植物套种及化学强化对重金属污染土壤的持续修复效果研究

为了研究植物套种和螯合剂施用对重金属污染土壤的长期修复效果以及对地下水可能的环境风险,采集广东省乐昌市铅锌矿开采造成的重金属污染土壤,通过渗滤池(0.9 m×0.9 m×0.9 m)进行了7次植物种植试验(约2.5 a),共设置了单种超富集植物东南景天(Sedum alfredii)、单种低累积玉米(Zea mays,cv.Yunshi-5)、东南景天和玉米套种、以及套种+MC(混合螯合剂,柠檬酸∶味精废液∶EDTA∶KCl摩尔比=10∶1∶2∶3,5 mmol·kg-1)4个处理,连续监测植物、土壤和渗滤液的重金属含量变化.结果表明,东南景天和玉米套种只适合在春夏季进行,套种显著提高植物对Zn和Cd的提取效率;在秋冬季,套种或混合螯合剂均影响东南景天生长,降低了东南景天对Zn和Cd的提取;总体上单种东南景天处理对污染土壤的Zn和Cd的总提取量最大.然而,土壤Zn、Cd和Pb含量降低幅度最大的为套种+MC处理,与初始值相比降低幅度分别为28%、50%和22%,该处理土壤重金属含量的降低,主要归于混合螯合剂作用下重金属向下层土壤迁移.渗滤水监测结果表明,在试验期内,施加混合螯合剂提高渗滤水重金属浓度,但未明显超过地下水Ⅲ级标准.     

套种和化学淋洗联合技术修复重金属污染土壤

联合不同的重金属污染土壤修复技术可以弥补单一措施的不足,其中植物提取联合化学淋洗技术就是有效的途径之一.本研究通过盆栽试验,在东南景天和玉米套种情况下,用不同浓度和种类的混合试剂对土壤进行化学淋洗,测定淋洗液中重金属含量、植物的吸收量以及土壤重金属的剩余量.结果表明,第1季10 mmol.L-1的混合试剂对套种系统淋洗,Zn、Cd的总去除量(植物提取量和淋洗量)最高,两季合计对Zn、Cd的总去除率分别达到6.0%、40.46%,大于单一植物提取.土壤测定结果表明,通过两季(约9个月)套种植物联合淋洗技术处理后,土壤重金属Cd、Zn和Pb的降低率分别达到27.8%～44.6%、12.6%～16.5%和3.6%～5.7%.50 mmol.L-1的混合试剂对套种系统淋洗,会影响后季东南景天的生长,而且淋洗结束后用清水淋洗产生的淋出液浓度高于其他低浓度处理,风险较大.EDDS(乙二胺二琥珀酸)混合试剂亦能促进东南景天吸收Zn和Cd,但不能有效淋洗出土壤中的Pb.在该套种+淋洗联合技术中,Zn、Cd的去除主要靠植物提取,Pb的去除主要靠淋洗,套种+淋洗加快土壤修复,而且可能解决Zn/Cd/Pb复合污染问题.     

东南景天与不同植物混作对土壤重金属吸收的影响

将超富集东南景天(Sedum alfredii)与具有不同根系特征的玉米、黑麦草、大豆混作在受Zn、Cd、Pb污染的土壤中,研究不同组别的混作对重金属吸收的效果.结果表明,在本试验条件下,与玉米和大豆的混作显著地提高了东南景天地上部分对Zn的吸收,由单种的15345mg/kg分别增至18673,17266mg/kg;与黑麦草的混作没有显著影响东南景天对3种重金属的吸收.混作后显著地降低了玉米和黑麦草对Cd和Zn的吸收.结合生物量的增加,与玉米和大豆混作处理中东南景天地上部3种重金属的吸收总量(按半盆计)分别约为单种的1.68~1.87倍,说明通过混作可提高超富集植物对重金属的吸收.     

土壤改良剂联合间套种技术修复重金属污染土壤:田间试验

在田间条件下,验证通过盆栽试验初步筛选出的几种改良剂在玉米和东南景天间套种修复重金属污染土壤的大田实际应用效果.研究结果表明,施用改良剂蘑菇渣肥、云母和沸石能有效降低玉米籽粒和茎叶中的Cd和Pb,玉米籽粒Cd和Pb含量均达到食用标准.蘑菇渣肥显著增加了东南景天对Cd的提取量,腐植酸显著促进了东南景天对Pb的吸收,因此,蘑菇渣和腐植酸可以应用于玉米和东南景天套种系统.施用云母和沸石可以显著提高土壤pH值,降低土壤可交换态Cd/Pb含量,从而降低二种植物对Cd/Pb的吸收;然而,施用蘑菇渣肥和腐植酸却增加土壤可交换/吸附态Cd/Pb含量.植物根系吸收Cd的稳定常数显示该有机吸附态Cd难于被玉米根系吸收.     

