利用油菜对镉、铅污染农田土壤植物修复研究

论文摘要

镉、铅是危险的土壤重金属污染物,一方面因为这两种重金属污染来源广泛,而且容易在土壤中蓄积,另一方面又因为镉、铅在生物圈内可迁移、转化、富集和沿食物链的“生物放大”。因此,研究对镉、铅污染土壤进行植物修复具有较高的理论与实践价值。在本研究中,利用高生物量植物油菜作为修复植物,对镉、铅土壤进行植物修复研究；同时,采取土壤改良措施提高土壤中镉、铅的植物可利用性,达到提高油菜修复效率的目的,主要的结论有：1)依据我国《土壤环境质量标准》（GB15618—1995）三级标准值为评价依据,对滇南的某矿区农田土壤的调查,结果表明：土壤中镉的含量（4.06～5.8mg·kg-1）都全部超标,土壤中铅的含量（653.99～1294.48 mg·kg-1）除CA-3个别采集点外也超标,说明农田土壤受到重金属镉、铅复合污染；2)在低浓度的镉（1mg·kg-1）污染下,油菜地上部生物量增加9%,油菜根部生物量降低了14%；在高浓度的镉（4 mg·kg-1）污染下,油菜地上部生物量降低了4%,根部生物量降低了10%；在低浓度的铅污染下,油菜地上部生物量增加了2%,油菜根部生物量增加了14%；在高浓度的铅（850 mg·kg-1）污染下,油菜地上部生物量降低了7%,油菜根部生物量降低了17%；在复合污染实验中,在低浓度的复合实验（Cd1+Pb500mg·kg-1）中,油菜地上部生物量降低了4%,根部生物量下降了14%；在高浓度的复合实验（Cd4+Pb850 mg·kg-1）中,油菜地上部生物量降低了22%,根部生物量下降了32%；在镉、铅单一及其复合污染下,重金属都对植物产生了伤害,导致油菜地上部分的生物量、根部的生物量及总生物量的明显下降,且随着重金属污染浓度的增加而表现为逐渐减少的趋势；3)在低浓度镉（1 mg·kg-1）污染下,油菜地上部的镉含量1.843 mg·kg-1;高浓度镉（1mg·kg-1）污染下,油菜地上部的镉含量4.06 mg·kg-1;在低浓度铅（500 mg·kg-1）污染下,油菜地上部的铅含量28.43 mg·kg-1;高浓度铅（850 mg·kg-1）污染下,油菜地上部的铅含量133.342 mg·kg-1;在复合污染实验中,在低浓度（Cd1+Pb500 mg·kg-1）实验中,油菜地上部镉和铅的含量分别为：10.09 mg·kg-1和17.36 mg·kg-1;在高浓度（Cd4+Pb850 mg·kg-1）实验中,油菜地上部镉和铅的含量分别为：53.62 mg·kg-1和75.689mg·kg-1;镉、铅单一及复合污染下,油菜对镉、铅的吸收规律是：油菜体内镉、铅的含量随着土壤中镉、铅的含量增长而增长；在镉、铅复合污染下,油菜对镉、铅的吸收机制是不同的,在重金属复合污染下,油菜对重金属的吸收不是单一重金属污染下油菜对重金属吸收量的简单叠加,而是受制于重金属元素之间的相互作用影响；油菜对镉吸收量随着土壤中铅添加量的增加而升高,而油菜对铅的吸收则随着土壤中镉的添加量的增加而下降；4)在镉、铅单一及复合污染下,油菜通过启动自身的保护机制,维持正常的生理代谢。本研究表明：当油菜体内含有大量的重金属离子时,油菜通过抗坏血酸酶分解抗坏血酸,清除体内的活性氧,以消除植物体内的活性氧的积累,缓解重金属对植物造成的伤害；5)为了提高对镉、铅污染土壤的植物修复效率,对受污染土壤进行基质改良,采取传统的农学措施—施肥,不同氮肥对镉、铅复合污染条件下油菜盆栽试验生物量影响差异不明显。与对照实验相比较,对油菜吸收镉、铅均能起促进作用,对于富集重金属元素表现出了一致规律,对油菜富集镉、铅的促进依次为氯化铵处理>硫酸铵处理>尿素处理。不同钾肥对镉、铅复合污染条件下油菜盆栽试验生物量影响差异不明显。与对照实验相比较,对油菜吸收镉、铅均能起促进作用,但是对重金属元素富集表现不一致,对于油菜富集铅促进,依次为硫酸钾处理>硝酸钾处理>氯化钾处理；对于油菜富集的镉促进,硝酸钾处理明显低于硫酸钾和氯化钾处理。6)由于植物修复成功推广的关键是：在一定时间内到达清洁土壤的目的。因此,可以在开展植物修复的同时,结合其它土壤修复措施,本研究表明：采取客土法可以有效缓解重金属镉、铅对植物的伤害,同时在稀释土壤上种植以高生物量的修复植物,达到边治理边修复的效果,可以有效缩短植物修复的时间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 植物修复国内外研究进展
• 1.1 植物修复技术
• 1.1.1 植物修复技术的定义
• 1.1.2 植物修复技术的分类
