豆科-禾本科间作对铅镉污染土壤的植物络合诱导修复的影响

摘要

重金属污染已经成为环境污染的重要形式之一，尤其是矿山开采的过程对周围农田环境的破坏与污染。植物修复因成本低、对土壤破坏小等优点被认定为修复重金属污染的最优方案，但由于正常的植物生物量小、生长缓慢、对逆境的抗性差等特点使得植物修复的效果不高。因此本研究选用豆科-禾本科的间作种植模式，选择植物螯合诱导修复模式以及根瘤菌-豆科共生固氮体系种植模式三种修复模式，分析了不同修复模式下植物的重金属提取效率，探究了土壤理化性质、土壤酶活性对它们的影响，并结合植物的抗氧化酶系统，揭示了植物对重金属的耐性机理，以期促进对植物的重金属提取效率的认识，为矿区重金属污染原位土壤的植物修复提供数据支撑和理论依据，得到以下结果:
　　1、苜蓿(Medicago sativa)与黑麦草(Lolium perenne)间作，缓解了重金属对植物的胁迫作用使得黑麦草、苜蓿的生物量均呈上升的趋势。施加乙二胺二琥珀酸(S，S-ethylenediaminedisuccinic acid，EDDS)黑麦草地上部的生物量增加了60％，地下部的生物量降低了44％，苜蓿地下部生物量显著降低28％。间作的处理下向苜蓿根部接种根瘤菌(S.meliloti CCNWSX0020)发现，接菌后苜蓿的生物量与间作处理相比地下部提高了5.4％，因为两种作物间的营养竞争，黑麦草的地下部生物量较间作降低58％。
　　2、间作提高了黑麦草对Pb、Cd、Zn的吸收，尤其对Cd、Zn，显著提高40％、31％。接种根瘤菌处理后黑麦草对重金属Pb、Cd的吸收提高了23％、7.5％;向土壤中施加EDDS可以有效地提高黑麦草、苜蓿两种植物地上、地下部对重金属Pb、Cd、Zn的吸收，其中黑麦草对重金属的提取效率从大到小依次为:Pb、Cd、Zn，苜蓿对重金属的提取效率从大到小依次为:Pb、Zn、Cd。苜蓿接种根瘤菌后，对Pb的提取效率提高了3.5％，相反对Cd、Zn的吸收降低了28％、20％。
　　3、间作条件下黑麦草地上、地下部的全氮含量显著增加了45％、50％;间作条件下接种根瘤菌苜蓿地下部的全氮含量显著增加12％;黑麦草组织中的Pb、Cd含量与土壤pH值、硝态氮、铵态氮、有效磷呈正相关;与全氮、有机质呈负相关。苜蓿组织中的重金属提取量与全氮、pH值、硝态氮含量呈正相关，与有机质含量呈负相关。土壤中的过氧化氢酶活性与黑麦草、苜蓿地上、地下部的重金属Pb、Cd均存在显著或极显著的正相关关系，苜蓿地下部的Cd、Zn的提取量与土壤蔗糖酶的活性呈显著正相关，黑麦草的地下部的重金属提取量与蔗糖酶、脲酶呈负相关，与碱性磷酸酶呈正相关。
　　4、施加EDDS后黑麦草地上、地下部的MDA含量显著增加57％、28％，地下部活性氧的代谢速率显著提高66％;间作处理下MDA在黑麦草地下部组织中升高35％，在苜蓿的组织中降低22％;接种根瘤菌处理下，黑麦草地下部的MDA、CAT含量分别降低了14％、27％，苜蓿地上部组织中分别增加了23％、26％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 土壤环境中重金属的来源及其污染现状

1．2．1 土壤环境中重金属的来源

1．2．2 土壤重金属污染的现状及危害

1．3 重金属对植物的毒害作用以植物的耐受机理

1．3．1 重金属对植物的毒害作用

1．3．2 植物对重金属的耐性和解毒机理

1．4 重金属污染土壤的植物修复技术

1．4．1 植物修复技术的分类

1．4．2 植物修复技术的局限性

1．5 植物修复技术的改进措施

1．5．1 豆科-禾本科间作体系的植物修复

1．5．2 植物诱导螯合修复

1．5．3 根瘤菌-豆科联合修复

1．6 研究内容及技术路线

1．6．1 研究内容

1．6．2 研究技术路线

第二章 实验材料和方法

2．1 实验材料

2．1．1 供试土壤样品

2．1．2 供试植物

2．1．3 供试螯合剂

2．1．4 供试菌株

2．2 试验设计及实施

2．2．1 试验设计

2．2．2 试验实施

2．2．3 实验方法

2．3 计算及数据处理

第三章 结果与讨论

3．1 矿区土壤基本理化性质及重金属背景值

3．2 间作模式修复、螯合诱导修复、微生物修复对植物吸收效率的影响

3．2．1 三种修复模式下植物地上、地下部重金属含量

3．2．2 三种修复模式下重金属Pb、Cd、Zn的转移系数、富集系数

3．2．3 讨论与小结

3．3 间作模式修复、螯合诱导修复、微生物修复对植物累积效率的影响

3．3．1 三种修复模式下黑麦草、苜蓿生物量

3．3．2 三种修复模式下黑麦草、苜蓿的重金属累积效率

3．3．3 讨论与小结

3．4 间作模式修复、螯合诱导修复、微生物修复对土壤理化性质及土壤酶活性的影晌

3．4．1 三种修复模式下土壤理化性质

3．4．2 三种修复模式下土壤酶活性

3．4．3 三种修复模式下黑麦草、苜蓿组织中总氮含量

3．4．4 土壤理化性质、土壤酶活性与植物组织中重金属含量间的相关分析

3．4．5 讨论与小结

3．5 间作模式修复、螯合诱导修复、微生物修复对植物抗氧化酶系统的影响

3．5．1 三种修复模式下植物中叶绿素含量

3．5．2 三种修复模式下植物中膜脂化产物含量

3．5．3 三种修复模式下植物组织中抗氧化酶系统

3．5．4 小结与讨论

第四章 结论与展望

参考文献

致谢

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