工業(yè)“三廢”和機(jī)動車尾氣的排放、污水灌溉及農(nóng)藥、除草劑和化肥的使用,污染了土壤,水體和大氣,其中土壤中的重金屬鉛污染更為嚴(yán)重。重金屬鉛在植物根、莖、葉及籽粒中的大量積累,不僅影響植物的生長和發(fā)育,而且會進(jìn)入食物鏈,危及人類的健康。存在于土壤中的重金屬鉛難以被微生物分解和轉(zhuǎn)化,對動植物和人類的危害具有隱蔽性,長期性和不可逆性等特點(diǎn)。目前采用的物理化學(xué)方法修復(fù)重金屬污染土壤,費(fèi)用昂貴,破壞環(huán)境,容易造成二次污染,且往往并不能達(dá)到真正清除重金屬的目的。近十年出現(xiàn)的植物修復(fù)技術(shù)在不破壞環(huán)境的條件下使土壤重金屬得以清除,是一種綠色環(huán)保技術(shù)。植物修復(fù)過程中重金屬鉛遷移特性在很大程度上取決于土壤的化學(xué)特性,其在介質(zhì)中的存在形態(tài)是衡量重金屬鉛環(huán)境效應(yīng)的關(guān)鍵參量。近年來,EDTA和N、P、K肥等基質(zhì)在重金屬鉛污染土地上的植被重建中有著重要的作用,但是,EDTA的添加方式和N、P、K肥如何以及多大程度上影響重金屬鉛的移動性和植物的重金屬吸收研究較少。我們采用中國北方常見的幾種植物——菠菜(Spinacia oleracea)、馬齒莧(Portulaca oleracea)、苣荬菜(Sonchus arvensis)、向日葵(Helianthus annuus)作為實(shí)驗(yàn)材料,通過室內(nèi)盆栽的實(shí)驗(yàn),運(yùn)用生理生化等技術(shù)分別從個體和器官水平上研究幾種植物耐鉛和富集鉛的生理特性,同時探討鉛污染土壤植物修復(fù)過程中土壤營養(yǎng)水平和添加EDTA濃度的不同對幾種植物的修復(fù)效率的影響及應(yīng)用前景,以期為深入研究鉛污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用等提供科學(xué)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。 現(xiàn)將本研究的主要結(jié)果歸納如下: 1.通過試驗(yàn)比較了不同的無機(jī)營養(yǎng)水平下菠菜和苣荬菜對鉛污染土壤修復(fù)及其對土壤中重金屬鉛形態(tài)改變的影響。結(jié)果表明:隨著N、P、K濃度的增加兩種植物地上和地下部分的鉛濃度均增加,且最高的N、P、K濃度與對照相比能夠使苣荬菜莖中鉛濃度增加23.4%(P=0.0202),氮營養(yǎng)處理也分別能夠增加菠菜和苣荬菜地下部根的鉛濃度49.4%和57.7%(P=0.0106, P=0.0329),鉀、磷營養(yǎng)對菠菜體內(nèi)的鉛濃度幾乎沒有什么影響。在兩種植物比較中發(fā)現(xiàn)菠菜體內(nèi)的鉛濃度要低于苣荬菜,但由于菠菜的生物量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于苣荬菜,因此,菠菜對鉛的植物提取能力反而大于苣荬菜。對土壤中鉛形態(tài)的研究發(fā)現(xiàn)N、P、K營養(yǎng)液的添加能夠使鉛的非殘留態(tài)向殘留態(tài)轉(zhuǎn)化。由此證明,氮和磷營養(yǎng)處理能有效的提高兩種植物對鉛的吸收,其中磷肥是低有機(jī)質(zhì)鉛污染土壤植物修復(fù)最有效的修復(fù)劑。 2.通過試驗(yàn)比較了在鉛污染土壤上三種植物菠菜、苣荬菜和馬齒莧生物量、不同部分鉛濃度和鉛積聚的量。在三種植物中,菠菜和苣荬菜屬于C3型植物種,而馬齒莧屬于C4型植物種。C4型植物種對熱、干旱和鹽環(huán)境的適應(yīng)能力比C3型植物種強(qiáng),同樣C4型植物種的馬齒莧對重金屬Pb的脅迫環(huán)境的適應(yīng)性也強(qiáng)于菠菜和苣荬菜。C4型植物種的馬齒莧生物量在生長初期的8月25日達(dá)到了最大,而C3型植物種生物量在生長末期9月26日才達(dá)到最大。