茶皂甙对土壤中镉的解吸及植物吸收行为的影响

摘要

重金属是土壤最主要的污染物之一，重金属污染土壤后会通过食物链危害人类健康。其中，镉(Cd)是所有有毒微量元素中对人类健康威胁最大的一种。因而，对Cd污染土壤的修复治理技术已成为环境工程领域的研究热点之一。目前，对重金属污染的土壤可通过物理、化学和生物修复技术等方法进行。表面活性剂可以通过与土壤溶液中的重金属离子结合，改变重金属在土壤中的存在形态，使重金属从土壤颗粒表面解吸，由不溶态转化为可溶态，从而大大活化土壤中的重金属，为土壤淋洗和植物的吸收创造有利条件。本文在综述表面活性剂在土壤重金属污染修复中的研究现状基础上，选择了生物型表面活性剂茶皂甙促进Cd从土壤颗粒表面解吸，从而增加了Cd的生物有效性，为强化植物修复创造有利条件，旨在探讨茶皂甙应用到植物修复Cd污染土壤的可行性，以期为选择适当的重金属污染土壤淋洗修复材料和化学强化植物修复材料提供理论依据，同时为实际修复应用提供理论基础。主要研究结果如下：
　　 1．通过土壤淋洗模拟试验，证实了生物型表面活性剂茶皂甙对解吸土壤中Cd的可行性。本研究选用两种不同的土壤，小粉土和黄壤土，随着茶皂甙浓度的增加，这两种土壤中的Cd的解吸率呈现递增趋势，最大解吸率分别为74.5％和64.6％。支持电解质(NaNO3)的添加有利于茶皂甙对Cd的解吸。解吸动力学试验结果表明：随着时间的延长，茶皂甙对土壤中Cd的解吸率呈现先增加后减少最后趋于稳定，两种土壤均于10min达到最大值，茶皂甙对小粉土中Cd的解吸率为68.1％，而对黄壤土为84.3％。该解吸过程遵从拟二级动力学模型，R2分别为0.99877和0.99975，拟合曲线线性关系良好。模拟Cd和杀螟硫磷复合污染的土壤，研究茶皂甙对复合污染物的解吸试验，结果表明，有机污染物的存在会对茶皂甙解吸Cd有一定的抑制作用。
　　 2．盆栽试验结果显示，茶皂甙作为一种天然的生物型表面活性剂可以有效促进玉米对Cd的吸收。在玉米的动态试验中，随着玉米的生长，玉米根系对Cd的吸收也不断增加，而茎叶里Cd的含量在一开始迅速增加，并在短期内达到最大，然后逐渐减少，当玉米生长到第五天时，根中Cd的浓度为116.9mg/kg，茎叶中为104.19mg/kg，是不添加茶皂甙的对照组Cd含量的1.6倍。玉米对Cd的吸收能力随着茶皂甙浓度的增加而增加，玉米的根中Cd的最高浓度达到183mg/kg，茎叶中的最高浓度达到71mg/kg，分别是对照的155％和264％。转运系数(TF)用来评价植物将重金属从地下部向地上部的转移运输和富集能力。茶皂甙可提高Cd在玉米体内的转运系数，在25-200mg/kg浓度下，随着茶皂甙浓度的提高，TF递增，浓度为200mg/kg时，TF为对照的1.74倍。采用差速离心法研究了在茶皂甙的存在下Cd在玉米亚细胞水平的分布情况，结果表明含细胞质和液泡的可溶性部分是Cd在玉米细胞内的主要结合位点，其次为细胞壁部分，只有少量的Cd分布在叶绿体、线粒体和细胞核等细胞器组分中。同时，在茶皂甙的诱导下，玉米在茎叶细胞内的Cd有从细胞质向细胞壁转移的趋势。
　　 综上所述，茶皂甙作为一种天然的生物表面活性剂可以有效地从土壤中解吸Cd，活化Cd，从而能强化植物吸收和从根系向地上部运输Cd，具有应用于Cd污染土壤的淋洗修复技术和植物修复技术的潜力。

目录

文摘

英文文摘

第1章 引言

1.1 土壤中镉污染来源与分布

1.1.1 农药、化肥和塑料薄膜的使用

1.1.2 污水灌溉

1.1.3 污泥施肥

1.1.4 含重金属废弃物堆积

1.1.5 金属矿山酸性废水污染

1.2 镉在土壤中的地球化学性质

1.2.1 土壤中镉的赋存形态

1.2.2 土壤环境中镉的不同形态与植物吸收的关系

1.2.3 镉在土壤-植物体系中的迁移

1.3 土壤镉污染的危害

1.3.1 对人体及动物的危害性

1.3.2 对植物的危害性

1.4 重金属污染土壤的修复方法

1.5 表面活性剂在土壤重金属修复中的应用

1.5.1 重金属活化机理

1.5.2 表面活性剂

1.5.3 表面活性剂对土壤重金属的解吸

1.5.4 表面活性剂强化植物修复重金属污染土壤

1.6 茶皂甙在土壤重金属污染修复中的应用

1.7 本论文研究的主要目的和内容

1.7.1 研究目的

1.7.2 研究内容

1.7.3 论文创新点

第2章 茶皂甙对土壤中镉的解吸效果

2.1 引言

2.2 主要仪器与试剂

2.2.1 仪器

2.2.2 标准样与试剂

2.3 处理设置

2.4 试验方法

2.4.1 茶皂甙浓度对镉解吸率的影响试验

2.4.2 解吸动力学研究

2.4.3 动力学模型

2.4.4 支持电解质对镉解吸率的影响试验

2.4.5 杀螟硫磷对镉解吸率的影响试验

2.5 湿法消化

2.6 标准曲线的绘制

2.7 原子吸收光谱仪检测

2.8 数据分析

2.9 实验结果与讨论

2.9.1 茶皂甙浓度对镉解吸率的影响

2.9.2 茶皂甙对镉的解吸动态影响

2.9.3 动力学方程

2.9.4 支持电解质对镉解吸率的影响

2.9.5 杀螟硫磷对镉解吸率的影响

2.10 本章小结

第3章 茶皂甙对玉米吸收镉的影响

3.1 引言

3.2 试验材料与方法

3.2.1 试验材料

3.2.2 土培试验方法

3.2.3 水培试验方法

3.3 土培试验结果

3.3.1 茶皂甙对玉米生长的影响

3.3.2 茶皂甙对玉米各组织吸收镉的影响

3.3.3 转运系数

3.3.4 茶皂甙对玉米吸收镉的动态分析

3.4 水培试验结果

3.4.1 茶皂甙对玉米生长的影响

3.4.2 镉在玉米亚细胞水平的分配

3.5 本章小结

第4章 结论与展望

4.1 主要研究结论

4.2 展望

参考文献

附录图片

致谢

硕士期间已发表论文