生物表面活性剂及其在重金属污染生态修复中的应用

介绍了不同污染体系中重金属的存在形态,生物表面活性剂的种类、优点及生产方法。综述了几种典型的生物表面活性剂(鼠李糖脂、槐糖脂s、urfactin和皂角苷)及其在重金属污染生态修复中的应用。分析了生物表面活性剂去除重金属的作用机制,阐述了生物表面活性剂修复重金属污染的研究方向。     

铅锌冶炼厂土壤污染及重金属富集植物的研究

对株洲市铅锌冶炼厂生产区进行了植被和土壤调查。结果表明，该厂土壤污染以镉铅锌(Cd、Pb、Zn)最为严重，尤其是重金属镉在土壤中含量超过背景值高达208倍，分析原因主要是由于大气尘降和雨水淋洗等使得污染加重。实验采集并分析测定了9种植物中重金属富集量，首次报道了土荆芥是一种铅超富集植物，其体内Pb质量分数高达3888mg／kg。另一种植物商陆能大量富集镉，具有地下部向地上部转运能力强、生物量大、富集总量高的特点，有很大研究价值和应用潜力。另外，荨麻对Zn有较强富集能力，这3种植物可分别用于铅、镉和锌等3种重金属污染土壤的植物修复。     

污泥堆肥利用中AM对稗草生长及Cu、Pb吸收的影响

在滨海盐渍土中分别混加质量分数为0%、20%、40%和60%的污泥堆肥,作为盆栽基质,研究摩西球囊霉（Glomusmosseae）和根内球囊霉（Glomus intraradices）2种AM真菌对稗草（Echinochloa crusgalli）生长及其吸收Cu、Pb的影响,分别以不接种AM真菌的处理为各自的对照。结果显示：添加污泥堆肥处理中稗草接种苗菌根侵染率均显著高于纯盐泽土处理。同时,随着盐渍土中污泥堆肥含量增加稗草生物量上升,其中在含有40%和60%污泥堆肥处理中接种AM真菌稗草的地上及地下部生物量显著高于未接种苗。接种AM真菌显著提高了稗草Cu、Pb富集总量;接种AM真菌显著提高了稗草地下部Cu富集量,却降低了地下部Pb累积量,提高了Pb向地上部的转运,增加了地上部Pb累积量。这些结果表明污泥堆肥中接种AM真菌可以促进稗草的生长和提高对重金属Cu、Pb的富集能力。     

螯合剂和表面活性剂辅助金福菇修复重金属污染土壤

通过温室大棚盆栽试验,研究螯合剂和表面活性剂单独或复合处理辅助金福菇修复重金属污染土壤的效果.结果表明,单独添加EDTA(乙二胺四乙酸)时,高浓度的EDTA(E2,5 mmol kg-1)使金福菇的生物量比对照降低26%,子实体Pb、Cu和Cd的浓度分别比对照提高15～88倍、0.8～3.3倍和0.5～0.6倍.单独添加表面活性剂时,各处理生物量与对照没有显著差异,且重金属浓度变化幅度没有单独添加EDTA的处理大.低浓度的表面活性剂对金福菇吸收各种重金属的影响较小,而高浓度则影响较大,但与表面活性剂及重金属种类有关.共同添加EDTA和表面活性剂时,只有当EDTA和CTAB(溴化十六烷基三甲铵)共同添加时,EC2(EDTA:CTAB=1:1)和EC3(EDTA:CTAB=2:1)的生物量显著降低,其余处理与对照差异不明显.EC3的子实体Pb和Cu浓度达到所有处理中的最大值,分别为(1 533.61±131.34)、(1 786.11±328.33)mg kg-1.EDTA和SDS(十二烷基磺酸钠)浓度比为2:1(ES3)时,子实体Cd浓度达到最大值,为(50.56±11.55)mg kg-1.此外,还分析了不同处理的重金属总积累量和富集系数.结果显示,在螯合剂和表面活性剂辅助下,金福菇修复复合重金属污染土壤具有很大的潜能.     

