收藏本站
《浙江大学》 2012年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

镉—多环芳烃复合污染土壤植物修复的强化作用及机理

王凯  
【摘要】:随着我国工业化和城市化进程的发展,环境中重金属和有机污染物的排放量在相当长的时间内会保持在比较高的水平,我国土壤污染也将因此趋向严重化和复杂化。根据近年来的一些报道,我国许多区域的土壤中存在重金属-有机物复合污染。针对我国土壤污染治理出现的新的问题和挑战,发展环境友好、成本低廉且的原位修复技术是亟待解决的问题。本研究以我国土壤典型污染物镉(cadmium, Cd)和多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)为代表,研究了Cd和PAHs在复合污染过程中的相互作用及其对我国原生Cd超积累植物东南景天(Sedum alfredii)对复合污染修复效应的影响,并通过农艺、化学和微生物等措施开展了Cd-PAHs复合污染土壤植物修复强化技术及机理的研究,取得的主要研究结果如下: (一)采用室内培养试验模拟Cd和PAHs在土壤复合污染过程中的对彼此环境行为的影响。研究结果表明,土壤中苯并[α]芘(benzo[a]pyrene, B[a]P)的消散主要是通过微生物降解途径。高Cd浓度(25mgkg-1)对土壤中B[α]P的降解有明显的抑制作用,加入初始浓度为250mg kg-1的芘(pyrene, PYR)能显著促进B[α]P的降解,缩短其半衰期并缓减高Cd浓度对B[α]P的降解的抑制。解吸态和非解吸态B[α]P对其在土壤中的降解均有贡献且可以相互转化,其中解吸态B[α]P的贡献率较大,而残留态B[α]P对总降解量的贡献可以忽略。因PYR的加入而促进降解的那部分B[α]P主要为解吸态。加入PYR在250天的培养过程中未对土壤中水提取态和有效态(醋酸铵提取态)Cd浓度产生显著影响,高Cd浓度土壤中水提取态和有效态Cd浓度受到老化作用的影响,在培养后期有下降趋势。 (二)采用盆栽试验研究了我国原生Cd超积累植物东南景天在Cd-PHE (phenanthrene,菲)/PYR复合污染土壤中的生长及其对两类污染物的去除能力。供试土壤为轻度Cd污染的菜地土壤(0.92mg kg-1),分别指设置2个Cd污染浓度(0.92,6mgkg-1)和3个PHE/PYR污染浓度(0,25,150mgkg-1),并将各个Cd和两种PAHs的污染水平分别进行交叉处理。在各个复合污染浓度土壤中种植东南景天并设置无植物对照。研究结果表明,土壤Cd浓度的提高促进了东南景天的生长,但是PAHs的存在抑制了这种促进作用。同时,在高浓度Cd污染土壤中PAHs还抑制了东南景天对Cd的吸收积累并降低了Cd的植物提取效率。经过60天的种植,土壤Cd的植物去除率在低、高浓度Cd污染土壤中分别为5.8~6.7%和5.7~9.6%。PHE和PYR的去除率在种植东南景天后的土壤和无植物对照土壤中并无显著差异。土壤Cd浓度的提高抑制了PYR在土壤中的降解消散,同时也抑制了脱氢酶活性,这说明Cd对PYR降解的抑制可能是由其对土壤微生物活性的抑制作用引起的。本试验的结果说明东南景天可以在PHE或PYR存在下,从土壤中有效提取Cd,但是在高浓度Cd污染土壤中,其提取效率受到两种PAH的抑制。另一方面,仅种植东南景天不足以同时修复土壤中的PAH,其他强化措施需要被引入以达到共同去除Cd和PAH的目的。 (三)通过盆栽试验,研究了有机肥(猪粪蚯蚓堆肥产物,pig manure vermicompost)强化东南景天修复Cd-PAHs复合污染土壤的潜力。在Cd浓度为5.53mg kg-1的土壤中添加三种代表性的PAHs (PHE、PYR和蒽(anthracene, ANT),每种目标浓度均为250mgkg-1)。