發(fā)布時(shí)間：2020-08-12 13:32

【摘要】：汞是一種有毒有害的重金屬元素,是我國(guó)《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》重點(diǎn)控制的五類(lèi)(鉛、汞、鎘、鉻和類(lèi)金屬砷)污染物之一。中國(guó)西南地區(qū)位于環(huán)太平洋汞礦化帶,汞礦資源十分豐富。其中,貴州省萬(wàn)山汞礦是國(guó)內(nèi)最大的汞工業(yè)基地,長(zhǎng)期大規(guī)模的汞開(kāi)采和冶煉活動(dòng)形成大量堆積廢石和冶煉礦渣的廢棄地,已成為汞礦閉坑后重要的汞釋放源之一,導(dǎo)致周?chē)h(huán)境中汞污染問(wèn)題突出,種植在汞礦區(qū)污染土壤上的水稻、玉米和蔬菜等農(nóng)作物遭受?chē)?yán)重的汞污染,對(duì)礦區(qū)居民的健康造成了潛在威脅。植物修復(fù)技術(shù)具有綠色、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)倍受關(guān)注,而汞富集或超富集植物的篩選和確定是植物修復(fù)技術(shù)的首要步驟。受生長(zhǎng)環(huán)境高濃度汞的長(zhǎng)期影響,汞礦區(qū)廢棄地上不同種類(lèi)植物對(duì)汞污染的吸收、累積及耐性產(chǎn)生較強(qiáng)的適應(yīng)性,為高汞耐性植物的發(fā)現(xiàn)提供了可能,是尋找汞富集植物或超累積植物的有效靶區(qū)和有利場(chǎng)所。故研究汞礦區(qū)自然定居植物對(duì)汞的吸收和累積特征,篩選和發(fā)掘富集或超富集汞的新型植物,對(duì)汞污染場(chǎng)地的植物修復(fù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值。目前,貴州汞礦區(qū)植物中汞的研究多集中在可食用農(nóng)作物(蔬菜、玉米和水稻等),針對(duì)高汞廢棄地上耐性植物優(yōu)勢(shì)種、汞富集或超富集植物的研究工作尚不夠全面和深入,尤其對(duì)自然生長(zhǎng)的植物體內(nèi)甲基汞的研究更鮮有報(bào)道,汞富集植物研究的突出問(wèn)題在于“機(jī)制”不清。因此,本研究以我國(guó)典型汞礦區(qū)貴州萬(wàn)山汞礦為重點(diǎn)研究區(qū)域,系統(tǒng)調(diào)查了垢溪(GX)、四坑(SK)、五坑(WK)和十八坑(SBK)礦區(qū)廢棄地自然定居植物的種類(lèi),測(cè)定廢棄地耐性植物根部和地上部總汞、甲基汞以及對(duì)應(yīng)根際土壤汞的含量,評(píng)價(jià)了不同植物對(duì)汞的富集能力和轉(zhuǎn)移能力,篩選鑒定出汞耐性植物優(yōu)勢(shì)種和潛在汞超富集植物;與此同時(shí),在其它典型汞礦區(qū)(包括銅仁汞礦、松桃汞礦、務(wù)川汞礦、開(kāi)陽(yáng)汞礦、湖南茶田汞礦、新晃汞礦和重慶秀山汞礦等)進(jìn)行潛在汞超富集植物的富汞能力驗(yàn)證研究;基于以上野外調(diào)查數(shù)據(jù)結(jié)果,開(kāi)展氯化汞脅迫模擬實(shí)驗(yàn),分別從生理生化指標(biāo)、株形、細(xì)胞、亞細(xì)胞水平和超微結(jié)構(gòu)變化等方面,全面地分析了不同汞濃度脅迫下潛在汞超富集植物對(duì)汞的耐性及生理生化響應(yīng);結(jié)合同步輻射(XANES)技術(shù),探索“潛在汞超富集植物”體內(nèi)汞的化學(xué)結(jié)合形態(tài)與分布比例,深入剖析其對(duì)汞的累積特征及解毒機(jī)制,主要研究結(jié)果如下:1.貴州萬(wàn)山汞礦廢棄地自然定居植物種類(lèi)多,各物種間優(yōu)勢(shì)度變化范圍較大,蜈蚣草、節(jié)節(jié)草、酸模和白茅為汞耐性植物優(yōu)勢(shì)種。系統(tǒng)調(diào)查篩選了貴州萬(wàn)山汞礦區(qū)廢棄地自然定居植物,在所調(diào)查的57種(29科52屬)優(yōu)勢(shì)野生植物中,主要包括蕨類(lèi)植物、單子葉植物和雙子葉植物,其中雙子葉植物的菊科種類(lèi)最多,占調(diào)查總數(shù)的32%;物種間優(yōu)勢(shì)度變化范圍較大,介于1.0-25%之間;優(yōu)勢(shì)度排列前10位的植物分別為蜈蚣草、節(jié)節(jié)草、酸模、白茅、凹葉景天、油菜、黃花月見(jiàn)草、南艾蒿、類(lèi)蘆和三脈紫菀,變化范圍為2.6-22;排列后10位的分別是馬桑、鐘花報(bào)春、假YS包葉、夜來(lái)香、火棘、蒲公英、乳漿大戟、藎草、馬蘭和博落回,變化范圍為1.0-6.0。