表面活性剂对土壤中重金属清洗及有效态的影响

采用两种常用的表面活性剂-十二烷基苯磺酸钠(阴离子型)、Tween-80(非离子型),对锦州铁合金厂周边Zn、Cd及Pb重金属污染土壤进行化学修复试验,研究两种表面活性剂对重金属Zn、Cd及Pb的去除率及化学形态影响.结果表明,随着表面活性剂浓度的提高,两种表面活性剂对Pb、Cd及Zn的去除作用增强,Tween-80溶液的浓度越高,对重金属的萃取效果越好,对重金属的去除能力大小顺序为Cd>Zn>Pb,最大去除率分别为83.07%、56.78%及42.57%;十二烷基苯磺酸钠在低浓度时对Cd和Pb的去除效果不明显,而对金属Zn的去除效果较好,在0.09 mol.L-1时达到最大值83.86%;与淋溶前土壤中重金属有效态含量相比较,经不同浓度十二烷基苯磺酸钠淋洗后土壤中Cd有效态含量随LAS浓度的升高而先增加后下降,而Pb的有效态含量随十二烷基苯磺酸钠升高而增加;经不同浓度Tween-80淋洗后土壤中Zn及Cd有效态含量都是随Tween-80浓度的升高而先增加后下降,Pb有效态含量随Tween-80升高而下降.     

水库疏浚底泥农用对芥菜生长和品质的影响

疏浚底泥重金属污染是限制底泥农用的主要因素。采用土培盆栽试验,研究了底泥与土壤按不同质量比混合,对芥菜生物量、重金属、硝酸盐、维生素C（Vc）、以及可溶性糖含量的影响;并研究了m（底泥）：m（土壤）=2：1时,施加20mg·kg-1的碳酸钙对土壤有效态重金属含量影响,以及对芥菜生物量和品质的影响。结果表明：加入水库底泥可以显著促进芥菜的生长,随着底泥加入比例的增加,芥菜地上部生物量表现出先上升后降低的趋势,以m（底泥）：m（土壤）=2：1芥菜地上部生物量最高,是对照的1.71倍。底泥处理均能显著地增加芥菜地上部重金属含量,其中以全底泥处理芥菜地上部鲜质量Zn、Cd质量分数最高,分别是53.3、0.595mg·kg-1,是食品卫生标准的2.67、2.98倍。施用底泥可以提高芥菜地上部Vc、降低其硝酸盐含量。在m（底泥）：m（土壤）=2：1的土壤上,施入20mg·kg-1的碳酸钙处理可以显著降低土壤有效态重金属质量分数,有效态Cu、Zn、Pb、Cd质量分数分别下降到对照的58.7%、75.4%、59.8%、44.0%,从而有效地降低了芥菜对重金属的吸收积累,施加碳酸钙处理后,芥菜地上部Cu、Zn、Pb、Cd分别下降66.1%、83.2%、70.5%、53.1%。施加碳酸钙处理不仅可以促进芥菜生长还可以提高芥菜品质,与对照相比施加20mg·kg-1的碳酸钙处理后,芥菜生物量、可溶性糖质量分数、Vc质量分数分别增加了3.2%、6.0%、27.5%,而地上部硝酸盐质量分数降低了24.4%。     

有机酸与表面活性剂联合作用对土壤重金属的浸提效果研究

重金属污染土壤的原位淋洗修复既要实现对重金属的高效去除,还要尽量减少对土壤性质的破坏,这一点在农业污染土壤修复中尤为重要。以张士污灌区农田土壤为研究对象,利用振荡浸提技术筛选有机酸和表面活性剂组合,并确定了两者联合淋洗修复污染土壤的最佳配比。结果表明：有机酸（酒石酸、乙酸、柠檬酸和苹果酸）中的酒石酸浓度为0.5 mol.L-1和表面活性剂（SDBS、鼠李糖和皂素）中的皂素质量分数为0.7%时对土壤Cd、Pb、Zn的浸提效果较好;在酒石酸与皂素体积配比为1∶1时,对重金属Cd、Pb、Zn浸提效果最好,浸提率分别为87.62%、36.30%、20.67%;单一有机酸、表面活性剂或者有机酸与表面活性剂的混合溶液,对土壤重金属的浸提效果均为Cd〉Pb〉Zn。虽然有机酸与表面活性剂联合浸提效果略低于酒石酸浸提,但其弱酸性对土壤性质影响较小,在原位淋洗修复工程中有较好的应用前景。     

