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崇明岛冲积土重金属污染毒理效应及生物修复技术研究

高扬  
【摘要】: 开展崇明岛生态环境修复和整治对上海市未来发展具有重要的战略意义,围垦土地的环境修复可以有效地缓解农业中耕地使用的压力,又可以保证农产品免受污染,不仅体现以人为本的科学发展观,而且研究成果可为环境资源的可持续发展提供有力的技术保证。 本研究以崇明岛冲积土壤为研究对象,分析不同土地利用方式下土壤重金属污染及相关酶活性与微生物群落结构特征,并通过室内模拟实验研究重金属复合污染下土壤生态毒理效应以及如何减轻重金属危害,最后利用从重金属污染地筛选出的两株耐重金属Pb和Cd的真菌并联合螯合剂添加到土壤中以提高植物累积土壤重金属效率。 研究主要结论如下: 1.崇明岛冲积土壤高重金属含量的区域主要集中在中部,土壤Ni和Cr的含量在西部长江下游冲积沙区较高;工业用地对土壤重金属含量影响显著,而商业用地则不然,东部农田和湿地区域土壤中的重金属含量较低;Pb、Zn、Cu、Cd这4种重金属应作为重点防治对象,着重控制Pb和Cd污染,崇明岛西部应重点监测Ni和Cr污染。 2.利用随机扩增多态性DNA(RAPD)的分子检测方法发现:不同土地利用方式下崇明岛土壤的总DNA多态性条带呈显著差异,其多态性条带数量大小顺序为:农业用地商业用地工业用地湿地;农业土壤的总DNA相似性系数显著高于其他土地利用类型,湿地与工业土壤DNA基因相似性要低于其他土地利用类型;不同土地利用方式下崇明岛土壤酶的活性主要由中部的镇中心以及居民和工业区向东部的东滩湿地和西部以及北沿农场逐渐降低,并且随土层深度增加,土壤酶高活性的区域逐渐减小。 3.通过模拟实验发现:单一Pb污染对土壤呼吸强度和酶活性的影响要小于单一Cd污染及Cd、Pb复合污染,种植龙葵及玉米等作物有助于提高土壤微生物活性和土壤酶活性;单一Pb和Cd、Pb复合污染下土壤DNA的多态性条带要多于单一Cd污染;种植龙葵及玉米等作物在不同程度上提高了土壤DNA的多态性以及基因丰富度;不同栽培方式对脲酶、磷酸酶等土壤酶活性释放作用的大小顺序为:混合栽培单一栽培未栽培植物。 4.通过不同植物对比研究发现:重金属超富集植物龙葵的超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、酸溶性硫醇化合物(TAST)、总谷胱甘肽(GSH)和植物鳌合肽(PC)随土壤重金属毒性系数增加呈逐渐增加或减小的趋势;SOD、MDA、TAST、GSH和PC与土壤中的重金属毒性系数呈多元回归关系(R2 0.95);SOD、TAST和PC的相关酶基因在超富集植物抗氧化防御系统中显著表达,TAST和PC在不同超积累与非超积累植物体内对重金属胁迫的响应机制不同。 5.利用生物联合技术修复Cd、Pb复合污染的研究中发现:添加柠檬酸或具有耐铅功能的绿色木霉菌(Hypocrea virens)及耐镉功能的淡紫拟青霉菌(Paecilomyces lilacinus)能显著能提高30-45%龙葵生物量;不同重金属浓度处理下龙葵生物量的大小顺序:柠檬酸与微生物联合添加添加柠檬酸添加微生物空白未添加酸或微生物菌处理;柠檬酸和微生物两者联合添加将提高30%Cd的累积量,不同处理下龙葵对Cd的累积大小顺序为:柠檬酸与微生物联合添加添加微生物添加柠檬酸未添加酸或微生物菌处理;龙葵对Pb无显著的超积累特征,Pb主要集中在根部累积,茎和叶累积率较低,而添加筛选的具有耐铅功能的绿色木霉菌及耐镉功能的淡紫拟青霉菌有助于显著提高龙葵对Pb的积累,但添加柠檬酸反而降低龙葵对Pb的积累。


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