三種植物地上部和地下部的Pb濃度存在著差異,菠菜的地上部Pb濃度小于地下部,馬齒莧的兩者沒有顯著差異,而苣荬菜地上部的Pb濃度顯著大于地下部,但是由于苣荬菜的生物量較小,因此整個苣荬菜體內(nèi)富集的Pb總量是三種植物中最低的。體內(nèi)Pb總量最大是菠菜,因此在中等Pb污染的土壤修復(fù)過程中應(yīng)該選用菠菜。由于C4型植物種的馬齒莧具有能夠在生長早期就達(dá)到構(gòu)件的成熟,并且有較高的重金屬積聚量,因此在短期的修復(fù)工程,應(yīng)該選用C4型植物種修復(fù),這樣可以在有限的時間內(nèi)增加植物修復(fù)的次數(shù)。 3.通過試驗(yàn),比較了有機(jī)營養(yǎng)和EDTA對向日葵體內(nèi)鉛積累的影響及其EDTA添加次數(shù)對向日葵鉛積累和產(chǎn)生的環(huán)境威脅進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:EDTA對鉛的移動性存在著濃度依賴性,隨著EDTA的濃度提高增加移動性(P0.001)。有機(jī)營養(yǎng)處理對鉛移動性的影響則存在著明顯的不同,因?yàn)橛袡C(jī)營養(yǎng)腐殖質(zhì)對重金屬鉛存在移動和固定兩種影響,因此中等有機(jī)營養(yǎng)對植物修復(fù)最為有效(P=0.002)。在低營養(yǎng)土壤中,相同濃度EDTA的單次添加相對于兩次添加使植物地上部的鉛濃度更低,因此EDTA的分次添加對植物修復(fù)更加有效,這是因?yàn)榈蜐舛菶DTA的分次添加對土壤的影響時效要長于同等濃度EDTA的單次添加(P0.001)。通過試驗(yàn)也可以觀察出向日葵是中等鉛污染土壤植物修復(fù)非常有推廣潛力的植物種。 根據(jù)上述結(jié)果,不同營養(yǎng)水平和EDTA對鉛污染土壤植物修復(fù)的機(jī)理及效率可以歸納為:N、P、K的添加能使土壤中的非殘留態(tài)Pb向殘留態(tài)轉(zhuǎn)化,因此N、P、K的添加能夠增加菠菜和苣荬菜體內(nèi)的鉛積累;與C3型植物菠菜、苣荬菜相比,C4型的植物馬齒莧由于構(gòu)件成熟期短,較為適合作短期內(nèi)鉛污染土壤修復(fù)工程;在植物修復(fù)過程中,低濃度EDTA的分次添加能夠顯著提高修復(fù)的效率,并且能夠減小螯合劑增加產(chǎn)生的二次污染。本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于:首次對植物修復(fù)過程中無機(jī)營養(yǎng)N、P、K元素和低劑量多頻次添加EDTA的效果進(jìn)行了比對研究,特別是研究了N、P、K元素對土壤中Pb形態(tài)的影響和土壤的肥力情況與分次添加EDTA的交互作用,初步解決了采用東北地區(qū)本地植物種進(jìn)行植物修復(fù)的治理效率問題,避免采用非本地種可能引起的生態(tài)入侵等次生環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),對面源污染的植物修復(fù)的實(shí)施提供了科學(xué)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。低成本的N、P、K元素和低劑量多頻次EDTA的添加也加強(qiáng)了植物修復(fù)過程中的成本控制,對在空間尺度較大的中等程度鉛污染土壤上實(shí)施植物修復(fù)的廣泛應(yīng)用具有重要的意義。
【學(xué)位單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2009
【中圖分類】：X173
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 前言
    1.1 土壤污染的定義及現(xiàn)狀
    1.2 土壤污染物鉛及污染源
        1.2.1 重金屬鉛
        1.2.2 土壤中鉛的來源
    1.3 重金屬鉛對植物和人體健康的影響
    1.4 重金屬污染土壤的修復(fù)方法
        1.4.1 工程治理措施
        1.4.2 農(nóng)藝調(diào)控措施