单一重金属污染对灯心草生长及重金属积累特性的影响

盆栽试验结果表明:在设置的低浓度范围内,Cd、Pb、Cu能够刺激灯心草的生长。而As(地上部除外)、Zn在整个浓度设置范围内对灯心草的生长都表现出抑制作用,且各重金属对灯心草地下部生物量影响不显著。各重金属对灯心草生长抑制程度为:Zn>As>Cu>Pb>Cd。以灯心草生物量减产10%为依据,将土壤中Cd、Pb、Cu3种重金属临界值分别设定为10、100、100~200 mg.kg-1。灯心草不适合在Zn污染的土壤中种植,土壤中As临界值尚需作进一步的研究来确定。除Cd外,其余4种重金属主要累积于灯心草根部。回归分析表明,Cd、Pb在灯心草地上和地下部以及As在灯心草地下部的积累量与土壤中各重金属添加量之间存在显著线性关系(P<0.05)。     

吊兰和蝴蝶梅对污泥中重金属的去除效果

采用盆栽土培方法,将剩余污泥与供试土壤按质量比为0∶3,1∶2,2∶1和3∶0配比,吊兰和蝴蝶梅栽培幼苗,定期测定植物的株高、根长、干重、鲜重等生物量和叶绿素与根活力变化,以及植物体内Cu、Zn、Cd、Pb和Cr等的重金属含量变化;测定种植前后植物根系旁污泥中的重金属含量和重金属的EDTA提取含量等结果表明,吊兰对多种重金属具有很好的耐性,受重金属影响不大.吊兰对Cr和Zn的富集效果较好,对Cr的富集系数在某个特定的生长期是大于1,且它对Zn的富集效果较稳定,不易受重金属浓度的影响.由于吊兰具有生物量大、根系发达、生物量增长迅速等优点,其有利于被重金属污染的土壤改良.而蝴蝶梅因为根系不发达和生物量较小等原因,对重金属的耐性不强,生长中易受重金属影响,因此不宜用于修复污染土壤的植物.图9,表5,参7.     

稀土尾矿区土壤重金属污染与优势植物累积特征

矿山废弃地不仅占用大量土地,而且还是严重的污染源,因此,矿山废弃地的生态恢复己成为一项紧迫而重要的研究课题。对广东省河源市和平县下车镇内的稀土矿区土壤的重金属污染情况进行调查,并对该区优势植物对重金属的富集特征进行分析,以期对稀土尾矿区的生态系统的恢复和重建提供理论依据。主要研究的3种植物分别是：马唐草（Digitaria sanguinalis）,香根草（Vetiveria zizanioides）,望江南（Cassia occidentalis）。采用原子吸收分光光度法测定稀土矿区废弃地土壤和植被中Mn、Pb、Zn的含量,并计算优势植物对重金属的生物富集系数BAC（Biological Accumulating Coefficient）和生物转移系数BTC（Biological Transfer Coefficient）。结果表明：研究区域的土壤中重金属含量Mn、Pb、Zn的平均含量均超出广东省土壤背景值和中国土壤背景值,土壤受Mn污染最严重,其次是Pb、Zn的污染。3种草本植物对于Pb的BAC和BTC均小于1,说明这3种植物对Pb的富集和运输能力都很弱。香根草对于Mn和Zn的BAC分别为0.9和0.4,小于1,BTC分别为3.7和1.1,大于1,说明香根草对Mn和Zn的富集能力不强,但吸收后的运输能力很强。马唐草和望江南2种植物对于Mn和Zn的BAC和BTC均大于1,说明它们对重金属Mn和Zn具有较强的吸收和转移能力,是Mn和Zn的超富集植物。马唐草覆盖率高,抗病虫能力强,可作为该矿区生态恢复的先锋植物,望江南可以间作种植。     

Uptake of zinc, cadmium and phosphorus by arbuscular mycorrhizal maize (Zea mays L.) from a low available phosphorus calcareous soil spiked with zinc and cadmium

In a multifactorial pot experiment, maize (Zea mays L.) with or without inoculation with the arbuscular mycorrhizal (AM) fungus Glomus mosseae BEG167 was grown in a sterilized soil spiked with three levels of zinc (0, 300 and 900 mg Zn kg⁻¹ soil) and three levels of cadmium (0, 25 and 100 mg Cd kg⁻¹ soil). At harvest after 8 weeks of growth, the proportion of root length of inoculated plants colonized decreased with increasing Zn or Cd additon, and was 56% in the absence of both metals and was reduced significantly to 27% in the presence of the higher levels of both metals. Mycorrhizal plants had higher biomass than non-mycorrhizal controls except at the highest soil level of Cd. Cadmium had more pronounced effects on plant biomass than did Zn at the levels studied and the two metals showed a significant interaction. The data suggest that mycorrhizal inoculation increased plant growth with enchancement of P nutrition, perhaps increasing plant tolerance to Zn and Cd by a dilution effect. AM inoculation also led to higher soil solution pH after harvest, possibly reducing the availability of the metals for plant uptake, and lowered the concentrations of soluble Zn and Cd in the soil solution, perhaps by adsorption onto the extrametrical mycelium.     