其中,蜈蚣草、節(jié)節(jié)草、酸模和白茅呈現(xiàn)較高的優(yōu)勢(shì)度,均值分別為16%、12%、11%和9.6%,被確定為本次研究的汞耐性植物優(yōu)勢(shì)種。2.不同植物對(duì)總汞的富集和轉(zhuǎn)移能力存在較大差異,甄別出“潛在汞超富集植物”蜈蚣草�？偣瘮�(shù)據(jù)表明,所調(diào)查的57種優(yōu)勢(shì)野生植物根部和地上部總汞含量分別介于0.08-163 mg/kg和0.15-106 mg/kg范圍,其中,藎草和蜈蚣草表現(xiàn)出較強(qiáng)的總汞富集能力,根部總汞平均含量分別達(dá)130±9.4 mg/kg和24±44mg/kg,地上部達(dá)70±39 mg/kg和38±39 mg/kg,高出其它植物達(dá)1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。植物根部和地上部總汞與根際土壤總汞分別呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(R=0.32,p0.0001;R=0.29,p0.0001),表明廢棄地土壤汞是植物中汞的重要來(lái)源之一。不同植物對(duì)總汞的富集和轉(zhuǎn)移能力存在較大差異,蜈蚣草總汞富集系數(shù)(BCFs、BAFs)和轉(zhuǎn)移系數(shù)(TFs),均值分別為0.30±0.53、1.8±5.8和2.6±3.0,單株蜈蚣草對(duì)總汞的BCF、BAF和TF達(dá)到1.9、21和11,呈現(xiàn)了極強(qiáng)的總汞富集能力和轉(zhuǎn)運(yùn)能力;蜈蚣草在其它汞礦區(qū)也呈現(xiàn)較高的總汞含量,根部和地上部分別高達(dá)69 mg/kg和73 mg/kg,富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)最高達(dá)到2.9和6.0,在其它汞礦區(qū)進(jìn)一步驗(yàn)證了蜈蚣草同樣具有較強(qiáng)的汞累積能力,綜合野外調(diào)查結(jié)果,本研究中筆者定義蜈蚣草為“潛在汞超富集植物”。3.優(yōu)勢(shì)耐性野生植物的根部和地上部甲基汞含量變化大,蜈蚣草對(duì)甲基汞也具有極強(qiáng)的富集能力和轉(zhuǎn)移能力。甲基汞數(shù)據(jù)顯示,上述57種優(yōu)勢(shì)野生植物的根部和地上部含量變化較大,分別為0.19-876μg/kg和0.06-275μg/kg,其中,藎草、蜈蚣草和何首烏體內(nèi)甲基汞的含量顯著高于同一研究區(qū)的其他植物,根部平均值分別達(dá)853±32μg/kg、127±239μg/kg和130±145μg/kg,地上部平均值分別達(dá)247±8.1μg/kg、64±95μg/kg和98±119μg/kg。其中,潛在汞超富集植物蜈蚣草也顯示出了極強(qiáng)的甲基汞富集能力,BCFs、BAFs和TFs均值分別為14±28、10±18和1.3±1.8。值得關(guān)注的是,上述藎草根部甲基汞含量接近1000μg/kg,已經(jīng)超出背景區(qū)植物總汞含量(一般低于10μg/kg)達(dá)1-2個(gè)數(shù)量級(jí),顯示出比蜈蚣草更強(qiáng)的甲基汞累積能力。4.蜈蚣草對(duì)汞具有極強(qiáng)的吸收-轉(zhuǎn)運(yùn)-富集能力,根部細(xì)胞壁和地上部胞液是汞結(jié)合的主要部位。室內(nèi)汞脅迫實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,潛在汞超富集植物蜈蚣草在1000mg/kg濃度HgCl_2脅迫下,其根部和地上部總汞含量均超過(guò)了100 mg/kg,分別在640-1001 mg/kg范圍和179-326 mg/kg范圍,并且兩者呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系(R=0.89,p0.0001),表明蜈蚣草對(duì)汞具有極強(qiáng)的吸收-轉(zhuǎn)運(yùn)-富集能力。脅迫后蜈蚣草體內(nèi)亞細(xì)胞組分總汞分布特征顯示,根系中細(xì)胞壁比例最高,介于19%-78%范圍,平均值達(dá)52±19%;地上部胞液比例最高,介于93%-99%范圍,平均值高達(dá)98±1.6%。