铬污染土壤化学—植物联合修复技术研究

论文摘要

植物修复（phytoremediation）是以植物忍耐和超量积累某种或某些污染物的理论为基础,利用植物及其共存微生物体系清除环境中污染物的一门环境治理技术。其中土壤植物修复技术包括植物萃取技术、植物固化技术、植物蒸发技术、根际微生物降解技术。植物萃取技术是当今植物修复技术研究的核心,同时也是最有可能形成产业化规模的土壤修复技术。传统植物修复研究多集中于超积累植物,但由于超积累植物识别进展缓慢,同时超积累植物对生长环境的苛刻要求以及生长缓慢、生物量小、多数无观赏价值等诸多弊端,限制了以超积累植物为基础的植物修复技术的应用和发展。为了解决植物修复技术的瓶颈问题,科学家们将研究方向放在与某些超积累植物有亲缘关系的一些常见大生物量植物上,这些植物普遍具有以下特点:种子易于获得且价格低廉、易于栽培和管理、无生物入侵风险、对重金属有一定的耐性和富集作用。十字花科植物在所发现的重金属超积累植物中占很大的比例,因此十字花科植物被普遍认为是具有广泛重金属耐受基因和富集重金属能力的。本论文首先对重庆本地以及三峡库区土壤重金属污染情况作了调查和分析,选取重金属铬（Cr）为究对象,同时,根据前人研究结果和相关经验选用羽衣甘蓝和小白菜作为修复植物,对Cr污染土壤植物修复技术做了初步研究、对植物吸收重金属的机理做了初步探讨,以期望能利用羽衣甘蓝作为Cr污染土壤的修复植物,同时羽衣甘蓝作为观赏植物能达到修复、观赏两不误的结果。本文研究结果表明:Cr作为有毒重金属之一,在土壤中多以3价存在,并被土壤胶体牢固吸附,其移动能力很差,这对实施植物修复带来一定难度,加入化学添加剂后可以增加土壤有效铬的浓度,以利植物根部对Cr的吸收;Cr3+和Cr6+对羽衣甘蓝种子发芽都有抑制作用,Cr6+毒作用更强,但由于土壤中的铬多以移动能力很弱的Cr3+存在,且土壤以还原性环境为主。因此,在一般轻度铬污染土壤中羽衣甘蓝种子可以正常发芽;在盆栽试验中,移栽后的小白菜和羽衣甘蓝幼苗可以生长,羽衣甘蓝的颜色和外观并未出现明显变化;在试验所设定生长期末添加化学添加剂后两种植物都出现不同程度的受损现象,包括叶片萎蔫、黄斑;经测定两种植物的生物量与对照比有明显下降,羽衣甘蓝情况较小白菜轻,相同种植条件下羽衣甘蓝可获等更大的生物量;经测定在加入化学添加剂后,植物各部分Cr浓度与对照比都有增加,幅度在2～4倍不等,其中以根部的浓度增加最多;对羽衣甘蓝体内Cr形态的研究表明Cr在羽衣甘蓝中多以3价存在,且多以有机态形式存在,这可能表明植物对Cr有还原作用,同时以有机态铬被吸收和转运。羽衣甘蓝能够对Cr达到一定程度的富集,在化学添加剂辅助下,吸收铬的浓度能显著提高,但生物量也有下降,但颜色、外观上受损不严重,可能可以用作观赏,因此作为修复和观赏植物有一定潜力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 国内外研究现状与分析
• 1.1 前言
• 1.2 土壤重金属化学和物理化学修复技术
• 1.2.1 化学固定/稳定
• 1.2.2 化学还原
• 1.2.3 土壤冲洗
• 1.2.4 电动修复
• 1.3 土壤重金属植物修复技术
• 1.3.1 植物萃取（phytoextration）
• 1.3.2 植物过滤（phytofiltration）
• 1.3.3 植物挥发（phytovolatilization）
• 1.3.4 植物稳定（phytostablization）
• 1.4 国内外超级累植物研究
• 1.5 植物修复技术面临的主要瓶颈
• 1.6 螯合诱导修复技术
• 1.7 影响修复效果的主要因素
• 1.8 植物吸收重金属及解毒机理
• 1.9 土壤铬污染及相关研究概况
• 2 研究内容、材料与方法
• 2.1 技术路线与研究内容
• 2.1.1 技术路线
• 2.1.2 研究内容
• 2.2 供试材料
• 2.2.1 供试土壤
• 2.2.2 供试植物
• 2.2.3 主要化学试剂及仪器
• 2.2.4 模拟铬污染土壤的制备
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 种子发芽和根生长抑制试验
• 2.3.2 盆栽试验
• 2.4 测定方法
• 2.4.1 植物的采收及保存
• 2.4.2 重金属铬的测定
• 2.4.3 生理生化指标检测方法
• 2.4.4 植物中铬的形态及其含量研究（程永安等，2004）
• 2.4.5 常规项目分析
• 2.5 数据分析方法
• 3 结果与分析
• 3.1 种子发芽和根生长抑制
• 3.1.1 不同浓度铬对羽衣甘蓝种子发芽率、幼苗重量的影响
• 3.1.2 不同浓度铬处理对种子萌发根和下胚轴长的影响
• 3.1.3 不同浓度铬处理对种子萌发根和下胚轴形态的影响
• 3.1.4 讨论
• 3.2 不同铬处理条件下对植物生物量的影响
• 3.2.1 不同处理条件对小白菜生物量的影响
• 3.2.2 不同处理条件对羽衣甘蓝生物量的影响
• 3.2.3 讨论
• 3.3 不同铬处理条件下植物对铬的吸收研究
• 3.3.1 不同处理条件下植物中铬浓度的比较
• 3.3.2 不同处理条件下植物中铬含量的比较
• 3.3.3 转移系数和富集系数研究
• 3.4 不同铬处理条件对植物生理指标的影响
• 3.5 植物中铬存在的形态和含量分析
• 3.6 土壤铬有效态讨论
• 3.7 羽衣甘蓝修复土壤铬污染评价
• 4 结论与展望
• 4.1 主要结论
• 4.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录