试验设置四个处理:1)无植物且不施用有机肥的土壤;2)种植东南景天但不施用有机肥的土壤;3)施用有机肥但不种植东南景天的土壤;4)施用有机肥且种植东南景天的土壤。研究结果表明,施用有机肥使东南景天地上部和根部的干物质重分别是未施肥处理的2.17和3.93倍,但没有对植物地上部Cd浓度产生显著影响。施肥处理中Cd的植物提取效率是未施肥处理的1.97倍。施用有机肥不但对土壤酶活没有抑制作用,反而增高了土壤微生物生物量碳。与无植物无肥料对照相比,施用有机肥且种植东南景天分别将PHE、PYR和ANT的去除率提高了0.26%、3.21%和4.00%,但是单独施用有机肥或种植东南景天对PAHs的消散没有促进作用。土壤中的PAH降解菌的相对丰度与PAHs的去除率没有显著相关性。施用有机肥且种植东南景天显著改变了土壤总细菌群落结构和多样性,相对较高的PAHs去除率可能是由于有机肥与植物根系相互作用改变了根际土壤的微生物群落结构使其更有利于PAHs降解。综上所述,种植东南景天并施用有机肥能有效去除Cd-PAHs复合污染土壤中的两类污染物。 (四)通过盆栽试验比较了东南景天-黑麦草(Lolium perenne)、东南景天-蓖麻(Ricinus communis)套作体系与东南景天单作体系对Cd-PAH复合污染土壤中Cd、锌(Zn)和铅(Pb)的提取效率和PHE、PYR和ANT的去除率。研究结果表明,与蓖麻套作降低了东南景天地上部的生物量。与黑麦草和蓖麻套作分别使东南景天地上部的Cd浓度比单作处理中下降了64.3%和47.4%,相反,与黑麦草和蓖麻套作分别使东南景天地上部的Zn浓度比单作处理中提高了19.8%和25.6%。与黑麦草套作的东南景天地上部Pb浓度显著高于单作处理。总体上,三种植物系统对Cd、Zn和Pb的总提取量没有显著差异(除了东南景天-黑麦草套作系统对Pb的提取量最高)。两种套作体系中土壤PYR和ANT的去除率显著高于东南景天单作体系和无植物对照。与无植物对照相比,东南景天-黑麦草和东南景天-蓖麻套作系统分别把土壤中PYR的去除率提高了2.3%和3.5%,而ANT的去除率则分别提高了8.5%和9.1%。这可能是因为套作体系促进了土壤微生物的生长和主要氧化还原酶活性。综上所述,东南景天-黑麦草、东南景天-蓖麻套作体系是从复合污染土壤中同时去除重金属和PAHs的有效措施。 (五)通过盆栽试验研究了非离子表面活性剂Tween80、B[a]P降解菌剂及两者联合施用对东南景天修复Cd-B[a]P复合污染土壤的影响。研究结果表明,Tween80、B[a]P降解菌剂和两者联合作用均未对植物生长和Cd提取效率产生显著影响。东南景天对低、高两个Cd水平的Cd-B[a]P复合污染土壤中Cd的提取效率分别为16.8-20.8%和6.4-7.6%。总体上,施用菌剂能促进土壤中B[α]P的降解,而Tween80对B[α]P去除率的影响受到土壤Cd浓度水平和植物相互作用的影响。在高Cd浓度(4.71mg kg-1)土壤中,菌剂-表面活性剂协同作用能最有效地去除B[α]P。东南景天-菌剂联合修复能同时并有效地去除土壤中的Cd和B[α]P,而Tween80-菌剂-东南景天联合作用在高Cd浓度水平的Cd-B[a]P复合污染土壤中能最高效地同时去除两种污染物。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:X53

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 王加恩;康占军;潘卫丰;任荣富;胡艳华;来红;;浙北嘉善县1990-2008年土壤重金属元素及酸碱度变化和趋势预测[J];地质科技情报;2010年01期
2 曲健;宋云横;苏娜;;沈抚灌区上游土壤中多环芳烃的含量分析[J];中国环境监测;2006年03期