施用超富集植物生物炭对土壤性质及玉米苗期生长的影响

植物提取修复是目前研究较多且极具发展前景的重金属污染土壤治理技术,广泛应用于砷、镉、铜、锌等重金属污染土壤的修复。然而,植物提取土壤重金属后产生大量植物残体的处置成为目前环境治理的难点。本研究通过将超富集植物伴矿景天和苎麻收割后制备成生物炭(350℃)进行盆栽实验,观测了超富集植物生物炭对玉米生长的影响,评估了超富集植物炭化处理的可行性。结果显示:添加苎麻生物炭(ZM)可以显著减少玉米地上部氮磷含量,但对生物量、光合等指标无显著影响,同时玉米地上及地下部分重金属Zn、Cd含量稍有增加;而添加景天生物炭处理(JT)玉米的总生物量相比对照降低了44.4%,蒸腾速率等光合参数也显著低于对照处理,根体积、根表面积和总投影面积分别降低了35.1%、28.1%和28.1%,玉米地上部和根部Zn含量为对照的16.0、21.7倍,Cd含量为对照的11.6、25.8倍。结合原材料以及生物炭中Zn、Cd含量分析,其差异主要由苎麻、景天中Zn、Cd含量不同所致,景天和苎麻自身重金属含量是决定其是否可以生物炭化并应用于农田的关键因素。     

可生物降解螯合剂GLDA诱导东南景天修复重金属污染土壤的研究

化学强化的植物提取技术可以有效地去除污染土壤的重金属.用盆栽试验的方法,研究了可生物降解螯合剂谷氨酸N,N-二乙酸(GLDA)不同用量或者与乙二胺四乙酸(EDTA)、柠檬酸复配使用对超富集植物东南景天吸收土壤重金属Cd、Zn和Pb的影响.结果表明,施用GLDA提高了东南景天对土壤Cd和Zn的提取效率,GLDA用量为2.5 mmol·kg-1时东南景天对Cd和Zn的提取量最高,分别是对照的2.5倍和2.6倍.螯合剂的总用量为5 mmol·kg-1时,EDTA、柠檬酸分别与GLDA复配,未能进一步促进东南景天对土壤Cd和Zn的提取.上述结果表明,可生物降解螯合剂GLDA在诱导植物修复重金属污染土壤特别是Cd和Zn污染土壤具有明显潜力.     

污泥植物处理后对玉米生长及土壤重金属含量的影响

为了探明植物处理后污泥作为肥料施用后对后续作物和土壤的影响,将植物处理后的污泥混于土壤,种植后续作物玉米(Zea mays),测定作物产量以及土壤和作物的重金属含量.结果表明,污泥施用2a后仍有肥效,其玉米生物量显著大于无污泥的对照处理,且单种植物处理后的污泥肥效要优于无植物或套种处理的污泥.施用污泥后的2a内,4季玉米的茎叶和籽粒Zn、Cd、Cu和Pb含量均符合饲料标准;但第3季以后玉米籽粒才可作为食用.施用污泥后土壤重金属含量随时间而下降,Zn的年消失率为32%~35%,Cd为28%~33%,Cu为18%~30%,Pb为15%~23%;施用污泥的土壤重金属年下降率高于对照和化肥处理.污泥施用于土壤2a后,表层土壤全Zn和全Pb含量与对照处理已无明显差异.     

