镉污染土壤的超积累植物筛选

论文摘要

近年来,化肥农药的广泛使用和污水灌溉等引起的土壤重金属污染的问题,已逐渐成为环境科学家们关注和研究的热点问题之一。土壤重金属污染具有隐蔽性、滞后性、累积性的特点,加之治理过程的复杂性,因此,重金属对土壤造成的危害比对大气、水体的污染更为严重。土壤是人们进行农业生产的主要场所,土壤污染直接涉及食物链的安全和人类健康,不言而喻,研究和治理土壤重金属污染无疑具有重要的理论和现实意义。比较物理、化学、生物修复技术方法,人们往往对安全廉价的生物修复技术更感兴趣。近几年发展起来的植物修复技术就是一种安全、廉价的绿色修复技术,受到广大环境科学工作者的青睐,尤其适合在发展中国家采用,是一项具有广阔应用前景的新技术。鉴于此,作者在国内外研究的基础上,选取前人未研究过的22种植物,设置不同浓度的镉污染土壤进行盆栽模拟试验,通过测定植物不同部位的生物量、镉含量,计算植物不同部位的富集系数、转运系数和植物不同部位中镉的质量,分析研究了植物对镉的吸收、富集和转运能力的强弱及差异状况。通过对富集系数、转运系数与镉浓度变化之间的相关性分析研究了土壤中镉的浓度对植物富集、转运镉的影响程度。主要研究结果如下:（1）土壤中镉的浓度对植物生物量的影响因植物种类不同而异。在供试的22种植物中大致表现为以下三种规律:如供试的野胡萝卜、葎草、苘麻、诸葛菜、油菜、黄心乌的生物量在低镉条件下(土壤中镉浓度低于50mg·kg-1)会随镉浓度的增加而增加;苋菜的地上部分、苦苣的地下部分等在高浓度的镉(土壤中镉的浓度高于75mg·kg-1)环境中其生物量会随土壤中镉浓度的增加而降低;曼陀罗、苍耳等的生物量在高浓度的镉(土壤中镉的浓度高于75mg·kg-1)环境下仍是增加的。（2）镉对不同种类植物产生毒害作用的临界浓度有差别。如空心菜受毒害的临界浓度为25mg·kg-1,而梅豆、野生高粱受毒害的临界浓度为50mg·kg-1。（3）植物对镉的吸收表现出以下几种特征:①不吸收或少吸收镉。本试验中,只有红花酢浆草表现出这种特征。红花酢浆草地上部分和地下部分的镉含量在土壤中镉浓度为125mg·kg-1时达到最高,分别仅为20.13mg·kg-1、9.64mg·kg-1,并且在任何镉浓度水平下,都不表现出受毒害症状,说明红花酢浆草对镉有很强的耐受能力。②地下部分富集了较大量的镉,而地上部分的镉含量较低。如芝麻地上部分的镉含量在土壤中镉浓度为125mg·kg-1时达到最大值仅13.77mg·kg-1,富集系数为0.28,而地下部分的镉含量也为最大值则为231.32mg·kg-1,富集系数为1.85,转运系数为0.06。与芝麻对镉的吸收特征相似的还有野生高粱、看麦娘、葎草、苘麻、狗尾草、梅豆。③地上部分和地下部分的镉含量都较高,且随土壤中镉浓度的增加其体内的镉含量也呈增加的趋势,植物能正常生长并不表现出受毒害的症状。如黄心乌,当土壤中镉浓度低于50mg·kg-1时,其地上部分的镉含量低于100mg·kg-1,但富集系数大于1;当土壤中镉的浓度从75mg·kg-1依次增加到100mg·kg-1、125mg·kg-1时,其地上部分的镉含量对应为106.44mg·kg-1、165.79mg·kg-1、144.72mg·kg-1,超过了镉超积累植物(地上部分镉含量100mg·kg-1)的标准,其富集系数分别为1.42、1.66、1.16,均大于1:但转运系数分别为0.89、0.94、0.60,均小于1。可见,黄心乌对镉具有很好的累积、富集的能力,但对镉的转运能力较差。（4）植物生物量的大小在一定程度上影响着植物吸收镉的绝对数量。通过计算发现,在各处理浓度下,本试验的22种植物中生物量最大的吊兰,其体内镉的质量也是最高的。吊兰地上部分中镉的质量在测试浓度下为0.170～0.325mg,而其体内的镉含量为45.18～65.38mg·kg-1,并未达到镉超积累植物的标准,而本试验中筛选出的黄心乌和曼陀罗其地上部分的镉含量最高虽分别达到165.79mg·kg-1和115.02mg·kg-1,但其地上部分中镉的质量最高分别为0.029mg和0.077mg,远低于吊兰地上部分中镉的质量,其它植物也是如此。说明植物生物量的大小对其吸收镉的绝对数量有较大的影响。（5）不同种类植物对镉的吸收存在着一个富集量最高的浓度,在土壤中镉的浓度达到这一值时,植物对镉的吸收能力最强,其修复效果最好。如本试验中筛选出的两种对镉具有较强吸收能力的植物:黄心乌和曼陀罗,其地上部分的镉含量在试验设计的镉浓度梯度中,在土壤中镉的浓度为100mg·kg-1时,均达到最大。这说明植物对镉的吸收能力在某一个适宜的浓度下表现最佳,当土壤中镉的浓度低于或超过这一值时,其修复效果会有所降低。（6）从影响因素看,植物种类是决定植物吸收镉能力的关键因素,镉浓度的高低对植物吸收能力的影响囚植物晶种的不同存在差异。土壤、气候、环境因子通过影响植物生长状况从而间接影响植物对镉的吸收能力。（7）对供试的22种植物地上部分的镉含量、富集系数和转运系数进行综合比较分析,并以此作为筛选超积累植物和衡量植物对镉的吸收能力强弱的指标,结果发现没有一种植物属于镉超积累植物,但是黄心乌和曼陀罗对镉的吸收能力是这22种植物中最强的,其次是茄子、苦苣、油菜、小花鬼针草、野胡萝卜、空心菜、苋菜等,香菜、野生高粱、苘麻、吊兰、秋紫豆、苍耳、诸葛菜等的吸收能力较差,而芝麻、葎草、看麦娘、红花酢浆草、梅豆、狗尾草的富集能力最差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究问题的提出
• 1.2 研究意义
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 土壤重金属污染的研究现状
• 1.3.2 超积累植物的研究现状
• 1.3.3 镉超积累植物的研究现状
• 第2章 研究方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 供试试剂
• 2.1.2 供试土壤
• 2.1.3 供试植物
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 试验方案
• 2.2.2 不同浓度梯度镉污染土壤的配制
• 2.2.3 镉的分析测定
• 2.3 植物富集镉能力的划分标淮
• 第3章 结果分析
• 3.1 镉对植物生长状况的影响
• 3.2 镉对植物生物量的影响
• 3.3 不同的镉浓度条件下植物体内的镉含量
• 3.4 植物对镉的富集能力
• 3.5 植物对镉的转运能力
• 3.6 植物不同部位中镉的质量
• 第4章 讨论
• 4.1 植物吸收镉的影响因素
• 4.2 植物对镉的耐受性
• 4.3 镉超积累植物的筛选
• 4.4 超积累植物应用的可行性探讨
• 4.5 防治土壤镉污染的建议
• 4.6 植物修复技术展望
• 第5章 结语
• 5.1 主要结论
• 5.2 特色与创新
• 5.3 不足之处
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果