3 许姗姗,刘文新,陶澍;全国多环芳烃年排放量估算[J];农业环境科学学报;2005年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 高彦征;土壤多环芳烃污染植物修复及强化的新技术原理研究[D];浙江大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨辉;王海霞;李晓军;毛华军;吴海燕;于秀娜;罗宏宇;;多环芳烃污染土壤生物修复技术研究进展[J];安徽农业科学;2011年03期
2 陆贻通,沈国清,华银锋;污染环境重金属酶抑制法快速检测技术研究进展[J];安全与环境学报;2005年02期
3 张彦;张惠文;苏振成;张成刚;;污水灌溉对土壤重金属含量、酶活性和微生物类群分布的影响[J];安全与环境学报;2006年06期
4 孙国红;梁学峰;徐应明;张振荣;王林;;铅镉在土壤-青菜系统吸收累积的数值模拟[J];安全与环境学报;2010年05期
5 梁宝翠;王小文;昌小颖;姬艳梅;洪雷;;陕西省大气污染源二噁英排放量估算研究[J];环境科学与管理;2011年09期
6 张书颖;谢曙光;;菲厌氧降解对细菌和古细菌群落的影响[J];北京大学学报(自然科学版);2011年05期
7 刘云国;周海舟;冯宝莹;樊霆;潘翠;;锰污染稻田土壤微生物群落结构和遗传多样性研究[J];湖南文理学院学报(自然科学版);2007年04期
8 鲁海燕;曹靖;杨鑫;徐艾诗;;白银地区污灌对农田土壤细菌多样性的影响[J];长春理工大学学报(自然科学版);2010年02期
9 陶豫萍,吴宁,罗鹏,刘兵;森林对污染物(SO_4~(2-))的过滤器效应研究[J];长江流域资源与环境;2005年05期
10 王志勇;廖丽;袁学军;;重金属铅对草坪植物的毒害研究进展[J];草原与草坪;2010年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 霍晓君;王静;;“三种废弃物”配施影响土壤微生物生态的实验研究[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)[C];2011年
2 韩菲;;国内外水体沉积物中多环芳烃污染状况的环境调查与防治浅析[A];2007中国环境科学学会学术年会优秀论文集(上卷)[C];2007年
3 顾尚义;王展;;铅锌冶炼废渣对土壤酶活性影响的试验研究[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2010年
4 姚焕炬;高宏;董继元;;兰州地区多环芳烃的跨界面迁移与归趋模拟研究[A];持久性有机污染物论坛2008暨第三届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集[C];2008年
5 黎华寿;刘龙元;陈桂葵;贺鸿志;秦之璇;;不同植物间作模式对PCBs污染红壤修复过程中土壤酶活性的影响[A];持久性有机污染物论坛2009暨第四届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集[C];2009年
6 刘龙元;黎华寿;贺鸿志;陈桂葵;林琳;;不同植物间作模式对作物——红壤土体系中PCBs残留的影响[A];持久性有机污染物论坛2009暨第四届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集[C];2009年
7 张慧;党志;姚丽贤;易筱筠;杨琛;;镉芘单一污染和复合污染对土壤微生物生态效应的影响[A];第二届全国农业环境科学学术研讨会论文集[C];2007年
8 周叶锋;廖晓兰;;环境中农药的微生物降解研究进展[A];第二届全国农业环境科学学术研讨会论文集[C];2007年
9 郝明亮;王路光;王靖飞;张光辉;;河北省土壤中苯并(a)芘含量空间分析与评估[A];第三届全国农业环境科学学术研讨会论文集[C];2009年
