本文關鍵詞：利用密旋鏈霉菌和生物炭對工礦業(yè)污染土壤植物修復及降低重金屬毒性的研究

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【摘要】：生物圈中潛在有毒重金屬元素的過度排放成為一個全球性的問題。工業(yè)化的快速發(fā)展所引起的農(nóng)業(yè)活動不斷擴大、金屬冶煉、礦產(chǎn)資源開發(fā)、煤炭燃燒以及城市固體廢棄物的不當處置都對自然環(huán)境造成嚴重污染。重金屬元素能夠對植物和人體健康構成危害,污染土壤和地表(下)水,降低土壤質量并改變自然生態(tài)系統(tǒng)。同時能夠阻礙植物葉綠素的合成,阻礙植物呼吸,抑制植物和土壤中酶的活性。盡管人們采取了多種技術措施來修復土壤中重金屬,其中包括物理、化學和生物修復技術,但目前仍缺乏經(jīng)濟有效的土壤重金屬污染修復技術。近年來,由于微生物強化的植物修復技術和添加有機改良劑具有成本低廉和修復效果穩(wěn)定的優(yōu)勢,引起科學界的廣泛關注。本實驗的目的在于通過向三種不同重金屬污染水平土壤中單施和混施密旋鏈霉菌(Streptomyces pactum,Act12)和生物炭,分析兩者間的相互作用。供試土壤采自陜西潼關(TG)、陜西鳳縣(FC)和湖南郴州(CZ)。該研究旨在利用鏈霉菌和生物炭提高高粱和芥菜的植物修復能力并降低重金屬元素對植物的毒性。主要研究結論如下:(1)鳳縣和潼關土壤中添加鏈霉菌和麥飯石堆肥后研究表明,鳳縣土壤種植芥菜的莖葉中Zn、Pb、Cd和Cu的含量分別比對照增加了7.28、54.21%、16.17%和8.10%;潼關土壤種植的芥菜莖葉中Zn、Pb和Cu的含量分別比對照增加了40.14%、82.15%和52%,但是莖葉中Cd含量未檢出。根系中Cd和Cu含量分別增加了17%和33%。這表明,植物莖葉吸收重金屬的量與Act12用量呈正相關。鳳縣和潼關土壤種植芥菜的根莖干重、葉綠素含量和類胡蘿卜素含量與Act12用量之間也存在顯著相關性。在潛在有毒重金屬元素的誘導下,芥菜中抗氧化物酶活性(POD、PAL、PPO和CAT)的變化反映出植物防御機制的增強。通過富集系數(shù)(BCF)、轉運系數(shù)(TF)和金屬提取量(MEA)進一步評估芥菜對重金屬的吸收能力。(2)向鳳縣和潼關土壤中添加竹炭后對重金屬的鈍化穩(wěn)定化效果進行了研究,結果表明,向礦區(qū)重金屬污染土壤中施加竹炭能夠鈍化重金屬(Zn,Pb,Cd和Cu)的有效性。施加竹炭后鳳縣和潼關土壤pH值和EC值增加,重金屬的生物有效性降低,但潼關土壤中Pb和Cu除外。添加竹炭后能夠降低芥菜莖葉和根系對重金屬的吸收。生物學研究表明竹炭能夠促進植物莖葉和根系的生長,提高生物量、葉綠素和類胡蘿卜素含量。竹炭能夠改善土壤的健康狀況,提高土壤酶(β-葡糖苷酶、堿性磷酸酶和脲酶)活性�？寡趸锘钚�(POD,PPO,CAT和SOD)也被用來評價供試植物的生理狀況,評估重金屬元素作用下對芥菜生長造成的影響�？偟膩碚f,添加竹炭后降低了鳳縣和潼關土壤重金屬元素的移動性和生物有效性,這一結論也通過BCF,TF和MEA值也得到驗證。(3)1%竹炭添加水平下,不同Act12添加量促進潼關、鳳縣和郴州土壤種植高粱的生長和對重金屬元素的吸收。添加竹炭和Act12后土壤pH值和EC值發(fā)生了明顯變化。潼關、鳳縣和郴州土壤中Zn和Pb的浸提態(tài)含量較高。潼關和郴州Cd浸提態(tài)含量減小,但鳳縣土壤該值則保持不變。Act12和竹炭聯(lián)合施用后潼關土壤種植高粱莖葉和根系中Zn和Pb的含量增加,郴州土壤種植的高粱莖葉中重金屬含量增加而根系中含量降低。同樣地,鳳縣土壤種植的高粱莖葉中Zn、Pb和Cu含量顯著增加,Cd含量降低。然而,Act12和竹炭聯(lián)合施用后植物根系中Zn和Pb含量降低,而Pb和Cu的含量增加。植物莖葉中Cd含量未檢出是因為大部分Cd貯存于植物根系中。郴州土壤種植的高粱莖葉和根系吸收Cd含量降低。添加Act12和竹炭后植物莖葉葉綠素含量、生物量增加,植物莖葉中抗氧化酶活性(POD,PAL,PPO)和丙二酮(MDA)顯著降低。BCF、TF和MEA值也證實了Act12對重金屬在土壤中遷移作用的影響。下一步的研究中,通過種植超富集植物將進一步證實Act12和生物炭在修復重金屬污染土壤中的作用,為評價重金屬元素在食物鏈中的轉運提出新的見解。因此,密旋鏈霉菌和生物炭能夠增加植物修復效率和降低重金屬的生物毒性,并且提高植物和污染土壤中相應酶活性。
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X53;X172
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本文編號：1306596