本文關(guān)鍵詞：鄱陽(yáng)湖濕地植物根表鐵膜的形成及對(duì)鉛的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制研究

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【摘要】：濕地植物根表鐵膜是污染物進(jìn)入植物體內(nèi)的門(mén)戶,對(duì)植物消減污染物起著重要作用。鐵膜的形成不僅影響植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收利用,而且影響根際土壤中重金屬的遷移和轉(zhuǎn)化。因此,研究濕地植物根表鐵膜對(duì)重金屬的生物有效性、遷移、轉(zhuǎn)化及其影響,對(duì)深入了解濕地植物凈化土壤中重金屬的內(nèi)在機(jī)理有著積極的意義。為探索湖泊濕地植物根表鐵膜對(duì)濕地植物富集重金屬的作用,本研究以典型淡水湖泊濕地——鄱陽(yáng)湖濕地為例,采用溶液培養(yǎng)和土-砂聯(lián)合培養(yǎng)的試驗(yàn)方法,結(jié)合掃描電鏡-能量色散譜(SEM-EDX)以及化學(xué)提取法(DCB法),研究鄱陽(yáng)湖濕地植物根表鐵膜的形成以及對(duì)鉛在植物體內(nèi)累積和遷移轉(zhuǎn)化的影響。主要結(jié)果如下:(1)鄱陽(yáng)湖濕地植物根表鐵膜的含量為禾本科莎草科蓼科菊科。不同植物種類根表鐵膜的含量具有顯著性差異,即使是同屬一科的濕地植物,其根表鐵膜的含量也存在差異,如同屬于莎草科的苔草根表鐵膜的含量是剛毛荸薺的6倍;不同生境中,活性鐵含量高的南磯山濕地植物根表鐵膜量普遍高于吳城;不同季節(jié)采集三種鄱陽(yáng)湖優(yōu)勢(shì)種群濕地植物的根表鐵膜量也存在差異,11月份植物根表鐵膜的含量高于4月份。(2)植物根系氧化力、溶液pH值、Fe2+濃度、培養(yǎng)時(shí)間、水位變化以及根系分泌物等對(duì)根表鐵膜的形成具有顯著影響。根系氧化力高的苔草根表鐵膜的含量高于根系氧化力弱的咺草;當(dāng)pH為5.5~6時(shí),兩種濕地植物鐵膜含量均達(dá)到最高值;兩種植物的根表鐵膜都隨溶液中Fe2+濃度的增加而增加,根表鐵膜的量與溶液中Fe2+濃度具有顯著的正相關(guān);苔草根表鐵膜的含量隨誘導(dǎo)時(shí)間的增加呈現(xiàn)先升高后變緩的趨勢(shì),7 d作為苔草根表鐵膜含量的最佳形成時(shí)間;隨著淹水水位的增加,苔草和咺草根表鐵膜的含量均有所增長(zhǎng),在淹水2~3 cm前根表鐵膜的含量隨土壤水分含量的增加而增加;根系分泌物中的草酸、蘋(píng)果酸和檸檬酸等能與溶液中的Fe2+發(fā)生螯合從而降低了溶液中Fe2+濃度,減少了鐵膜的含量。(3)培養(yǎng)時(shí)間對(duì)苔草的生長(zhǎng)、根系氧化力、根表鐵膜的含量以及鐵膜的活性具有影響。苔草根表鐵膜的含量隨培養(yǎng)時(shí)間的增加呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢(shì),第一周根表鐵膜的生成速率最大,第三周趨于平衡,第四周開(kāi)始鐵膜的生成速率開(kāi)始出現(xiàn)負(fù)值,鐵膜的含量開(kāi)始下降;苔草根系氧化力隨培養(yǎng)時(shí)間呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì),且低濃度的鐵可以促進(jìn)苔草的根系氧化力;苔草根表鐵膜無(wú)定形態(tài)的鐵只占鐵氧化物總量的6%~18%,大部分的鐵為結(jié)晶態(tài)的鐵氧化物。從第五周開(kāi)始,苔草根表鐵膜開(kāi)始出現(xiàn)老化現(xiàn)象。(4)通過(guò)電鏡掃描(SEM)觀察可知,苔草根表面有一層非結(jié)晶態(tài)的顆粒物沉積在表皮細(xì)胞外,但分布并不均勻。不同鐵濃度水平下,鐵膜的緊密程度也不一致,不加鐵處理的根表鐵膜比較稀疏,加鐵處理的苔草,根表鐵膜更密實(shí)。由能譜分析(EDX)分析得出,苔草根表鐵膜主要含有C、O、Al、K、Si、Ca、Fe等,有鐵膜的根表鐵的含量高于無(wú)鐵膜的植物根表。通過(guò)XRD分析得出,根表鐵膜主要是結(jié)晶態(tài)的鐵α-Fe2O3(赤鐵礦)。