10 卫泽斌;郭晓方;丘锦荣;陈娴;吴启堂;;间套作体系在污染土壤修复中的应用研究进展[A];第三届全国农业环境科学学术研讨会论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 马万里;我国土壤和大气中多环芳烃分布特征和大尺度数值模拟[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 邱丘;菜心Cd积累的品种间差异及Cd污染控制方法研究[D];中山大学;2011年
3 黄勇;城市植物叶片PAHs特性及对土壤微生物与酶的影响[D];中南林业科技大学;2011年
4 周笑白;植物—丛枝菌根真菌修复多环芳烃污染土壤[D];大连理工大学;2011年
5 吕黎;阳离子表面活性剂对PAHs在土壤—作物间迁移的阻控作用及机制[D];浙江大学;2011年
6 丁娜;多氯联苯在毫米级根际微域中的消减行为及生物响应机制研究[D];浙江大学;2012年
7 俞慎;红壤铜污染的物理化学行为和生物学表征[D];浙江大学;2002年
8 滕应;重金属污染下红壤微生物生态特征及生物学指标研究[D];浙江大学;2003年
9 龙健;我国南方红壤矿区复垦土壤微生物生态特征及其恢复研究[D];浙江大学;2004年
10 李兆君;土壤中甲磺隆结合残留的风险评价及水稻对其响应基因型差异的机理研究[D];浙江大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 舒丽娜;锌胁迫下CO_2浓度升高对三种不同光合途径植物生长发育和锌积累的影响[D];华中农业大学;2010年
2 王菲;多环芳烃污染土壤的微生物修复对微生物种群的影响[D];中国海洋大学;2010年
3 元妙新;固定化细菌增强修复多环芳烃污染土壤及影响因素[D];浙江大学;2011年
4 严虎;多菌灵、氯霉素单一与复合条件下在土壤中的消解及其对土壤真菌细菌比和酶活性的影响[D];浙江大学;2011年
5 王军;皂荚DOM对污染土壤中PAHs的去除及其影响因素[D];福建师范大学;2010年
6 郑威;PAHs在4种绿化树种体内的分布及对其生理生态特性的影响[D];中南林业科技大学;2008年
7 江丽;重金属Cd污染对土壤微生物群落结构及大豆生理指标的影响研究[D];中南林业科技大学;2008年
8 文娟;枫香人工林林冠层淋溶作用对重金属污染迁移规律影响[D];中南林业科技大学;2009年
9 李娜;土壤pH对铜形态和生物有效性的影响及土壤污染修复研究[D];河北农业大学;2011年
10 程丽;Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)、Ni(Ⅱ)对SBR污水生物处理系统影响的研究[D];山东农业大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 潘根兴,成杰民,高建琴,刘世梁,郑金伟;江苏吴县土壤环境中某些重金属元素的变化[J];长江流域资源与环境;2000年01期
2 张勤;浙江农业地质环境调查土壤样品中54种指标配套分析方案和分析质量监控系统[J];中国地质;2004年S1期
3 周国华,董岩翔,刘占元,汪庆华,刘国华,孙彬彬;杭嘉湖地区土壤元素时空变化研究[J];中国地质;2004年S1期
4 宋书巧,吴欢,黄胜勇;重金属在土壤──农作物系统中的迁移转化规律研究[J];广西师院学报(自然科学版);1999年04期
5 夏星辉,许嘉琳;应用化学清洗剂去除包气带石油污染物的实验研究[J];环境化学;1997年01期
6 朱利中,沈学优,刘勇建,叶春生;高效液相色谱法分析水中痕量多环芳烃[J];环境化学;1999年05期
7 李培军,许华夏,张春桂,宋玉芳,任丽萍;污染土壤中苯并(a)芘的微生物降解[J];环境污染治理技术与设备;2001年05期