Effects of zinc stress on growth and antioxidant enzyme responses of Kandelia obovata seedlings

This study evaluated the tolerance and accumulation potential in the mangrove Kandelia obovata under moderate and high levels of external Zn. A greenhouse experiment was conducted to investigate the effects of a range of external Zn concentrations (0–400 mg L^?1) on the growth of this species by counting the lateral root number and measuring the root length, leaf area, and total dry biomass. We also determined the Zn accumulation in plant tissues. K. obovata survived with external Zn concentrations of up to 400 mg L^?1, although the excess metal resulted in a biomass reduction of 34%. A significant increase in antioxidant enzyme activities occurred in roots of plants under high-level Zn stress, suggesting that K. obovata seedlings could tolerate up to 200 mg L^?1 zinc treatment.     

湖南南部铅锌矿区铅锌富集植物筛选研究

在湖南省桂阳县铅锌矿区采用调查和室内分析相结合的方法,采集植物和土壤样品112个,分别测定了土壤和植物样品的铅锌含量,筛选铅锌富集植物。结果表明：矿区土壤铅锌污染十分严重,矿区土壤铅和锌的平均质量分数分别为：2177.22、3165.89 mg·kg^-1。植物样品根系的铅锌质量分数分别为：264.00、666.11 mg·kg^-1,地上部铅锌质量分数平均为165.56、363.87 mg·kg^-1,植物根系的铅锌含量与土壤的铅锌含量呈显著正相关。通过对比分析,以地上部铅质量分数大于450 mg·kg^-1、锌质量分数大于750 mg·kg^-1、转运系数大于1、植物地上部形态高大为筛选条件,筛选出5种铅富集植物分别是：糯米团（Hyrtanandra）、水蓼（Polygonum hydropiper）、酸模（RumexacetosaLinn）、毛叶堇菜（Viola verecumda A.Gray）、地榆（Garden Burnet Root）;3种锌富集植物分别是：鬼针草（Bidens pilosa L.）、博落回（Macleaya cordata（Willd.） R. Brown）和糯米团;糯米团茎叶的铅锌质量分数分别为635.48、919.51 mg·kg^-1,可作为铅锌复合污染土壤修复的备选植物品种。     

根系分泌物及其在植物营养中的作用

论述了根系分泌物的种类和影响因素，根系分泌物在植物营养中的调节作用、异种克生作用，根系分泌物与根际微生物的相互作用。在铁胁迫条件下，许多高等植物都能产生一系列生理和形态方面的适应性反应，禾本科植物通过根际特定分泌物——麦根酸类物质来自动调节其体内的铁营养状况；在磷胁迫条件下，根系分泌的低分子有机酸种类主要有柠檬酸、草酸、酒石酸和苹果酸，它们在植物根际的富集能明显促进土壤中磷的释放，提高作物对磷的吸收，缓解植物的磷胁迫；在锌胁迫条件下，双子叶植物的根系分泌物对锌的活化作用不明显，而禾本科植物的根系分泌物可以活化石灰性土壤中难溶性锌。     

表面活性剂对柴油在土壤中吸附的影响

通过静态吸附实验,研究土壤对十二烷基苯磺酸钠(LAS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的吸附行为,探讨表面活性剂对柴油吸附的影响.结果表明,土壤对LAS和CTAB的吸附等温线均为非线性,其吸附能力的大小顺序为:轻壤土>轻粘土>中壤土>砂壤土>重壤土>紧砂土.同一土壤中,CTAB的吸附量大于LAS的吸附量.LAS和CTAB均利于柴油在土壤表面的解吸,且LAS的解吸效果更好.柴油的吸附量随LAS浓度的升高而降低.当CTAB的浓度小于临界胶束浓度CMC时,吸附量随CTAB浓度的升高而升高,当CTAB的浓度等于或大于临界胶束浓度(CMC)时,吸附量随CTAB浓度的升高而降低.     

