性均呈不规律变化。其中，蔗糖酶与脲酶活性基本呈上升趋势（激活效应），过氧化氢酶和蛋白酶活性均减小（抑制效应）。
　　2、重金属在土壤-植物体系中的迁移转化研究
　　(1)苦苣、生菜、菠菜及小白菜对土壤中重金属的吸收规律不同。铁合金厂周边农田种植的四种叶菜类蔬菜均受到重金属严重污染。其中Cr与Cd对四种叶菜类蔬菜的污染贡献最大。
　　(2)车前草、蒲公英、野艾蒿、皱叶酸模及灯笼草五种杂草对土壤中的重金属有一定的富集作用。同种杂草对不同重金属的富集作用不同，不同杂草对不同重金属的富集作用也不同。五种杂草中灯笼草叶对Zn和Cd的富集作用最强;野艾蒿根对Cr的富集作用最强;车前草根对Cu的富集作用最强。
　　3、铁合金厂土壤重金属污染的修复
　　(1)钼酸铵对土壤中的Cr与Zn起固定作用，而对Cd、Cu、Ni起活化作用。
　　(2)邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钠缓冲体系(pH=5.2-6.2)对土壤中Cr、Cu、Hg、 Pb的酸可提取态的转化有明显的促进作用;对土壤中As、Hg的氧化结合态及有机结合态的转化有明显的促进作用。
　　(3)磷酸二氢钠-柠檬酸缓冲体系(pH=5.2-7.2)可提高土壤中Zn、Mo、Ni、Pb、Cu、As、Cr、Cd和Hg酸可提取态的含量。其中，柠檬酸对土壤重金属化学形态变化起主要作用。
　　(4)在土壤Zn含量为5000 mg/kg的条件下，植物生长12周后，灯笼草地上部Zn含量达到10976mg/kg，对土壤中Zn的富集系数及转运系数均大于1，由此证明灯笼草是一种Zn的超累积植物。
　　(5)钼酸铵有助于苜蓿草对生物量的积累，而且增强了苜蓿草对重金属的富集能力。磷酸二氢钠-柠檬酸(pH=5.2-7.2)也有助于苜蓿草对生物量的积累。在磷酸二氢钠-柠檬酸的影响下，苜蓿草对As、Cr、Hg、 Mo和Zn的转运系数增加，但降低了对Cd、Cu、Ni和Pb的转运系数。
　　4、修复植物的产后处理
　　(1)以富集Zn的灯笼草地上部分为原料，制得较纯净的氧化锌纳米粒子，其平均粒径为72.5 nm。
　　(2)以灯笼草体内的维管束为原料，制备了纯净的多壁碳纳米管。多壁碳纳米管的结构为:中空、外径范围为20-500nm，内径范围为10-200nm，管壁上存在着缺陷，且直径与管长不统一。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 土壤中的重金属

1．1．1 土壤中重金属的来源

1．1．2 土壤重金属污染的危害

1．2 土壤重金属污染对生化指标的影响

1．3 重金属在土壤——植物体系中的迁移

1．4 土壤重金属污染修复方法

1．4．1 物理化学修复技术

1．4．2 植物修复技术

1．4．3 微生物修复技术

1．5 修复植物的产后利用

1．5．1 传统的植物产后处理及利用

1．5．2 利用重金属超累积植物制备纳米材料

1．6 研究目的、意义、内容和技术路线

1．6．1 研究目的及意义

1．6．2 研究内容

1．6．3 技术路线

第二章 重金属复合污染对土壤酶活性的影响

2．1 材料与方法

2．1．1 供试材料

2．1．2 药品及试剂

2．1．3 实验仪器

2．1．4 实验设计及方法

2．1．5 统计分析

2．2 结果与讨论

2．2．1 土壤重金属含量的测定

2．2．2 铁合金厂周边及农田土壤酶活性分析

2．2．3 钼酸铵对土壤酶活性的影响

2．3 小结

第三章 重金属在土壤——植物体系中的迁移转化研究

3．1 材料与方法

3．1．1 供试材料

3．1．2 药品及试剂

3．1．3 实验仪器

3．1．4 实验设计及方法

3．1．5 统计分析

3．2 结果与讨论

3．2．1 土壤重金属含量

3．2．2 叶菜类蔬菜对重金属的富集情况

3．2．3 叶菜类蔬菜重金属污染状况的评价

3．2．4 杂草对重金属的富集与转运情况

3．3 小结

第四章 铁合金厂土壤重金属污染的修复

4．1 材料与方法

4．1．1 供试材料

4．1．2 药品及试剂

4．1．3 实验仪器

4．1．4 实验设计及方法

4．1．5 统计分析

4．2 结果与讨论

4．2．1 物理化学修复

4．2．2 灯笼草对土壤Zn污染的修复

4．2．3 化学强化植物修复

4．3 小结

第五章 修复植物的产后处理

5．1 材料与方法

5．1．1 供试材料

5．1．2 药品及试剂

5．1．3 实验仪器

5．1．4 实验设计及方法

5．1．5 统计分析

5．2 结果与讨论

5．2．1 纳米氧化锌的表征

5．2．2 多壁碳纳米管的表征

5．3 小结

第六章 结论与建议

6．1 结论

6．1．1 重金属复合污染对土壤酶活性的影响

6．1．2 重金属在土壤——植物体系中的迁移转化研究

6．1．3 铁合金厂土壤重金属污染的修复

6．1．4 修复植物的产后处理

6．2 建议

参考文献

致谢

在学期间公开发表论文及著作情况