8 程国玲,李培军,王凤友,周启星,台培东,韩桂云,张海荣;多环芳烃污染土壤的植物与微生物修复研究进展[J];环境污染治理技术与设备;2003年06期
9 朱利中;土壤及地下水有机污染的化学与生物修复[J];环境科学进展;1999年02期
10 桑伟莲,孔繁翔;植物修复研究进展[J];环境科学进展;1999年03期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 康红;杨卓;王海林;李博文;;印度芥菜对土壤中重金属Pb、Cd、Zn的吸收与积累特性研究[J];安徽农业科学;2010年34期
2 杨卓;陈婧;李博文;;不同品种印度芥菜对潮褐土Cd·Pb·Zn富集能力的比较研究[J];安徽农业科学;2011年14期
3 孙约兵;周启星;任丽萍;;镉超富集植物球果蔊菜对镉-砷复合污染的反应及其吸收积累特征[J];环境科学;2007年06期
4 张春华;毛亮;周培;高扬;施婉君;靳治国;;超积累植物与非超积累植物吸收累积重金属的差异性研究[J];上海交通大学学报(农业科学版);2009年06期
5 铁柏清,袁敏,唐美珍,钱湛,湛灵芝,贺敏,罗荣,青山勋;Cd、Pb、Cu、Zn、As复合污染对龙须草生长的影响[J];土壤通报;2005年02期
6 秦文淑;汤叶涛;仇荣亮;;应用植物重金属超富集机理修复土壤复合污染的研究现状与展望[J];四川环境;2008年02期
7 周青,黄晓华,曹玉华,张剑华;La对Pb,Cd复合污染大豆幼苗的缓解作用[J];中国稀土学报;1998年04期
8 ;广东5年内有望初步识别珠三角灰霾成因改善空气质量[J];广州环境科学;2007年01期
9 龚平,李培军,孙铁珩;Cd、Zn、菲和多效唑复合污染土壤的微生物生态毒理效应[J];中国环境科学;1997年01期
10 杨志新,刘树庆;Cd、Zn、Pb单因素及复合污染对土壤酶活性的影响[J];土壤与环境;2000年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 贾文珍;祝方;;螯合剂诱导植物修复Pb、Cd、Zn复合污染土壤酶活性的影响[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
2 陈智林;尹华;叶锦韶;彭辉;秦华明;张娜;何宝燕;;黑麦草对水体铜-芘复合污染的修复研究[A];第三届全国农业环境科学学术研讨会论文集[C];2009年
3 廖燕;朱君君;孙振钧;王冲;张宁;;不同土地利用方式下的蚯蚓种群特征及与土壤肥力的关系[A];中国土壤学会第十一届全国会员代表大会暨第七届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会论文集(下)[C];2008年
4 王军;朱鲁生;谢慧;孙瑞莲;徐荣娟;徐琦峰;张夫道;;莠去津对四种长期定位施肥土壤的呼吸影响[A];首届全国农业环境科学学术研讨会论文集[C];2005年
5 李树志;郭友红;鲁叶江;;采煤塌陷对矿区耕地土壤肥力的影响[A];第七届全国矿山测量学术会议论文集[C];2007年
6 侯春霞;骆东奇;魏朝富;谢德体;;母岩风化与土壤肥力的关系[A];第六届全国环境地球化学学术讨论会论文摘要汇编[C];2002年
7 阳永泉;温远光;梁宏温;朱宏光;何斌;;桉树和相思人工林生长对土壤肥力的影响[A];第二届中国林业学术大会——S4 人工林培育理论与技术论文集[C];2009年
8 徐培智;解开治;陈建生;杨少海;张发宝;唐拴虎;黄旭;顾文杰;;稻秆还田配伍不同促腐剂对稻田土壤肥力及其水稻产量的影响[A];土壤资源持续利用和生态环境安全——中国土壤学会第十一届二次理事扩大会议暨学术会议论文集[C];2009年
9 郑建渠;熊江霞;侯立志;薛裕国;刘建刚;;靖江市土壤肥力演变特性及其对策[A];江苏耕地质量建设论文集[C];2008年
