农田土壤-植物系统重金属复合污染特征及EDDS诱导植物修复研究

摘要

污染土壤的植物修复是近年来兴起的绿色、高效和环境友好的土壤污染修复技术,螯合诱导植物修复是土壤重金属污染植物修复的有效方法.该研究对浙江省富阳市郊区某污染点Cu冶炼厂周围农田Cu、Zn、Pb、Cd几种重金属污染的污染现状进行调查,讨论了Cu、Zn、Pb、Cd在土壤-水稻系统中的积累迁移规律.在此基础上采用浙江省富阳市同一污染点的16个重金属污染程度不同的土壤,通过盆栽试验和化学提取(0.005 mol L<'-1>DTPA和1mol L<'-1>NH<,4>NO<,3>)来评价污染土壤中Cu、Zn、Pb、Cd对吊竹梅(Zebrinapendula)的植物有效性,并探索吊竹梅在污染土壤植物修复中的应用前景.由于难降解螯合剂螯合诱导植物修复的环境风险,EDDS是一种新型的螯合剂,它是EDTA的结构异构体,EDDS及其金属螯合物易被生物降解,同时又是低毒、低环境风险的,EDDS(乙二胺二琥珀酸)是EDTA的替代品.用温室盆栽试验比较不同剂量的EDDS和EDTA诱导印度芥菜(Brassica juncea)提取重金属Cu、Zn、Pb、Cd的的效果,同时用根际土壤溶液取样器动态监测了植物根际土壤溶液中重金属与总有机碳的变化及它们之间的关系.植物收获后,探讨了外源螯合剂对土壤pH和NH<,4>NO<,3>提取态重金属的影响,并用三步连续提取方法研究了土壤中四种常见重金属Cu、Zn、Pb、Cd的形态分布以及螯合剂对重金属形态分布的影响,以期更好地了解螯合诱导植物修复的机理及螯合诱导植物修复的环境风险.调查区污染土壤重金属含量(mg kg<'-1>)分别为:Cu 193(59~683);Zn 820(237~2112);Pb 182(80~473);Cd 3.5(1.4~12.1).根据《土壤环境质量标准》中的二级标准(GB15618-1995),Cu、Zn、Pb、Cd含量超标率为92％、100％、16％、100％,研究区土壤属于复合污染类型,其中Cu、Zn、Cd污染较为严重.调查区稻米中重金属含量(mg kg<'-1>)分别为:Cu 2.93~8.23;Zn 4.40~45.83;Pb0.05~2.13;Cd 0.07~2.92.根据中国粮食卫生标准,稻米中Cu、Zn含量不超标;Pb、Cd含量超标率为28％、92％;调查区对人类膳食摄取风险和对人类健康影响较大的是Pb、Cd两种元素.在重金属胁迫下,外源螯合剂EDDS与EDTA对印度芥菜产生了较大的毒性,这种植物毒性是螯合剂直接毒性还是间接毒性还需要下一步研究证实.EDDS活化Cu、Zn的能力与EDTA相当,EDTA活化Pb、Cd的能力强于EDDS,这和它们与相应重金属的螯合物稳定常数相符.EDDS和EDTA两种螯合剂显著增加了印度芥菜对重金属的吸收,叶中浓度高于茎中的浓度,不同螯合剂处理对印度芥菜吸收不同重金属的效果不尽相同.EDDS对土壤pH、重金属形态影响较小,EDDS作为一种新兴的环境安全性相对较高的螯合剂具有螯合诱导植物修复污染土壤的潜力,印度芥菜辅以螯合剂EDDS诱导提取技术是修复Cu污染土壤或者复合污染土壤具有应用前景的技术组合.

目录

文摘

英文文摘

第1章文献综述

第2章引言

第3章材料与方法

3.1供试材料

3.1.1植物

3.1.2土壤

3.1.3试验试剂与其它试验用品

3.2试验方法

3.2.1农田重金属污染现状调查

3.2.2吊竹梅(Zebrinapendul)盆栽试验

3.2.3 EDDS螯合诱导植物修复试验

3.3分析方法

3.3.1土壤基本性质分析

3.3.2土壤样品重金属含量

3.3.3土壤重金属单一浸提

3.3.4土壤重金属连续浸提

3.3.5土壤溶液中总有机碳(TOC)与重金属含量

3.3.6植物样品重金属含量

3.3.7分析过程的质量控制与数据处理

第4章结果与讨论

4.1农田重金属污染现状调查

4.1.1土壤样品的基本理化性质和重金属污染状况

4.1.2稻米中重金属含量

4.1.3重金属在水稻的不同部位的富集特征

4.1.4重金属在土壤一水稻系统中的迁移特征

4.1.5小结

4.2吊竹梅盆栽(Zebrinapendul)试验

4.2.1供试土壤性质与重金属污染特征

4.2.2土壤重金属总量与化学提取态的关系

4.2.3吊竹梅地上部重金属含量与土壤金属总量、化学提取态的关系

4.2.4小结

4.3 EDDS螯合诱导植物修复试验

4.3.1供试土壤的性质与重金属含量

4.3.2 EDDS和EDTA对印度芥菜的植物毒性

4.3.3 EDDS和EDTA对土壤重金属的活化作用及其差异

4.3.4 EDDS和EDTA对印度芥菜积累重金属的影响

4.3.5 EDDS和EDTA对土壤pH的影响

4.3.6 EDDS和EDTA对重金属有效态的影响

4.3.7 EDDS和EDTA对土壤中重金属赋存形态的影响

4.3.8小结

第5章结论与展望

5.1结论

5.2本论文研究的特色与不足

5.3植物修复优势与不足

5.4螯合诱导植物修复的经济成本与应用前景

5.5基因改良技术在植物修复研究中的应用

参考文献

致谢

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