【摘要】： 隨著冶金、化工、電鍍和印染工業(yè)的蓬勃發(fā)展,重金屬及其化合物被廣泛使用,致使富含重金屬的廢棄物日益增多,重金屬污染的加重導(dǎo)致進(jìn)入城市排污河道沉積物中的重金屬數(shù)量不斷增加。由于環(huán)境中的重金屬對人類具有潛在危害性,故對河道沉積物的修復(fù)和治理已成為當(dāng)今世界各國普遍面臨的環(huán)境問題。 對城市排污河道沉積物的修復(fù)采用植物修復(fù)的方法,本文主要選用黑麥草和玉米兩種植物對富含鉛、鎘、銅、鋅、錳和鎳等重金屬的河道沉積物進(jìn)行了溫室栽種修復(fù)試驗(yàn),并通過投加雙氧水對植物修復(fù)的效果進(jìn)行了對比研究。 從植物種植前后和投加雙氧水前后沉積物中重金屬總量和存在形態(tài)的種類和數(shù)量的變化、根際環(huán)境對植物吸收和累積重金屬的影響、根際微生物種群的變化、植物以及植物根際與非根際重金屬累積重金屬的情況對比、酶活性的變化等幾個方面對植物修復(fù)的效果進(jìn)行了分析,首次表明雙氧水可以促進(jìn)植物對沉積物中鉛、鎘、銅、鋅、錳和鎳等重金屬總量和各種形態(tài)重金屬數(shù)量的吸收累積,還可以改變不同形態(tài)重金屬的種類,根際環(huán)境和微生物以及酶活性的變化表明沉積物中的重金屬被有效活化,植物吸收、運(yùn)移重金屬的能力明顯增強(qiáng)。 通過對植物的根、莖和葉等各個部位吸收和累積重金屬的情況看出,植物各個部位對重金屬的吸收和累積機(jī)制各不相同,種植時間的延長可以使植物中累積的重金屬數(shù)量增加,而修復(fù)效率下降。種植時間較長時植物中累積重金屬的數(shù)量不同,沉積物中的有機(jī)物種類在植物種植前后有較大變化。根際分泌物的增多、沉積物中微生物種群的變化以及酶活性的變化均說明植物可有效修復(fù)沉積物中的重金屬,特別是針對多酚氧化酶活性恢復(fù)較快這一點(diǎn),本文首次提出將沉積物中多酚氧化酶活性的恢復(fù)作為判斷植物修復(fù)沉積物效果的一個重要指標(biāo),從而為植物修復(fù)沉積物的研究工作提供新的參考。 在分析植物吸收和累積沉積物中重金屬機(jī)理的基礎(chǔ)上,以植物吸收累積重金屬的四個過程為模型依據(jù),將植物吸收重金屬的動態(tài)過程的數(shù)學(xué)模型表述成非線性動態(tài)系統(tǒng)的形式,并首次結(jié)合Lyapunov穩(wěn)定性理論對植物吸收和累積重金屬的非線性動態(tài)過程進(jìn)行了嚴(yán)格的穩(wěn)定性分析。穩(wěn)定性結(jié)論可表達(dá)成線性矩陣不等式(Linear matrix inequality, LMI)的形式,求解方便。數(shù)值仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證表明了所選模型的合理性及理論分析方法的有效性,該理論分析方法將為受重金屬污染的河道沉積物的植物修復(fù)技術(shù)提供重要的參考作用。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：X53
【圖文】：

分泌物在重金屬污染的土壤中可以改變重金屬的化學(xué)行為與生態(tài)行為，從而改變重金屬的有效性和對植物的毒性。圖1-1 根的結(jié)構(gòu)示意圖在整個根中，吸收能力最強(qiáng)的部位是根毛區(qū)，其次為伸長區(qū)，在根毛區(qū)以上的部分因各種組織已基本分化完全，一般失去吸收能力，主要起輸導(dǎo)和固著的作用。由根的表皮細(xì)胞（尤指根毛）吸收的水分及溶質(zhì)，通過皮層進(jìn)入中柱，然后通過中柱的初生木質(zhì)部的導(dǎo)管和管胞運(yùn)輸?shù)降厣喜糠值母鱾�器官。莖是植物體內(nèi)物質(zhì)輸導(dǎo)的主要通道。通過它把水分、無機(jī)鹽類及有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)輸送到植物體所需要的各部分。原生質(zhì)體是指單個細(xì)胞內(nèi)的原生質(zhì)，它是細(xì)胞生活的主體，是細(xì)胞最主要、也是最重要的部分，細(xì)胞的一切代謝活動都在此進(jìn)行。細(xì)胞質(zhì)是原生質(zhì)體中除細(xì)胞核以外的原生質(zhì)。植物通過原生質(zhì)膜吸收重金屬時，植物產(chǎn)生根際分泌物，它能螯合土壤溶液中的重金屬離子形成重金屬螯合物，然后該重金屬螯合物通過為螯合劑運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)從而進(jìn)入植物體