三叶鬼针草等7种常见菊科杂草植物对重金属的超富集特征

超富集植物是植物修复重金属污染土壤技术最主要的内容,而超富集植物的筛选是植物修复技术的难点和重点.采用室外盆栽试验的方法, 研究了我国北方较常见的7种菊科植物对重金属的超富集特征. 盆栽筛选试验表明, 蒲公英和三叶鬼针草对Cd单一及Cd-Pb-Cu-Zn复合污染的耐性较强, 植物地上部镉含量分别高于其根部镉含量,地上部镉的富集系数也均大于1, 具备了镉超富集植物的基本特征. 以这2种植物为试材的盆栽浓度梯度试验表明, 当土壤中Cd投加浓度分别为25、 50、 100 mg·kg^-1时,三叶鬼针草地上部生物量没有明显下降(p<0.05), Cd含量均大于其根部Cd含量, 且其叶中Cd含量均大于100 mg·kg^-1, 达到了Cd超富集植物应达到的临界含量标准.而蒲公英在这3个处理条件下,其叶片中Cd含量均没有超过100 mg·kg^-1. 可见只有三叶鬼针草完全具有镉超富集植物的基本特征,是镉超富集植物.     

不同供磷水平对四种超富集植物生长及吸收重金属的影响

本论文通过水培试验研究了以KH2PO4作为磷(P)源在不同浓度(0~45.52 mg·L-1)和以Ca3(PO4)2作为磷(P)源在22.76 mg·L-1对Zn/Cd超富集植物东南景天Sedum alfredii、Zn/Cd/Ni超富集植物遏蓝菜Noccaea caerulescens(两个品种)和Ni超富集植物庭荠属Alyssum murale在20 mg·L-1(Zn)、18 mg·L-1(Ni)、10 mg·L-1(Pb)和0.5 mg·L-1(Cd)胁迫下的生长和吸收重金属的影响.试验结果表明严重缺磷的无磷和磷酸钙源处理显著抑制了这些超富集植物的生长,但4种超富集植物的地上部生物量在11.38、22.76、45.52 mg·L-13个磷水平处理之间均无显著差异.正常营养液的供磷水平(22.76 mg·L-1),S.alfredii对Zn/Cd和N.caerulescen 1号对Zn/Cd/Ni的吸收累积达到最大值,而高浓度的磷素供应(45.52 mg·L-1)显著抑制了这两种植物对相应元素的吸收;A.murale对Ni/Cd/Pb的吸收累积均在高浓度的磷素供应(45.52 mg·L-1)获得最大;增加磷的供应对N.caerulescen 1号吸收累积Zn/Ni/Cd/Pb产生了不同的效应.这些超富集植物提取重金属的最佳供P水平因植物种类而不同.     

超积累植物龙葵及其对镉的富集特征

超积累植物筛选是重金属污染土壤植物提取修复的基础和核心问题,同时也是污染环境植物修复的难点及前沿.杂草具有抗逆境能力强、生长迅速、繁殖能力强以及在环境条件适宜情况下生物量能够急剧提高等特点,可以弥补现有超积累植物的某些缺点和不足,是较理想的超积累植物资源.本文通过室外盆栽模拟试验及重金属污染区采样分析试验,首次发现并证实杂草龙葵(Solanumnigrum L .)是一种Cd超积累植物.其中,盆栽试验表明,在Cd污染水平为25mg/kg条件下,龙葵茎及叶的Cd含量分别超过了100mg/kg这一公认Cd超积累植物应达到的临界含量标准,其地上部Cd含量大于其根部Cd含量,且地上部Cd富集系数大于1 ,同时,与对照相比,植物的生长未受到抑制.污染区采样分析试验进一步表明,龙葵对Cd的富集符合Cd超积累植物的基本特征.这一通过未污染区对超积累植物进行筛选的方法,可以为Cd污染土壤的植物修复获得更多具有实用价值的新材料.     

Characteristics of sewage sludge and distribution of heavy metal in plants with amendment of sewage sludge

