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砷磷复合污染条件下的植物生长反应及超积累特性研究

赵睿  
【摘要】: 土壤重金属污染(尤其是复合污染)问题已经引起国内外的广泛关注和高度重视,包括植物修复在内的土壤重金属污染防治方法也是国内外重点研究的环境热点和难点问题之一。 研究探索复合污染(或称交互作用)条件下植物的生长反应和超积累特性是实现土壤重金属污染植物修复的重要基础。为此,通过野外调研观测和室内水培实验,确定以云南某有色金属矿区生长的两种优势植物—绵毛酸模(Polygonum lapathifolium L.)和齿果酸模(Rumex dentatus L.)为目标植物进行了砷磷复合污染条件下植物生长反应和超积累特性的研究。 首先,给出了实验研究方法,它由实验研究方案的设计、植物样品及土壤样品的采集和前处理、植物水培实验方法和质量控制与质量保证等项内容构成。 (1)实验研究方案着重介绍了研究对象及其性质,在此基础上,经过比较分析研究,提出了实验方法(野外调研观测法和室内对比栽培法)和技术路线,确定了分析测定项目和所采用的方法。 (2)植物样品的采集和前处理方法正确与否,直接关系到研究结果的准确性和研究结论的可靠性。因此,必须予以充分关注。研究中采用了植物学领域比较公认的样品采集和前处理方法。 (3)土壤样品的采集和前处理方法严格按照GB 15618-1995《土壤环境质量标准》和HJ/T 166-2004《土壤环境监测技术规范》中规定的方法进行。 (4)植物水培实验在温室中进行,其方法包括水培溶液的配制和实验方案的制定。前者使用了Hoagland-Arnon(1938)通用配方作为基础营养液,再分别设计和加入不同比例的磷和砷,配制成水培溶液;后者按照因素实验法安排实验。 (5)研究过程中(包括样品采集、水培实验、分析方法选用、样品测定、数据处理等),通过建立质量控制/质量保证制度来确保所产生的土壤和植物的采样分析测定数据和其他资料具有代表性、准确性、精密性、可比性和完整性。 其次,开展了野外条件下植物生长反应和超积累特性的研究,以及植物吸收砷的机理探讨。结果表明: (1)云南某有色金属矿区优势植物中,对砷具有潜在超积累能力的植物主要有蜈蚣蕨(Pteris vittata L.)、披散问荆(Equesetum difusm D.Don)、绵毛酸模(Polygonum lapathifolium L.)、齿果酸模(Rumex dentatus L.)、密蒙花(Buddlejaofficinalis Maxim)、蓖麻(Kicinus communis L.)、三叶鬼针草(Bidens pilosa)等。这些植物的生物富集系数BC或转移系数TC远大于1。 (2)植物吸收砷的机理主要表现为土壤复合污染与砷的植物效应(协同作用和拮抗作用等),以及植物对砷的吸收途径和化学行为(酸碱反应、氧化还原反应、络合反应、生化反应、活化与固定、吸附与脱附)等方面。砷磷复合污染在一定条件下具有某种协同效应。因此,必须重视土壤复合污染问题。 (3)影响植物对砷吸收的主要因素有植物种类、砷的性质、土壤的氧化还原状态、酸碱性、阳离子代换量、土壤的机械组成等。 最后,开展了水培条件下植物生长反应和超积累特性的研究,以及野外实验和水培实验结果的比较。结果表明: (1)绵毛酸模(Polygonum lapathifolium L.)和齿果酸模(Rumex dentatus L.)两种目标植物的生长特性指标(生长状况、植株干重、植株高度、叶绿素含量等)和对砷的超积累特性指标(植株不同部位的砷含量、转移系数TC、生物富集系数BC等)都存在一定差别。在实验条件下,齿果酸模(Rumex dentatus L.)对砷的耐性强于绵毛酸模(Polygonum lapathifolium L.)。 (2)砷磷复合污染条件下,影响目标植物生长反应和超积累特性的因素较多,而且各因素之间有时还存在协同效应或拮抗效应。因此,在实际从事土壤重金属污染植物修复时,应根据具体情况调控影响因素。


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