    1.5 有機(jī)螯合物在植物修復(fù)鉛污染中的應(yīng)用
        1.5.1 有機(jī)螯合物提高鉛溶解性的機(jī)制
        1.5.2 不同螯合劑下植物對鉛的吸收
    1.6 無機(jī)物在鉛污染植物修復(fù)中的應(yīng)用
        1.6.1 無機(jī)物提高鉛植物修復(fù)效率的機(jī)制
        1.6.2 無機(jī)肥料在鉛污染植物修復(fù)中的應(yīng)用
    1.7 鉛的超積累植物
        1.7.1 超積累植物鉛污染修復(fù)的機(jī)理
        1.7.2 超積累植物吸收重金屬的生理特性
        1.7.3 超積累植物在鉛污染修復(fù)的應(yīng)用
第二章 不同無機(jī)營養(yǎng)物對鉛形態(tài)和植物修復(fù)的影響
    2.1 引言
    2.2 材料與方法
        2.2.1 土壤
        2.2.2 實(shí)驗(yàn)植物
        2.2.3 營養(yǎng)處理
        2.2.4 物理化學(xué)分析
        2.2.5 土壤中Pb 的系列提取
        2.2.6 統(tǒng)計(jì)分析
    2.3 結(jié)果
        2.3.1 土壤pH 值
        2.3.2 營養(yǎng)處理對Pb 的形態(tài)影響
        2.3.3 植物生物量
        2.3.4 植物的鉛濃度變化
    2.4 討論
    2.5 結(jié)論
第三章 不同鉛污染水平下植物鉛吸收、分配和生長的季節(jié)動態(tài)研究
    3.1 引言
    3.2 材料與方法
        3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料
        3.2.2 土壤
        3.2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
        3.2.4 統(tǒng)計(jì)方法
    3.3 結(jié)果
        3.3.1 植物根長
        3.3.2 地上部高度
        3.3.3 生物量
        3.3.4 植物體內(nèi)Pb 濃度變化
        3.3.5 植物體內(nèi)Pb 積累量比較
    3.4 討論
    3.5 結(jié)論
第四章 不同土壤營養(yǎng)下EDTA 對向日葵富集PB 的影響
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法
        4.2.1 土壤基質(zhì)
        4.2.2 植物栽培
        4.2.3 營養(yǎng)和EDTA 處理
        4.2.4 化學(xué)分析
        4.2.5 統(tǒng)計(jì)分析
    4.3 結(jié)果
        4.3.1 生物量
        4.3.2 Pb 濃度
        4.3.3 Pb 積累量
    4.4 討論
        4.4.1 重金屬Pb 的移動性
        4.4.2 植物對Pb 的積累
        4.4.3 植物修復(fù)的遺留影響
        4.4.4 EDTA 的半衰期
    4.5 結(jié)論
第五章 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
后記
在學(xué)期間公開發(fā)表論文及著作情況

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李翠蘭;長春市綠地鉛污染評價(jià)及其植物修復(fù)研究[D];吉林農(nóng)業(yè)大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 張雍;模擬酸雨與Pb、Cd復(fù)合污染對小白菜的影響研究[D];吉林大學(xué);2013年

本文編號：2871964