(5)鄱陽(yáng)湖濕地植物苔草和咺草根表鐵膜對(duì)溶液中的鉛具有吸附作用。鉛在苔草和咺草中的分配為鐵膜根內(nèi)地上部分,約有50%~60%累積在根表鐵膜中,根表提取的鉛含量與根內(nèi)鉛含量具有顯著的相關(guān)性。約90%的鉛累積在根內(nèi),說(shuō)明根表鐵膜能夠吸附鉛,且在一定程度上可以抑制鉛由根內(nèi)向地上部分遷移。(6)鄱陽(yáng)湖濕地植物苔草根表鐵膜對(duì)土壤中的鉛具有富集作用。苔草根表鐵膜的含量受土壤中Fe2+添加量以及鐵、鉛交互作用的影響,但鉛的添加對(duì)根表鐵膜含量的影響并不顯著。在鉛濃度為0~100 mg·kg-1(處于鄱陽(yáng)湖濕地土壤目前實(shí)際的鉛濃度范圍內(nèi))時(shí),添加500 mg·kg-1的鐵,苔草根表鐵膜的含量可達(dá)到13.63 g·kg-1,根部鉛的百分含量提高了14.95%,苔草根表鐵膜促進(jìn)了鉛在根部的累積。苔草鉛的TFroot和TFshoot在不同處理中分別為0.61~3.32和0.17~0.90,加鐵處理可增加苔草鉛的TFroot,降低TFshoot,鉛在苔草中的DC隨著鐵濃度的提高而顯著降低。苔草根表鐵膜的存在促進(jìn)了鉛從苔草根表向根內(nèi)遷移,而且大量富集在根內(nèi)。對(duì)于鄱陽(yáng)湖濕地這種低鉛污染的土壤,可添加鐵來(lái)增強(qiáng)根表對(duì)土壤中鉛的吸附,促進(jìn)鉛由濕地土壤向苔草根系的遷移,起到凈化濕地土壤重金屬的作用。從而避免了濕地土壤中的重金屬通過(guò)“土壤-水生生物-候鳥(niǎo)”生物鏈間接被候鳥(niǎo)吸收。
【關(guān)鍵詞】：鄱陽(yáng)湖 濕地植物 鐵膜 重金屬 鉛 遷移轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X173;X53
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第1章 緒論13-30
• 1.1 引言13-14
• 1.2 植物根表鐵膜國(guó)內(nèi)外的研究概況14-27
• 1.2.1 濕地植物根表鐵膜的形成及影響因素14-18
• 1.2.2 濕地植物根表鐵膜的作用機(jī)理分析18-21
• 1.2.3 濕地植物根表鐵膜的環(huán)境效應(yīng)研究21-25
• 1.2.4 發(fā)展趨勢(shì)25-27
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容、創(chuàng)新點(diǎn)和科學(xué)意義27-30
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容27
• 1.3.2 技術(shù)路線27-28
• 1.3.3 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和科學(xué)意義28-30
• 第2章 鄱陽(yáng)湖的概況30-39
• 2.1 鄱陽(yáng)湖濕地資源30-31
• 2.2 鄱陽(yáng)湖的濕地植物31-37
• 2.3 鄱陽(yáng)湖的土壤環(huán)境37-38
• 2.4 小結(jié)38-39
• 第3章 鄱陽(yáng)湖濕地植物根表鐵膜的分布特征39-48
• 3.1 材料與方法39-42
• 3.1.1 樣品的采集與處理39-40
• 3.1.2 主要儀器與試劑40-41
• 3.1.3 分析測(cè)定方法41-42
• 3.1.4 數(shù)據(jù)處理42
• 3.2 結(jié)果與討論42-47
• 3.2.1 鄱陽(yáng)湖濕地植物根表鐵膜的分布特征42-45
• 3.2.2 不同濕地植物根表鐵膜差異分析45-47
• 3.2.3 濕地植物根表鐵膜的季節(jié)變化特征分析47
• 3.3 小結(jié)47-48
• 第4章 濕地植物根表鐵膜形成的影響因素分析48-64
• 4.1 試驗(yàn)材料與方法48-51
• 4.1.1 試驗(yàn)材料48-49
• 4.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)49-50
• 4.1.3 鐵膜的提取及測(cè)定50
