蓖麻对重金属污染土壤的修复及微生物的强化作用

摘要

本文主要以蓖麻(RicinuscommunisL.)作为植物种，研究其对重金属Cu、Cd、Pb、Zn的耐性以及吸收积累效应，并着重考察在Zn、Cd单一污染下，蓖麻在20天、40天和60天时的生物量以及对Zn、Cd积累量的变化，叶绿素a含量变化，根际土壤中脲酶活性的变化以及60天时根际土壤中Zn、Cd重金属形态的分布；并考察蓖麻在Zn/Cd复合污染的生长响应和对Zn、Cd的吸收积累；本研究还探索性的将筛选出的对Pb有耐性的微生物接种到蓖麻根际，考察外源微生物对蓖麻吸收积累Pb的强化作用。获得以下研究结果： (1)蓖麻对重金属Cu、Cd、Pb、Zn具有不同的耐性，土壤Cu处理对蓖麻的临界毒害浓度在600mg/kg左右；Cd对蓖麻的临界毒害浓度约为160mg/kg；Zn对蓖麻的临界毒害浓度约为1200mg/kg，严重毒害浓度在1600mg/kg左右；蓖麻对Pb的耐性较好，在2000mg/kg下仍未见明显中毒症状。 (2)在Zn和Cd单一污染的土壤中，随着生长时间的增长，蓖麻根、茎、叶积累的Zn或Cd增加，生物量增加，但是其生长速率有所减缓。在同一生长时间段内，叶绿素a含量随着Zn或Cd处理浓度的增加而下降；在同一Zn或Cd处理浓度下，叶绿素a含量随着生长时间的增长而减少。Zn或Cd能够影响叶绿体的结构，影响植物的光合作用，抑制蓖麻生长。 蓖麻根际土壤中的Zn和Cd有不同的形态分布，Zn主要以不易被植物吸收的Fe-Mn氧化态存在，然后依次是碳酸盐结合态、残渣态、有机结合态以及交换态；而Cd主要以植物可吸收利用的交换态存在，然后依次是碳酸盐结合态、Fe-Mn氧化态、有机结合态以及残渣态。 土壤Zn和Cd单一污染对脲酶活性都有一定的抑制作用，并且随着Zn或Cd处理浓度的增加，脲酶活性的抑制率增加，Cd对脲酶的抑制作用强于Zn。经过种植蓖麻后，根际土壤中的脲酶活性得到了不同程度的恢复，脲酶活性恢复率随种植时间的增加而增加。 (3)在Zn/Cd复合污染中，蓖麻吸收和积累锌(镉)随土壤锌(镉)处理浓度的增加而增加。在同一锌处理浓度下，蓖麻地上部和根部的锌积累量随镉处理浓度的增加而减少；地上部的锌积累浓度随镉处理浓度的增加而减少，根部对锌的积累浓度在Zn400mg/kg和Zn800mg/kg时随镉处理浓度的增加而增加，在Zn1200mg/kg时随镉处理浓度的增加而减小。在同一镉处理浓度下，蓖麻地上部对镉的积累量和积累浓度随土壤锌处理浓度的增加而减少，根部对镉的积累量在Cd60mg/kg和Cd120mg/kg时随土壤锌处理浓度的增加而增加，在Cd180mg/kg时随土壤锌处理浓度的增加而减小，而对镉的积累浓度随锌处理浓度的增加基本上是增加的。Zn、Cd对蓖麻的生长、吸收积累的相互作用依赖于Zn/Cd的复合水平和植物部位。 (4)将3种对重金属Pb有耐性的微生物枯草芽孢杆菌、铜绿假单胞菌和筛选出的污泥分离菌1号接种于蓖麻根际后：枯草芽孢杆菌的引入对蓖麻叶、茎、根吸收积累Pb都有一定强化作用，其中根部Pb的积累量的提高显著；但对蓖麻生物量的影响不明显。每株蓖麻带走Pb量比不接种增加，地上部和根系分别增加18％和10％。铜绿假单胞菌的引入对蓖麻茎吸收积累Pb有较明显的强化作用，但是地上部带走Pb的增加量与根系带走Pb的减少量基本相抵，铜绿假单孢菌能促使蓖麻将Pb从地下部转移到地上部。污泥分离菌1号的引入对蓖麻地上部生物量的增加有较明显的促进作用，虽然蓖麻根、茎、叶中的Pb积累浓度无显著提高，但是蓖麻体内的Pb积累量是增加的。从积累Pb的总量来看，每株蓖麻地上部带走Pb的量比不接种增加40％，根部带走Pb量比不接种增加10％。

目录

原创性声明及本论文使用授权说明

摘要

第一章前言

1.1土壤重金属污染现状及治理方法

1.1.1土壤重金属污染的现状分析

1.1.2土壤中重金属的存在形态及迁移转化

1.1.3土壤重金属污染的治理方法

1.2重金属污染土壤的植物修复

1.2.1植物修复的历史及发展

1.2.2植物修复的类型

1.2.3植物修复的机理

1.2.4植物修复的优点和局限性

1.3植物—微生物联合修复的研究

1.3.1植物根系分泌物的生态效应

1.3.2根际圈细菌对重金属污染的修复

1.3.3植物—微生物联合修复

1.4本研究的意义及主要内容

第二章蓖麻对重金属铜、镉、铅、锌的耐性和积累的预筛选试验

2.1材料与方法

2.1.1土壤样品和植物样品

2.1.2盆栽试验

2.1.3分析测试方法

2.2结果与分析

2.2.1蓖麻对铜的耐性与积累特征

2.2.2蓖麻对镉的耐性与积累特征

2.2.3蓖麻对铅的耐性和积累特征

2.2.4蓖麻对锌的耐性和积累特征

2.3讨论

2.4小结

第三章蓖麻对锌、镉单因素污染的响应及其对锌、镉累积效应的研究

3.1材料与方法

3.1.1土壤样品和植物样品

3.1.2盆栽试验

3.1.3分析测试方法

3.2结果与分析

3.2.1蓖麻对锌污染的响应及其对锌的累积效应

3.2.2蓖麻对镉污染的响应及其对镉的累积效应

3.3讨论

3.4小结

第四章蓖麻对锌、镉复合污染的响应及其对锌、镉吸收和积累特性研究

4.1材料和方法

4.1.1土壤样品和植物样品

4.1.2盆栽试验

4.1.3分析测试方法

4.2结果与分析

4.2.1锌、镉复合作用对蓖麻生长的影响

4.2.2锌、镉复合作用对蓖麻体内锌含量的影响

4.2.3锌、镉复合作用对蓖麻体内镉含量的影响

4.2.4锌、镉复合作用对蓖麻地上部和根系中锌、镉积累量的影响

4.3讨论

4.4小结

第五章外源微生物强化蓖麻对铅的吸收和积累研究

5.1材料与方法

5.1.1土壤样品和植物样品

5.1.2从污泥中分离细菌

5.1.3细菌对重金属的耐性筛选试验

5.1.4制备菌种悬浮液

5.1.5种子丸衣化

5.1.6盆栽试验

5.1.7分析测试方法

5.2结果与分析

5.2.1接种微生物于根际对蓖麻生长的影响

5.2.2接种微生物于根际对蓖麻吸收积累铅的影响

5.3讨论

5.4 小结

第六章结论与建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

致 谢

附录 研究生期间发表的论文