磷对褐土中锌镉次级吸附和解吸影响

通过吸附和解吸试验,研究了不同磷吸附量石灰性褐土对锌镉次级吸附和解吸的影响。结果表明,次级吸附锌和镉对不同吸附量磷土壤的磷解吸量随磷吸附量的增加而增加,而磷解吸量随次级吸附后锌、镉浓度的增加而降低,即随锌镉添加量的增加,磷的有效性有所降低。土壤对锌的次级吸附量和吸附率随磷吸附量的增加先降低后升高,并随添加镉浓度的增加而降低,解吸量和解吸率随磷吸附量的增加而增加,说明在正常施磷范围内,增加磷的施用量能提高土壤中锌的有效性,同时,土壤对高浓度锌的次级吸附率小于低浓度锌的次级吸附率,而土壤对高浓度锌的解吸量和解吸率要远大于对浓度锌的解吸量和解吸率;土壤对镉的次级吸附量、吸附率和解吸量、解吸率都随着磷吸附量的增加而增加,且吸附量随添加镉的量增加而增加,但镉次级吸附量和吸附率随添加锌浓度的增加而减小,解吸量和解吸率却增大,说明在磷吸附量相同的条件下,添加锌促进了镉的有效性。     

芽胞杆菌属(Bacillus sp.)10株细菌混合制剂对4种作物出苗及苗期生长的影响

以10株具有促生及抑制病害的芽胞杆菌属菌株(Bacillus sp．)的培养物，按不同比例配制成5个混合剂型细菌制剂．A、B、C、D剂型播种时接种不结球小白菜30d后，株高、叶片数、根长和干重分别增加7．8％、6．2％、9．4％和13．8％，除C处理的株高与对照差异不显著外，其余均达显著水平．接种A和B剂型显著提高豌豆出苗率，出苗9d时两菌剂处理的地上和地下部干重分别平均提高92．3％和183．3％，并发现5株供试菌株对引起豌豆病害病原菌有明显的抑菌作用．以A、B、E三个剂型菌悬液培养水稻种子4d时，各处理的平均芽长提高33．3％，根长提高16．0％，培养25d时株高、根数和地上部干重平均分别提高16．0％、9．5％和22．7％，均达显著水平．B剂型的培养物培养小麦27d时发现对株高、叶片数和植株干重的影响都不显著，但对根数和根重有显著的促进作用．综合分析认为，A菌剂最有利于供试作物出苗和苗期生长，其次为B剂型．表5参17     

干旱区绿洲灌漠土Cu、Zn和Pb的吸附解吸特征

土壤重金属吸附解吸是影响土壤系统中重金属移动性和归宿的主要过程,影响重金属的生物有效性以及重金属在食物链中的传递等.配制一系列不同浓度的重金属,灌漠土对重金属溶液进行吸附实验24 h以达到平衡,再用硝酸铵和乙酸铵进行解吸实验24 h以达到平衡.利用热力学吸附平衡法,对西北干旱区绿洲灌漠土重金属Cu、Ni和Pb的吸附解吸行为进行序批实验研究.实验结果表明:(1)灰漠土在常温下对铜、锌和铅重金属离子的吸附等温线符合Freundlich型吸附模式,灰漠土对重金属铜、锌和铅的吸附能力由强到弱的顺序为:铅,铜,锌.(2)硝酸铵和乙酸铵解吸重金属的量与灰漠土吸附重金属量呈现出线性正相关,乙酸铵解吸重金属的量比硝酸铵解吸重金属的量大,两种解吸剂对铜、锌和铅重金属离子的解吸能力由大到小的顺序都为:铜,锌,铅,说明了一般外源的铜、锌和铅进入土壤以后,铜和锌可能比铅容易向四周转移.(3)硝酸铵和乙酸铵的解吸率呈谷形曲线,开始时硝酸铵和乙酸铵解吸重金属量的百分比随灰漠土吸附重金属量的增加而减小,在吸附量达到某一特定值时,解吸率随吸附量的增加而增加.灰漠土对铜、锌和铅的吸附作用以专性吸附为主,被灰漠土吸附的铜、锌和铅重金属离子较难解吸.