• 1.1.2.1 重金属植物修复
• 1.1.2.2 有机污染物植物修复
• 1.1.3 植物修复的运用范围
• 1.2 重金属污染土壤植物修复技术的关键因素
• 1.2.1 适宜植物的选择
• 1.2.1.1 超富集植物
• 1.2.1.2 高生物量耐性植物
• 1.2.2 土壤重金属的植物可利用性
• 1.3 强化植物修复措施
• 1.3.1 转基因技术强化措施
• 1.3.2 络合剂—植物强化修复措施
• 1.3.3 植物修复中的农艺强化措施
• 1.4 植物修复污染土壤的展望
• 第二章 土壤重金属镉铅污染修复的研究背景及研究计划
• 2.1 镉、铅对植物胁迫影响的研究进展
• 2.1.1 镉对植物胁迫效应的研究进展
• 2.1.2 铅对植物胁迫效应的研究进展
• 2.1.3 镉、铅复合胁迫植物效应的研究进展
• 2.2 展望
• 2.3 本课题设想
• 2.3.1 本课题研究的目的
• 2.3.2 本课题研究的内容
• 2.3.3 本课题研究的目标
• 2.3.4 技术路线
• 2.4 本课题接受的资助
• 第三章 镉、铅污染土壤的现状调查
• 3.1 调查地点选择
• 3.2 样品采集
• 3.3 样品处理
• 3.4 样品检测
• 3.5 评价标准
• 3.6 评价方法
• 3.7 数据处理分析
• 3.8 结果与小结
• 第四章 油菜对镉、铅污染土壤修复的潜力
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 实验方法
• 4.1.2.1 镉的单一污染浓度实验
• 4.1.2.2 铅的单一污染浓度实验
• 4.1.2.3 镉、铅复合污染浓度实验
• 4.1.3 实验管理计划
• 4.1.4 测定项目及分析方法
• 4.1.5 数据处理分析
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 镉、铅污染对油菜生长的影响
• 4.2.2 镉、铅污染对油菜生物量的影响
• 4.2.3 镉、铅单一及其复合胁迫对油菜抗坏血酸的影响
• 4.2.4 镉、铅单一及其复合胁迫对油菜硝酸还原酶的影响
• 4.2.5 油菜对镉、铅的吸收
• 4.3 小结
• 第五章 Cd、Pb复合污染条件下添加营养元素对油菜的生长和富集重金属的影响
• 5.1 材料和方法
• 5.1.1 供试材料
• 5.1.2 实验方法
• 5.1.3 实验管理
• 5.1.4 测定项目及分析方法
• 5.1.5 数据处理分析
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 在镉、铅复合胁迫下,不同氮肥对油菜吸收镉、铅的影响
• 5.2.1.1 在镉、铅复合胁迫下,不同氮肥对油菜生物量的影响
• 5.2.1.2 在镉、铅复合胁迫下,不同氮肥对油菜吸收镉、铅的影响
• 5.2.1.3 在镉、铅复合胁迫下,不同氮肥对油菜对镉、铅的富集系数影响
• 5.2.2 在镉、铅复合胁迫下,不同钾肥对油菜吸收镉、铅的影响
• 5.2.2.1 在镉、铅复合胁迫下,不同钾肥对油菜生物量的影响
• 5.2.2.2 在镉、铅复合胁迫下,不同钾肥对油菜生物量的影响
• 5.2.2.3 在镉、铅复合胁迫下,不同钾肥对油菜镉、铅富集系数的影响
• 5.3 小结
• 5.3.1 施加不同种氮、钾肥后,在Cd、Pb复合污染下的油菜的影响
• 5.3.2 重金属Cd、Pb复合污染条件下,不同肥料对重金属在土壤—植物系统中迁移分配受共存元素影响规律
• 5.3.3 不同种氮肥施入土壤后对盆栽实验土壤pH影响
• 5.3.4 不同氮、钾肥对盆栽实验有效态Cd、Pb的影响
• 第六章 客土法对镉、铅污染土壤的修复
• 6.1 供试材料
• 6.2 实验方法
• 6.2.1 试验设计
• 6.2.2 实验管理和计划
• 6.2.3 测定项目及分析方法
• 6.2.4 数据处理分析
• 6.3 结果与分析
• 6.3.1 Cd、Pb对油菜生长和生物量的影响
• 6.3.2 Cd、Pb对油菜的抗坏血酸的影响
• 6.3.3 Cd、Pb对油菜的硝酸还原酶活性的影响
• 6.3.4 客土法对油菜对Cd、Pb的积累影响
• 6.4 小结
• 6.5 讨论
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 7.2.1 植物修复技术
• 7.2.2 中国污染土壤的修复展望
• 参考文献
• 致谢
• 附件
• 附录A
• 附录B 攻读学位期间发表论文目录
• 附图