稀土镧影响两种植物对水体中重金属镉去除效果的研究

摘要

水是生命之源，在人类活动的影响下，水体污染日益严重，由于重金属会对人体产生较大的毒害作用，所以水体重金属污染的治理成为备受人们关注的话题。目前，对于重金属污染水体的治理方式主要化学修复、物理修复和生物修复。但是物理修复和化学修复虽然具有较高的处理效率，但是容易产生二次污染，造成新的污染。生物修复是一种比较环保的修复方式，具有处理效果好、价格低廉、操作方便已经不易产生二次污染等优点。
　　本文选取轮叶黑藻和铁皇冠两种植物为试验材料，以pH值、水中营养元素氮磷比例以及镉离子浓度为环境变量，在单一和复合条件下，研究两种植物对镉污染水体中镉的去除率，以及不同浓度的镉对植物的毒害作用。同时加入稀土镧，探究不同浓度的镧对镉胁迫下的植物生理指标的影响。本研究的主要成果有:(1)轮叶黑藻对镉污染水体中的镉有较好的去除效果，在镉浓度小于10mg/L时的去除率可达到80％以上，且镉浓度越小去除率越高。在相同镉浓度范围内，铁皇冠对镉的去除率在50％-75％，对镉污染水体的净化效果略逊色于轮叶黑藻。在轮叶黑藻和铁皇冠共同生长的状态下，污染水体中镉的去除率也能达到80％以上。在前五天对镉的去除效率最高，随着时间的增长，去除效率慢慢变低。(2)植物去除污染水体中的镉时，重金属离子进入植物体内，会对植物造成毒害作用，根据镉离子浓度的不同，对植物的毒害作用也有所不同。轮叶黑藻和铁皇冠分别单独处理镉污染水体时，其蛋白质含量，总抗氧化能力(T-DOC)水平都在随着反应时间的增加而减少，且镉离子浓度越大，减少的速度越快。而植物的丙二醛(MDA)含量在急剧增加，随着时间的增加，MDA含量越来越高，铁皇冠抗氧化机制的受损程度小于轮叶黑藻。两种植物共同生长时，重金属镉对其伤害小于单独处理时。(3)水体中的pH值、氮磷含量以及镉离子的浓度都会影响植物的生长，从而影响植物对镉的去除效率。当pH值在中性偏弱碱性（pH值7-9）之间时轮叶黑藻对镉的去除效果较酸性条件下较好。水体中氮磷比例为5∶1，10∶1，20∶1时，轮叶黑藻对镉的去除率相对较高。正交试验结果表明，镉离子浓度、氮磷比和pH值这三个环境因素，在试验前五天，对轮叶黑藻去除镉的影响因素的主次顺序为:镉离子浓度＞氮磷比＞pH值，即不同的镉离子浓度对去除速率影响最大，其次是氮磷比例，影响最小的是pH值;在试验中后期，影响去除率的因素主次顺序为:氮磷比＞镉离子浓度＞pH值，即水环境中的氮磷比对轮叶黑藻去除隔离子的影响最大，其次是镉离子的浓度，影响最小的是pH值。轮叶黑藻对镉离子去除效率最高的因素组合是在镉浓度为5mg/L、pH值为9、氮磷比为20∶1时。(4)低浓度的稀土镧对镉胁迫下轮叶黑藻和铁皇冠毒害作用均有所缓解，且对轮叶黑藻的缓解程度大于铁皇冠。在浓度小于10mg/L的镧作用下，随着镧浓度的升高，植物受镉离子的毒害程度越小，但是当镧浓度大于10mg/L时，随着镧浓度的增加，植物受到的毒害程度比镉离子单独作用时更大。浓度大约在10mg/L的镧对轮叶黑藻和铁皇冠受镉的毒害缓解程度最大，而浓度为100mg/L的镧可能与镉形成协同作用对植物形成更大的伤害。
　　轮叶黑藻和铁皇冠都可以用于镉污染水体的净化，且两种植物共同作用于镉污染水体时，在保证处理效果的基础上还可以减少重金属离子对植物的毒害作用。在加入适应浓度的稀土镧后，对镉胁迫下植物抗氧化机制的损伤都有不同程度的缓解。在用生物手段修复镉污染水体时，加入镧来缓解重金属对植物的伤害，在实际应用中还要注意控制反应时的环境条件，以及稀土对水体中其他物质的作用，这对镉污染水体修复的实际应用有重要意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 重金属污染对水生植物的生态效应