全美國許多水域污染沉積物都造成生態(tài)和人體健康的危機(jī)，沉積物成為污染物的儲存庫”。圖2-1是重金屬在水體中的主要反應(yīng)及形態(tài)變化。由圖可知，重金屬在沉積物中的吸附-解吸作用是重金屬遷移轉(zhuǎn)化的一個重要過程。吸附作用是指重金屬顆粒積累到沉積物固體顆粒表面，解吸作用是指積累到固體顆粒表面的重金屬重新釋放到水體中，這兩種機(jī)制涉及到化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)，如離子的大小，價態(tài)以及濃度等。重金屬污染在沉積物中存在形態(tài)不同，其生物有效性以及在水體中的遷移行為會相差很遠(yuǎn)[121]。重金屬在沉積物中以可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)物結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)等形式存在，其中可交換態(tài)重金屬最不穩(wěn)定，碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)

為了方便今后該研究領(lǐng)域人員的選擇使用，有必要在此詳細(xì)介紹一下該儀器的特點(diǎn)和使用方法。該儀器如圖4-1 所示。圖 4-1 土壤溶液取樣器吸壓式土壤溶液取樣器的特點(diǎn)是：取樣器可以埋設(shè)于任何地點(diǎn)，根據(jù)土層厚度和研究需要也可以選擇適合長度的取樣器，一般為 15 cm 和 30 cm，陶瓷頭的直徑為 30 mm，長為 7 cm。采用預(yù)先負(fù)壓抽氣的方式，再用正負(fù)壓兩種方式提取管內(nèi)吸取的溶液；可以連續(xù)使用，也可以異地重復(fù)使用，不用取土分解，也不用破壞現(xiàn)場結(jié)構(gòu)，取樣方便快捷，樣品清澈透亮，有時可直接進(jìn)入儀器分析其中的含量。吸壓式土壤溶液取樣器的使用方法：預(yù)先在需要提取土壤溶液的地方鉆取直徑約為 32 mm，深度適合分析要求的圓孔，將取樣器垂直插入孔內(nèi)，注意留出地表高度。如果鉆孔直徑偏大，則可將表面土壤回填至管壁與土壤之間，保證管壁和土樣接觸良好。如果土壤比較干燥，則應(yīng)將土壤預(yù)先加入適量蒸餾水保持濕潤，確保取樣器放入鉆孔底部后能將陶瓷頭緊密包裹；用止水(氣)環(huán)將出水橡膠管卡住，使之封閉；將手動氣泵接口插入氣壓管端口，抽空取樣管內(nèi)氣體至 80~100Kpa；用同樣方法彎折氣體橡膠管并用止氣環(huán)封閉；取掉氣泵接口

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 匡少平,徐仲,張書圣;玉米對土壤中重金屬鉛的吸收特性及污染防治[J];安全與環(huán)境學(xué)報;2002年01期

2 劉云惠,魏顯有,王秀敏,肖崇斌;土壤中鉛鎘的作物效應(yīng)研究[J];河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報;1999年01期

3 劉貴云,姜佩華;河道底泥資源化的意義及其途徑研究[J];東華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2002年01期

4 韋朝陽,陳同斌;重金屬污染植物修復(fù)技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀[J];地球科學(xué)進(jìn)展;2002年06期

5 陳玉成,熊雙蓮,熊治廷;基于表面活性劑的重金屬去除技術(shù)[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2004年S1期

6 張斌;范仲學(xué);柳絮;秦嶺;;植物修復(fù)重金屬污染土壤的遺傳工程研究[J];分子植物育種;2006年S2期

7 何章莉,潘偉斌;受污染土壤環(huán)境的植物修復(fù)技術(shù)[J];廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2004年01期

8 李文一;徐衛(wèi)紅;李仰銳;劉吉振;王宏信;熊治廷;;重金屬污染土壤植物修復(fù)機(jī)理研究[J];廣東農(nóng)業(yè)科學(xué);2006年04期

9 劉杰,朱義年,羅亞平,張徽林;清除土壤重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)[J];桂林工學(xué)院學(xué)報;2004年04期

10 張慧,李寧,戴友芝;重金屬污染的生物修復(fù)技術(shù)[J];化工進(jìn)展;2004年05期

本文編號：2821830