In order to better understand land application of sewage sludge, the characterization of heavy metals and organic pollutants were investigated in three different sewage sludges in Shanghai City, China. It was found that the total concentrations of Cd in all of sewage sludge and total concentrations of Zn in Jinshan sewage sludge, as well as those ofZn, Cu, and Ni in Taopu sludge are higher than Chinese regulation limit of pollutants for sludge to be used in agriculture. Leachability of rig in all of studied samples and that of Cd in Taopu sewage sludge exceed the limit values of waste solid extraction standard in China legislation. Based on the characteristics for three kinds of sewage sludge, a pot experiment was conducted to investigate the effect of soil amended with Quyang sewage sludge on the accumulation of heavy metalo.by Begonia semperfloreas-hybr; Ophiopogon japonicas （L.F.） Ker-Gaw; Loropetalum chindense-var, rubrum; Dendranthema morifolium; Viola tricolor; A ntirrhinum majas; Buxas radicans Sieb; Viburnum macrocephalum; Osmanthas fragrans Lour; Cinnamomum camphora siebold and Ligustrum lucidum ait. Results showed that 8 species of plant survived in the amended soil, and moreover they flourished as well as those cultivated in the control soil. The heavy metal concentration in plants varied with species, As, Pb, Cd and Cr concentration being the highest in the four herbaceous species studied, particularly in the roots of D. morifolium. These plants, however, did not show accumulator of As, Pb, Cd and Cr. The highest concentration of Ni and Hg was found in the roots ofD. morifolium, followed by the leaves ofB. semperflorens-hybr. Levels of Zn and Cu were much higher in D. morifolium than in the other plant species. D. morifolium accumulated Ni, Hg, Cu and Zn, which may contribute to the decrease of heavy metal contents in the amended soil. Treatment with sewage sludge did not significantly affect the uptake of heavy metals by the L. chindense-var, rubrum, however, it significantly affected the uptake of heavy metals by D. morifolium.     

蚯蚓、秸秆和柠檬酸对少花龙葵与翅果菊修复锌铅镉污染土壤的影响

外源物质调控和间作是提高重金属污染土壤植物修复效率的有效方法.采用盆栽试验研究蚯蚓、秸秆和柠檬酸对少花龙葵和翅果菊单作与间作修复Zn、 Pb和Cd复合污染土壤的影响.结果表明,蚯蚓对Zn、 Pb和Cd的富集系数(BCF)分别为0.07～0.13、0.10～0.26和5.64～15.52.土壤中添加秸秆能使蚯蚓生物量增加22.29%～223.87%、重金属含量下降8.15%～62.58%.蚯蚓对土壤重金属有效态含量的影响不大,但秸秆和柠檬酸对土壤重金属有效态含量分别表现为钝化和活化作用.蚯蚓对翅果菊的重金属含量影响不大,但会降低少花龙葵的重金属含量;秸秆对翅果菊重金属含量表现为抑制效应,但对少花龙葵Cd含量表现为促进效应;柠檬酸对少花龙葵重金属含量影响不大,但是会显著提高翅果菊的Pb含量.间作显著降低土壤重金属有效态含量,明显提高植物根的重金属含量,但对植物地上部重金属含量影响不大.植物对Zn、 Pb和Cd的总提取量主要表现为：翅果菊>间作>少花龙葵.添加蚯蚓可以使翅果菊Zn、 Pb和Cd总提取量分别提高12.49%、35.89%和29.01%;添加秸秆+蚯蚓可以使翅果菊Pb...     

污泥对樟子松生物量及其重金属积累和土壤重金属有效性的影响

采用盆栽试验研究了不同剂量污泥(体积分数,即污泥体积占污泥和沙土总体积的百分比,分别为:0、20%、33.3%、50%和100%)施用于风沙土条件下,污泥剂量对樟子松幼苗生物量及其对重金属的累积和土壤中重金属有效性的影响.结果表明,在养分含量低的风沙土中,施用污泥能够显著提高樟子松幼苗生物量,最适剂量为50%;污泥剂量的增加可促进樟子松植株对重金属的吸收和累积,在最适剂量(50%)条件下,樟子松植株中Cu、Cd、Pb、Zn的累积量分别是对照(不施污泥)的18.0、8.9、17.1、11.5倍;樟子松植株重金属吸收速率顺序为:ZnCuPbCd,而迁移系数顺序为:ZnCdCuPb;土壤中有效态重金属含量随污泥剂量的增加而增加,而植株收获后土壤中有效态重金属下降幅度均小于对照.     

Partitioning of heavy metals in the surface sediments of Quanzhou Bay wetland and its availability to Suaeda australis