1．2．1 重金属在水生植物体内的富集、分布、迁移、转化及存在形态

1．2．2 重金属对水生植物的毒害效应

1．2．3 水生植物对重金属的耐受机理

1．2．4 重金属对水生植物生理代谢指标的影响

1．3 水体重金属污染的植物修复

1．3．1 修复类型

1．3．2 影响修复的因素

1．3．3 水生植物修复在实际应用中的利弊

1．4 稀土元素的植物生物学效应

1．4．1 稀土元素的概念与特性

1．4．2 稀土对植物生理生长的影响

1．4．3 稀土对植物抗逆性的影响

1．6 研究方案

1．6．1 研究目标

1．6．2 研究内容

1．6．3 技术路线

2 研究材料和方法

2．1 试验材料

2．2 实验方案设计

2．2．1 单因素实验

2．2．2 多因素复合实验

2．2．3 稀土对重金属胁迫下铁皇冠和轮叶黑藻的影响

2．3 实验指标测定

2．3．1 水中重金属Cd2+含量的测定

2．3．2 丙二醛(MDA)含量检测

2．3．3 蛋白质含量检测

2．3．4 总抗氧化能力的测定

2．4 实验主要试剂及仪器设备

2．4．1 主要试剂

2．4．2 主要仪器

2．5 数据处理和分析

3 结果与分析

3．1 两种植物单一和复合生长时对镉污染水体中不同浓度镉去除效果的影响

3．1．1 轮叶黑藻对镉污染水体中镉含量的影响

3．1．2 铁皇冠对镉污染水体中镉含量的影响

3．1．3 两种植物复合生长对镉污染水体中镉含量的影响

3．2 镉胁迫对两种植物单一和复合生长时生理指标的影响

3．2．1 镉污染水体对轮叶黑藻中丙二醛(MDA)含量的影响

3．2．2 镉污染水体对轮叶黑藻总抗氧化能力(T-DOC)的影响

3．2．3 镉污染水体对轮叶黑藻中蛋白质含量的影响

3．2．4 镉污染水体对铁皇冠中丙二醛(MDA)含量的影响

3．2．5 镉污染水体对铁皇冠总抗氧化能力(T-DOC)的影响

3．2．6 镉污染水体对铁皇冠中蛋白质含量的影响

3．2．7 两种植物共同生长时镉污染水体对其丙二醛(MDA)含量的影响

3．2．8 两种植物共同生长时镉污染水体对其总抗氧化能力(T-DOC)的影响

3．2．9 两种植物共同生长时镉污染水体对其蛋白质含量的影响

3．3 单因素对轮叶黑藻的镉去除效果影响

3．3．1 氮影响下，轮叶黑藻对镉污染水体中镉含量的影响

3．3．2 磷影响下，轮叶黑藻对镉污染水体中镉含量的影响

3．3．3 pH影响下，轮叶黑藻对镉污染水体中镉含量的影响

3．4 多因素复合作用下，轮叶黑藻对镉离子的去除效果影响

3．5 稀土镧对两种植物单一和复合作用时去除镉污染水体中镉的影响

3．5．1 稀土镧对轮叶黑藻去除镉污染水体中镉的影响

3．5．2 稀土镧对铁皇冠去除镉污染水体中镉的影响

3．5．3 稀土镧对两种植物复合生长条件下去除镉污染水体中镉的影响

3．5．4 稀土镧对轮叶黑藻耐受机制的影响

3．5．5 稀土镧对铁皇冠耐受机制的影响

4 讨论

4．1 两种植物单一和复合生长时对镉污染水体中不同浓度镉去除效果的影响探讨

4．2 镉胁迫对两种植物单一和复合生长时生理指标的影响探讨

4．3 环境因素对轮叶黑藻去除镉污染水体中镉的影响探讨

4．4 稀土镧对两种植物单一和复合生长时去除镉污染水体中镉的影响探讨

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