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《武汉大学》 2005年
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表面活性剂对植物吸收土壤重金属的影响

陈玉成  
【摘要】:表面活性剂作为洗涤用品的主要活性物从肥皂开始已有100多年的历史,其应用领域从家用洗涤剂扩展到一切生产与技术经济领域,如石油勘探与开采、采矿、食品、农业、森林、交通、建材、环保、医药等,但大部分使用后排入了环境。赋存于环境中的表面活性剂对环境有正负两种效应,一方面由于其难降解性而构成环境污染物,另一方面,它们又是环境中某些污染物的修复剂。特别是20世纪90年代以来,建立在增溶和增流作用基础上的表面活性剂强化修复技术已成功用于土壤中多种难溶解、难降解、难利用的有机污染物(如多环芳烃、多氯联苯等)的修复,近来已陆续出现了利用表面活性剂来修复环境中重金属污染的相关研究,但利用表面活性剂治理土壤重金属的研究尚不多见。 本文根据表面活性剂与重金属、土壤、植物等的关系原理,通过连续吸附试验、模拟试验、柱淋洗试验、生物培养试验等,研究表面活性剂/螯合剂联合对镉污染土壤植物修复的强化效应及其条件,包括表面活性剂类型、浓度、使用时间、使用方式等,探索其作用的土壤物理化学机制、植物生理生化机制、土壤—植物系统的耦合机制,验证表面活性剂强化植物修复的效果及其对土壤环境安全效应,在理论上,可以丰富表面活性剂的污染生态化学及其表生行为与环境效应内容;在实践上,可以建立基于表面活性剂的化学强化植物修复技术。 首先通过盆栽试验,采用正交设计与完全设计,研究了表面活性剂类型、添加时间、添加浓度、EDTA添加时间、添加浓度、重金属类型、添加浓度、植物类型等因素对植物生物量、植物体内重金属浓度、吸收总量、器官分配比率等的影响,发现在影响植物吸收土壤重金属总量的因素中,植物类型、重金属类型和表面活性剂类型是较为重要的因素。就植物而言,作为C_4植物的玉米有着更高的生物量,而作为C_3植物的雪菜则容易积累重金属。就重金属而言,在表面活性剂与EDTA作用下,镉最易被植物富集,铜次之,而铅最不易富集,其平均富集系数分别为70.31%、67.42%和28.92%。就表面活性剂而言,阴离子型与非离子型表面活性剂的强化修复效果要优于阳离子型表面活性剂。从试验成本和试验效果考虑,可推荐使用阴离子型的十二烷基硫酸钠和非离子型的Tween80。 采用多季盆栽试验,证实了表面活性剂与EDTA促进植物吸收重金属的主要机理是其提高了土壤重金属的生物有效性,并促使根镉向地上部转移。表面活性剂与EDTA处理的植物叶绿素含量随着时间推移和镉的积累,而呈现逐步下降趋势。表面活性剂与EDTA对细胞膜的作用使得镉更容易进入植物体内,随着体内镉浓度的升高,细胞膜脂被过氧化,MDA含量上升。表面活性剂与EDTA处理后,植物茎叶镉吸收量符合呈Logistic方程增长,生长56d时收获植物地上部位,可收获理论最大吸收量的80%以上。 采用种子萌发试验,发现表面活性剂种类、浓度对种子发芽率没有明显的影响,但却影响水稻种子的发芽势。就表面活性剂种类而言,抑制作用的强若顺序为CTABTX100SLS,添加Cd无疑会加重抑制作用。随着SLS浓度的增加,种子发芽过程中的相对吸水率和相对电导率表现出逐渐下降的趋势,进一步验证了阴离子型SLS作为植物吸收Cd的强化物质的可行性。
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:X53

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