In order to investigate distributions of heavy metal pollution in Quanzhou Bay wetland, the total concentration and chemical partitioning of a number of heavy metals （Cu, Zn, Cd, Pb, Cr, Hg） in sediments of three sampling sites of Quanzhou Bay wetland and their availability to Suaeda australis were analyzed. The Geoaccumulation Index （Igeo） values reveal that the sediments of three sampling sites may all be considered as moderately contaminated for Pb and Zn, and all sediments might be strongly contaminated with cadmium. The partitioning analyses revealed the measured heavy metals in three sites are bound to the exchangeable fraction at lower concentrations. The measured metals in a considerable amount are bound to the reducible and oxidizable fractions, and a high proportion of the measured heavy metals were distributed in the residual fraction in the sediment samples. The concentrations of Cd in each chemical phase extracted from the sediments are above natural global background levels and should be further investigated because of its toxicity. Suaeda australis has different accumulation abilities for the measured heavy metals. For the root and stem, the bioaccumulation ability assessed by bioaccumulation factor （BAF） for the measured heavy metals follows the decreasing order as： Cu〉Cr〉 Zn〉Cd, Pb, Hg. In the leaf, stronger bioaccumulation ability for Hg is exhibited. The heavy metal concentrations in Suaeda australis roots have positive correlations with their available fractions, while the exchangeable fraction of Cu and Cd might have be more important to both mature plant roots and seedling roots uptake than other fractions; as for Cr, the oxidizable fraction might make a greater contribution to the plant root uptake; as for Zn, the reducible fraction might make so contribution ; and for Pb, the oxidizable fraction might make a significant contribution to the mature plant root uptake, however, the exchangeable fraction might have a significant contribution to the seedling root uptake.     

秸秆及生物炭添加对猪粪沼渣施肥水稻重金属积累的影响

秸秆还田在重金属污染稻田中被广泛应用并日益推广,其对土壤中重金属生物有效性和水稻重金属吸收积累产生的影响不容忽视.本研究选用因连续10年以上施用生猪沼渣沼液而导致重金属超标的水稻土,通过盆栽试验研究了不同的秸秆还田方式(直接还田或生物炭还田)与用量(0、1%、2%、4%和8%)对水稻重金属吸收积累的影响.结果表明,长期施用沼渣沼液可导致土壤重金属富集,其中,铜(Cu)、锌(Zn)和镉(Cd)含量高于国家土壤环境质量二级标准;秸秆或生物炭添加提高了水稻根或茎叶中重金属的截留,降低了籽粒中的积累;秸秆还田对于水稻Cu的吸收积累控制效果显著,添加1%、2%、4%和8%的秸秆分别使糙米中的Cu含量降低了35%、51%、64%和71%;生物炭添加对于控制水稻Cd的吸收积累效果显著,1%、2%、4%和8%生物炭添加量分别使水稻Cd的积累降低了21%、33%、36%和35%.对于Zn的吸收积累,两种还田方式均具有显著的控制效果;但在As污染稻田,秸秆直接还田应慎重,因为秸秆添加可显著提高糙米中As的积累.通过对比不同的秸秆还田量对控制糙米中重金属积累的效果,同时考虑该区域重金属的污染状况和还田成本,推荐在该施肥区域实施2%的秸秆直接还田.该研究将为水稻安全生产与农业废弃物循环利用提供理论与实践指导.     

Combined remediation of DDT congeners and cadmium in soil by Sphingobacterium sp. D-6 and Sedum alfredii Hance

Combined pollution of 1,1,1-trichloro-2,2-bis (4-chlorophenyl) ethane (DDT) and cadmium (Cd) in agricultural soils is of great concern because they present serious risk to food security and human health.In order to develop a cost-effective and safe method for the removal of DDTs and Cd in soil,combined remediation of DDTs and Cd in soil by Sphingobacterium sp.D-6 and the hyperaccumulator,Sedum alfredii Hance was investigated.After treatment for 210 days,the degradation half-lives of DDTs in soils treated by strain D-6 decreased by 8.1% to 68.0% compared with those in the controls.The inoculation of strain D-6 into soil decreased the uptake of DDTs by pak choi and S.alfredii.The shoots/roots ratios of S.alfredii for the Cd accumulation ranged from 12.32 to 21.75.The Cd concentration in soil decreased to 65.8%-71.8% for S.alfredii treatment and 14.1%-58.2% for S.alfredii and strain D-6 combined treatment,respectively,compared with that in the control.The population size of the DDTs-degrading strain,Simpson index (1/D) and soil respiratory rate decreased in the early stage of treatment and then gradually increased,ultimately recovering to or exceeding the initial level.The results indicated that synchronous incorporation of strain D-6 and S.alfredii into soil was found to significantly (p 0.05) enhance the degradation of DDTs in soil and the hyperaccumulation of Cd in S.alfredii.It was concluded that strain D-6 and S.alfredii could be used successfully to control DDTs and Cd in contaminated soil.