10 刘学军;;论黄陂区土壤(水稻土)肥力变化及对策[A];坚持科学发展观 推进自主创新 促进国家创新型城市建设——武汉市第二届学术年会论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 北京大学环境科学与工程学院 谢绍东;建立区域大气复合污染防治技术体系[N];中国环境报;2011年
2 中化化肥公司高级顾问 中国农业大学教授 王兴仁 肖悦岩;中化化肥免费电话解答集锦[N];农资导报;2009年
3 于千桂;果园养猪 一举两得[N];山东科技报;2006年
4 云南省烟草科学研究所 雷丽萍;保护性栽培是提高烟田土壤肥力的重要措施[N];云南科技报;2006年
5 居其明;浦东超级监测站紧盯复合污染[N];中国环境报;2011年
6 澄城县农技中心 常正民 周雷茸;玉米长出分蘖咋办[N];陕西科技报;2006年
7 白海霞 王飞 周坤;新建苹果园存在哪些问题[N];陕西科技报;2007年
8 北大荒股份八五三分公司技术部提供,李丽、永明整理;玉米怎样精细整地[N];北大荒日报;2010年
9 本报记者 武炳明;复合肥须走可控化道路[N];中国化工报;2006年
10 永年县农业局南沿村区域中心站 王俊生 关丹燕;想棉花高产 底肥很关键[N];河北科技报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王凯;镉—多环芳烃复合污染土壤植物修复的强化作用及机理[D];浙江大学;2012年
2 高茜;河流沉积物中重金属与有机物的复合污染研究[D];华北电力大学;2012年
3 曹梦华;基于零价铁的复合污染土壤化学修复研究[D];华中科技大学;2013年
4 朱治强;Cd-DDT复合污染土壤的植物与微生物联合修复及机理[D];浙江大学;2012年
5 朱江;镉-菲复合污染对安德爱胜蚓(Eiseniaandrei)和白线蚓(Fridericiabulbosa)的生态毒理效应研究[D];上海交通大学;2008年
6 王志增;河流沉积物中重金属和农药的复合污染机理模型研究[D];华北电力大学;2013年
7 黄化刚;镉—锌/滴滴涕复合污染土壤植物修复的农艺强化过程及机理[D];浙江大学;2012年
8 王鑫宏;DBP/DEHP单一及与Pb复合污染对土壤微生物量碳及土壤酶的影响研究[D];东北师范大学;2010年
9 高扬;崇明岛冲积土重金属污染毒理效应及生物修复技术研究[D];上海交通大学;2010年
10 张杰;诺氟沙星的土壤环境行为及生态效应研究[D];南京农业大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高鹏;施肥对东南景天修复土壤重金属—十溴联苯醚复合污染的影响[D];暨南大学;2011年
2 蒋大猛;川芎GAP基地复合污染土壤中汞的植物修复研究[D];成都理工大学;2010年
3 蒋汉明;川芎GAP基地复合污染土壤中砷的植物修复研究[D];成都理工大学;2010年
4 阮存鑫;四环素与铜复合污染对土壤硝化作用及植物生长的影响[D];南京林业大学;2010年
5 丁园;土壤重金属复合污染对牧草生长的影响及调控[D];南京农业大学;2001年
6 黄亮;酸雨胁迫下紫色土镉、锌复合污染对莴笋的影响[D];西南农业大学;2004年
7 李铮铮;鱼腥草对铅锌复合污染的响应与金属累积特性[D];四川农业大学;2007年
8 吴锦标;红薯在土壤重金属Pb、Cd单一和复合污染下的耐性研究[D];暨南大学;2010年
9 杨强;有机污染物—重金属复合污染土壤植物修复技术研究[D];浙江大学;2004年
10 寇士伟;重金属Cd、Cu、Pb复合污染对芥菜的胁迫及芥菜对其吸收累积特征研究[D];暨南大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026