細(xì)胞壁和胞液的高累積汞特征,可能是蜈蚣草富集和解毒汞的重要機(jī)制。汞脅迫下的生理生化指標(biāo)顯示,當(dāng)HgCl_2濃度低于100 mg/kg時(shí),蜈蚣草體內(nèi)POD上升,表現(xiàn)為主動(dòng)適應(yīng)以清除大量產(chǎn)生的超氧自由基,當(dāng)濃度增加至1000 mg/kg時(shí),蜈蚣草體內(nèi)MDA升高,細(xì)胞膜出現(xiàn)了損傷,對(duì)比透射電鏡(TEM)結(jié)果,1000 mg/kg汞脅迫后根部細(xì)胞壁明顯增厚,胞間間距增寬,內(nèi)皮層細(xì)胞變小或消失,出現(xiàn)塌陷,髓細(xì)胞基本破壞,葉片葉綠體結(jié)構(gòu)紊亂,出現(xiàn)空泡化,線粒體和細(xì)胞核消失,內(nèi)膜結(jié)構(gòu)疏松,暗示當(dāng)HgCl_2濃度超過(guò)1000 mg/kg脅迫時(shí),蜈蚣草的細(xì)胞抗性出現(xiàn)了降低特征。5.蜈蚣草體內(nèi)汞以黑辰砂、谷胱甘肽結(jié)合態(tài)和紅辰砂三種化合形態(tài)存在。對(duì)汞礦區(qū)廢棄地自然定居生長(zhǎng)的蜈蚣草(非室內(nèi)汞脅迫;根部總汞含量為69-163mg/kg,地上部總汞含量為73-83 mg/kg),其體內(nèi)汞化學(xué)形態(tài)的同步輻射(XANES)研究結(jié)果顯示,無(wú)論根部還是地上部,蜈蚣草體內(nèi)的汞化合形態(tài)以黑辰砂(β-HgS)、谷胱甘肽結(jié)合態(tài)(Hg-(SG)_2)和紅辰砂(α-HgS)三種形態(tài)存在,其中根部主要以β-HgS化合物存在,含量介于51.9±4.9%-63.4±6.5%范圍,其次為Hg-(SG)_2,含量介于31.2±9.8%-33.9±4.9%范圍;地上部亦表現(xiàn)出同樣的含量變化規(guī)律,以β-HgS最高,含量介于52.0±4.2%-60.5±4.9%范圍,其次為Hg-(SG)_2,含量介于37.7±9.4%-45.9±4.2%范圍。在上述三種形態(tài)中,紅辰砂(α-HgS)含量最低,其在根部和地上部中的含量,分別介于5.3±12.6%-14.2±6.4%和1.8±12.2%-2.2±5.5%范圍。
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：X173
【圖文】：

-1研究技術(shù)路線

第二章 研究區(qū)概況（24.3%）、紅壤（35.6%）、石灰土（29.6%）和水稻田（10.5%）。全區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件較差，耕地面積 3.6 萬(wàn)畝，作為主要耕作土的水稻田法積 2.5 萬(wàn)畝，但長(zhǎng)期的煉汞活動(dòng)過(guò)程排放的三廢導(dǎo)致稻田汞污染十分嚴(yán)重，.02 萬(wàn)畝為礦毒型稻土。礦區(qū)主要農(nóng)作物為水稻、玉米和油菜，居民以自產(chǎn)稻米菜為主。

酒店塘汞礦區(qū)地理環(huán)境形與氣候：于北緯 27o21 22.48 ，東經(jīng) 109o6 53.45 ，東西長(zhǎng) 52.5 km，積 1508 km2。境內(nèi)以山地為主，東南、西南和北部地勢(shì)高勢(shì)為南、西、北三面高，中部帶狀隆起。海拔 500-1100 m風(fēng)濕潤(rùn)氣候，四季分明，溫暖濕潤(rùn)，嚴(yán)寒期短，無(wú)霜期較溫 16.3 ℃，年均降雨量 1160.7 mm，全年無(wú)霜期 297.4 d概況礦開(kāi)采于明朝末期，當(dāng)?shù)氐V頭和貴州商以手工火爆方法，，專(zhuān)取朱砂。清代中期，開(kāi)始擔(dān)提煉汞，1902 年后英法司，購(gòu)礦石，此后數(shù)千人在酒店塘掘洞開(kāi)礦煉汞，年產(chǎn)汞 立晃縣汞礦，1977 年，新晃汞礦達(dá)興盛，職工 1922 人，礦。至 1980 年，產(chǎn)汞 2911 t，朱砂 302 t，1989 年產(chǎn)汞 120 t申請(qǐng)破產(chǎn)關(guān)閉。汞礦區(qū)地理位置圖見(jiàn)圖 2-1-2 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2790597