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超富集植物修复Pb-Cd-As复合污染农田土壤

熊国焕  
【摘要】:农田重金属污染已经成为全球面临的环境问题之一,修复势在必行。植物修复因经济有效、环境友好和操作简便而成为治理重金属污染土壤的一种重要的方法。超富集植物能超量吸收一种或几种重金属而在重金属污染土壤修复技术中表现出巨大潜力。本研究采用室内试验和田间试验相结合的方法,首先通过室内土培试验,研究在采自田间的Pb、Cd和As复合污染土壤中单作或间作龙葵(Solanum nigrum L.)和大叶井口边草(Pteris cretica var. nervosa)条件下,筛选出更有利于修复重金属复合污染土壤的种植方式。在较优的种植方式下进一步研究外源添加不同浓度(0、1.5、3、6、12 mmol·kg-1)EDDS、NTA和EDTA对植物吸收Pb、Cd和As的影响,初步探讨EDTA、EDDS、NTA提高植物修复Pb、Cd和As复合污染土壤的可能性,并分别在0,3 mmol·kg-1 EDDS、NTA和EDTA处理淋溶试验条件下,研究3种螯合剂引起的环境风险。其次,通过外源添加0、600、900、1200mg·kg-1 Pb,0、2、5、10 mg·kg-1 Cd,0、50、100、200mg·kg-1 As的正交土培试验,研究重金属正交复合污染条件下,土壤中Pb、Cd和As对单作龙葵和大叶井口边草吸收重金属影响特征;最后,通过云南个旧野外田间小区试验,研究短萼灰叶(Tephrosia candida)、龙葵(Solanum nigrum L.)和大叶井口边草(Pteris cretica var. nervosa.)3种超富集植物不同配置种植条件下,植物吸收重金属特征基础上,初步探讨植物不同配置方式提高修复Pb、Cd和As复合污染土壤的潜力。 室内试验研究结果表明: 1.间作显著促进了龙葵地上部对Cd的吸收量和大叶井口边草地上部对As的吸收量,间作龙葵地上部吸收Cd和大叶井口边草地上部吸收As含量分别是单作龙葵和大叶井口边草的1.3和1.4倍,说明间作龙葵和大叶井口边草比单作更有利于修复Pb-Cd-As复合污染土壤。间作条件下,大叶井口边草对螯合剂的耐性比龙葵更强。3、6、12 mmol·kg-1 EDTA能极显著增加土壤中Pb、Cd有效态含量,从而促进龙葵地上部对Pb吸收和大叶井口边草地上部对Pb、Cd吸收。ETDA比NTA具有更强的提高土壤Pb、Cd有效态的能力,但对土壤As有效态促进作用中,与EDTA相比NTA效果极显著,1.5、3mmol·kg-1 NTA处理极显著提高土壤As有效态含量及促进龙葵和大叶井口边草地上部对As吸收。这结果说明EDTA促进植物地上部吸收Pb、Cd和NTA促进植物地上部吸收As具有一定潜力。 2.施加3 mmol·kg-1 EDTA第14d天时土壤溶液中Pb (21.12 mg·L-1)、Cd (0.51 mg·L-1)显著高于对照Pb (1.48mg·L-1)、Cd (0.20 mg·L-1),分别为《地下水质量标准》(GB 14848-93)Ⅲ类水质标准Pb (0.05 mg·L-1)和Cd (0.01 mg·L-1)的422倍和51倍。这说明施加3 mmol·kg-1 EDTA导致重金属Pb、Cd淋溶可能性最大。 3.单作大叶井口边草正交复合污染下,单作大叶井口边草土壤中As极显著影响大叶井口边草地上部吸收As(P0.01)。Pb、Cd和As对大叶井口边草地上部和根部吸收As影响主次为:AsPbCd。大叶井口边草地上部吸收As最大为(1027.03±56.23) mg-kg-1。土壤中Pb显著影响大叶井口边草地上部对As吸收,说明尽管大叶井口边草是As的超富集植物,但土壤中有Pb共存条件下,会显著影响大叶井口边草对As的吸收。 4.单作龙葵正交复合污染下,单作龙葵土壤中Cd、As对龙葵地上部吸收Cd产生极显著影响。土壤中Pb、Cd和As对龙葵地上部吸收Cd影响主次为:CdAsPb。T7(Pb 600 mg·kg-1、Cd 5 mg·kg-1. As 200 mg·kg-1)处理下龙葵地上部对Cd吸收最大为(84.84±0.88) mg·kg-1。 田间小区试验研究结果表明: 1.农田土壤受Pb、Cd和As重金属复合污染,其中Cd和As含量均超出《土壤环境质量标准》三级标准,且Pb、Cd和As有效态与总量呈现极显著正相关性。 2.不同植物配置种植方式下,龙葵地上部吸收Cd最大为(6.99±0.25) mg·kg-1;大叶井口边草地上部吸收As最大为(326.98±93.99) mg·kg-1;短萼灰叶地上部吸收Pb最大为(32.96±5.65) mg·kg-1,这进一步说明复合污染会抑制超富集植物对重金属吸收。 3.3种植物不同配置方式处理中单作龙葵(C)处理地上部对Pb、Cd和As吸收量最大,一年分别为1004.97、152.04、1534.47 g.ha-1,说明单作龙葵修复潜力最大。


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