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铅锌尾矿区铅富集植物筛选及其吸收机理研究

邹同静  
【摘要】: 重金属污染已成为影响环境和威胁人类健康的重要问题。寻求成本低廉、化境负效应小的重金属污染修复方式受到环保和科研工作者研究的重视。利用富集植物修复土壤重金属污染已成为当今环境生态恢复的研究前沿。针对不同的土壤污染程度以及修复的目的,应当采取相应的植物修复方式。本研究通过对铅锌尾矿区上所生长的自然定居植物进行重金属吸收评价,筛选铅富集能力差异较大的矿山生态型和非矿山生态型植物种类,结合室内盆栽试验,验证了两种生态型对铅的富集能力差异,铅对富集植物生理机制的伤害以及植物的抗氧化酶在铅胁迫下的作用。主要研究结果如下: 1、矿区土壤重金属污染严重,选择和筛选富集重金属或对重金属具有耐性的植物是矿山污染修复和生态重建的前提和关键。该研究通过对荥经县三合乡铅锌尾矿区的土壤和植被进行调查,共采集15科22种植物,并对矿区土壤及植物的Pb、Zn积累特性进行了分析。结果表明:尾矿区土壤受到不同程度的Pb、Zn污染,土壤中最高的Pb、Zn含量已严重超标。所测植物当中,没有一种植物符合超富集植物的标准,大部分植物为重金属排斥型植物。其中华中蹄盖蕨(Athyrium wardii)和香附子(Cyperus rotundus)两种植物根部Pb、Zn含量分别能够达到11086.7mg kg-1、7626.8mg kg-1和4634.6 mg kg-1、5908.2 mg kg-1,且对Pb、Zn的转运能力极低。这些植物对Pb、Zn污染有很强的耐性能力,对污染土壤治理和植被重建具有一定的实践意义。 2、为筛选出适合稳定修复矿区Pb污染土壤的耐性植物,该研究在植物的三个生长时期采集了铅锌尾矿区的9种优势植物并同时采集非矿山生态型,对比其对铅的稳定修复能力。结果表明:矿山生态型优势植物根部富集能力大于地上部。所测植物中,不同生长时期的矿山生态型华中蹄盖蕨根部含量均最高,在生长前期和生长旺盛时期分别可以达到15542.1和10720.1mg kg-1,为非矿山生态型的426和455倍,其转运系数极低,铅在根部积累量可以达到42mg plant-1。矿山生态型华中蹄盖蕨根际土壤有效态铅含量为310mg kg-1,是非矿山生态型的17倍。矿山生态型植物根部铅含量与对应的根际土壤有效态铅含量未能达到显著相关,说明矿山生态型华中蹄盖蕨根部对铅的吸收能力不完全取决于土壤中铅含量的高低,还与其自身特性相关,所以这种植物对铅耐性很强,对于稳定修复污染土壤具有潜力,可作为尾矿区稳定修复Pb污染土壤的新材料。 3、经过前期筛选,为验证对铅的吸收与耐性机理,分别采集三合铅锌矿的矿山生态型和未被污染的非矿山生态型华中蹄盖蕨进行盆栽试验。结果表明,随着土壤中铅含量的增加,两种生态型华中蹄盖蕨地上部生物量显著下降,矿山生态型为非矿山生态型的1.5倍以上。矿山生态型地上部和根部铅含量在800mg kg-1处理时达到最大值,分别为非矿山生态型的3.5和3倍。在铅处理下,两种生态型华中蹄盖蕨表现出很强的根部富集能力。两种生态型叶绿素a和叶绿素b的含量随铅浓度的增加而下降。铅处理使非矿山生态型膜质过氧化和膜透性不断增大,而矿山生态型则在高浓度下都出现下降。矿山生态型华中蹄盖蕨叶片CAT、POD和SOD在600和800mg kg-1处理时达到最大值,而非矿山生态型的抗氧化酶活性小于矿山生态型。因此,矿山生态型华中蹄盖蕨对铅具有很强的耐性,对于稳定修复铅污染土壤有很大的潜力。


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