• 4.1.4 根系分泌物的收集及測(cè)定50
• 4.1.5 數(shù)據(jù)處理50-51
• 4.2 結(jié)果與討論51-62
• 4.2.1 Fe~(2+)濃度對(duì)根表鐵膜形成的影響51-52
• 4.2.2 植物種類對(duì)根表鐵膜形成的影響52-54
• 4.2.3 培養(yǎng)時(shí)間對(duì)根表鐵膜形成的影響54-56
• 4.2.4 pH值對(duì)根表鐵膜形成的影響56-57
• 4.2.5 水位變化對(duì)濕地植物根表鐵膜的影響57-58
• 4.2.6 低分子有機(jī)酸對(duì)鐵膜形成的影響58-60
• 4.2.7 低分子有機(jī)酸對(duì)鐵膜解析的影響60-62
• 4.3 小結(jié)62-64
• 第5章 濕地植物苔草根表鐵膜的動(dòng)態(tài)變化特征64-75
• 5.1 實(shí)驗(yàn)材料與方法64-66
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)材料64
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)64-65
• 5.1.3 樣品測(cè)定65-66
• 5.1.4 數(shù)據(jù)處理66
• 5.2 結(jié)果與討論66-73
• 5.2.1 根表鐵膜的形成對(duì)植物生長(zhǎng)的影響66-67
• 5.2.2 根表鐵膜的形成對(duì)根系氧化力的影響67-69
• 5.2.3 根表鐵膜隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程69-71
• 5.2.4 根表鐵膜活性變化的探討71-73
• 5.3 小結(jié)73-75
• 第6章 濕地植物根表鐵膜的SEM-EDX觀察及XRD表征75-87
• 6.1 試驗(yàn)材料與方法75-77
• 6.1.1 試驗(yàn)材料75-76
• 6.1.2 盆栽試驗(yàn)76-77
• 6.1.3 樣品測(cè)定77
• 6.1.4 數(shù)據(jù)處理77
• 6.2 結(jié)果與討論77-85
• 6.2.1 苔草根表鐵膜的形貌觀察及元素分析77-83
• 6.2.2 苔草根表鐵膜的礦物形態(tài)分析83-85
• 6.3 小結(jié)85-87
• 第7章 濕地植物根表鐵膜對(duì)鉛的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制87-108
• 7.1 試驗(yàn)材料與方法87-89
• 7.1.1 供試植物和土壤87-88
• 7.1.2 溶液培養(yǎng)88
• 7.1.3 盆栽試驗(yàn)88
• 7.1.4 樣品測(cè)定88
• 7.1.5 數(shù)據(jù)處理88-89
• 7.2 結(jié)果與討論89-107
• 7.2.1 苔草、咺草根表鐵膜對(duì)溶液中鉛有效性的影響89-99
• 7.2.2 苔草根表鐵膜對(duì)鉛在土壤-植物體系中的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制99-107
• 7.3 小結(jié)107-108
• 第8章 結(jié)論與展望108-112
• 8.1 研究結(jié)論108-111
• 8.1.1 鄱陽(yáng)湖濕地植物根表鐵膜的分布特征108
• 8.1.2 鄱陽(yáng)湖濕地植物根表鐵膜形成的影響因素108-109
• 8.1.3 濕地植物苔草根表鐵膜的動(dòng)態(tài)變化特征109-110
• 8.1.4 濕地植物根表鐵膜的SEM-EDX觀察及XRD表征110
• 8.1.5 濕地植物根表鐵膜對(duì)鉛的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制110-111
• 8.2 研究展望111-112
• 致謝112-113
• 參考文獻(xiàn)113-126
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果126

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：900026