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.     

无柄小叶榕对盐碱地Cd、Cu的吸收特性及修复潜力

采用盆栽试验,研究无柄小叶榕(Ficus concinna var.Subsessilis)对盐碱地土壤重金属Cd和Cu的富集和转运能力,并探讨投加生物表面活性剂鼠李糖脂(RL)对无柄小叶榕生长及其吸收Cd、Cu的影响.结果表明,人工模拟盐碱环境下无柄小叶榕能在不同浓度Cd、Cu单独或复合投加胁迫下正常生长,且体内重金属含量随投加浓度增大而升高,均表现为根地上部分;无柄小叶榕对Cd和Cu具有较强的富集能力,Cd的最大生物富集系数(BCF)为4.52±0.73,Cu为2.1±0.18,BCF值随着重金属投加浓度的增大逐渐减小,Cd、Cu转移系数(TF)均小于1;在Cd 50 mg·kg~(-1)、Cu 400 mg·kg~(-1)下的修复率最高分别为4.07%和2.66%;投加鼠李糖脂可以显著提高无柄小叶榕体内重金属的含量,土壤Cd 25 mg·kg~(-1)时,根部Cd含量最大提高了2.38倍,Cu 50 mg·kg~(-1)时根部Cu含量最大提高了1.91倍.综上,无柄小叶榕对温州重金属污染的盐碱地有很好的修复潜力,投加生物表面活性剂可有效提高无柄小叶榕对重金属Cd和Cu的吸收富集效率.     

云南兰坪铅锌矿区优势植物重金属富集特性及应用潜力

为筛选适合云南高原地区重金属污染土壤修复治理以及矿区生态复垦的植物材料,通过实地野外调查,采集云南兰坪铅锌矿区18种优势植物样品及相应根系土壤,测定其Cd、 Cr、 Cu、 Ni、 Pb和Zn含量,计算植物对重金属的富集和转运系数,通过聚类分析方法,综合评估植物的应用潜力.结果表明, 18种优势植物分属18属13科,均为草本植物.植物体内多种重金属含量均高于植物正常含量,其中,延胡索(Corydalis yanhusuo)、旱芹菜(Carum bretschneideri)和毛连菜(Picris hieracioides)地上部Cd含量分别达到62.29、 76.49和85.09 mg·kg~(-1),Cd富集系数分别为0.57、 0.58和0.66,转运系数分别为0.89、 0.45和1.48,有着较强的吸收和转移土壤重金属Cd能力,具有修复Cd污染土壤潜力.狼毒(Euphorbia fischeriana)和倒提壶(Cynoglossum amabile)地上部Cd含量分别为0.46 mg·kg~(-1)和0.23 mg·kg~(-1),富集系数均小于0.01,属于重金属低积累植物,适合在中国西南高海拔地区生长,两种植物可以考虑作为Cd污染农田安全利用经济植物.其余13种植物对矿区重金属污染有着较好的耐性,可以用作矿区植被修复.     

螯合剂添加对蜈蚣草修复砷污染土壤效果的影响分析

用盆栽试验的方法,研究了3种可生物降解螯合剂谷氨酸二乙酸四钠（GLDA）、甲基甘氨酸二乙酸（MGDA）、乙二胺二琥珀酸（EDDS）和1种传统螯合剂乙二胺四乙酸（EDTA）,在不同浓度（0,1.25,2.50,5.00,10.00 mmol/kg）下对蜈蚣草吸收土壤中As的影响。研究表明:4种螯合剂在1.25 mmol/kg时均能显著提高蜈蚣草生物量。EDDS在10 mmol/kg时根际土壤生物有效态As的含量最高,较空白组CK提高了69.2%。GLDA在10.00 mmol/kg时根际土壤As较原土壤降低了28.84%。浓度为5.00 mmol/kg的EDDS处理的蜈蚣草对As的富集系数BCF最高,为7.99,是CK的1.70倍。综合蜈蚣草生物量和对As的BCF值来看,5.00 mmol/kg MGDA地上部分对As积累量最大,其值为2648.65 μg/pot,较CK提高了65.92%。已被广泛应用于修复土壤Cd和Zn领域的新型螯合剂GLDA和MGDA在修复土壤As污染同样具有明显的潜力。     

没食子酸辅助溧阳苦菜对复合重金属污染土壤的修复

在模拟Cd、Pb 和Zn 复合污染土壤中添加螯合剂—没食子酸,种植溧阳苦菜,考察植物修复的可行性.结果表明,没食子酸的最佳投加浓度为5.0mmol/kg,此时溧阳苦菜的地上部Cd 和Pb 的富集系数分别达到2.85 和1.02,分别比对照组增加了271%和200%.研究了不同生长期溧阳苦菜对重金属的富集规律,确定了溧阳苦菜的最佳收割时间为播种后第49d,此时其地上部Cd 的总含量占整个生育期富集量的87.79%,Pb 含量占89.16%.     

电镀污染区植物重金属积累特征研究

采用野外采样室内分析方法,对泰州某电镀污染区12种优势植物和对应土壤中的Cu、Cr、Cd、Pb和Ni5种重金属含量进行测定,揭示了优势植物对复合污染重金属的富集和转运特征。结果表明,该电镀污染区土壤中Cd平均含量为4.10 mg/kg,是GB15618—2008《土壤环境质量标准》中二级标准9.1倍。植物吸收重金属的富集滞留在地上部较多,香樟对Cd,双穗雀稗、野艾篙、牛筋草对Cu,双穗雀稗对Cr,三叶草、蒲公英对Pb,双穗雀稗、苣荬菜对Ni表现出重金属植物修复的潜力,它们是修复Cd污染土壤的理想植物。     

广东大宝山矿区土壤植物体系重金属迁移过程及风险评价

为研究矿区重金属在土壤-植物体系中的分布特征、迁移过程以及生态风险,分析了广东大宝山废弃采矿场地及附近农田的土壤和植物中重金属含量,揭示了重金属从土壤到植物的迁移累积特征,并评价了其生态风险.结果表明,研究区域大部分土壤pH小于5,Cu、Pb及Al等重金属易从土壤中释放并被植物吸收累积.沙溪镇农田Cd污染严重,凡洞废弃采矿场地受Cd、Pb、Cu和As污染严重,存在严重的生态风险.新江镇农田也存在严重的生态风险,Cu、As和Cd是主要的潜在生态风险因子.采集的8种植物大多数重金属含量均高于一般植物,尤其是Al和Fe的含量.植物地上部分10%的BCF和18%的TF值高于1,表明植物吸收的重金属基本累积在根部.废弃矿区乌毛蕨和芒草地上部分重金属含量不高,是重金属耐受规避型植物,具备潜在的土壤重金属污染固定修复能力.农田杂草裸柱菊对Cd表现出较强的富集能力;水稻主要在根部富集As及Cd,属于根部囤积型植物.     

两种外源有机酸对土壤Cd形态及秋华柳Cd积累的影响

秋华柳(Salix variegate Franch.)因具有良好的重金属耐受和积累能力,常被作为重金属污染土壤修复工程物种.通过盆栽模拟试验,分析了不同浓度外源草酸和酒石酸处理下土壤Cd形态的变化和秋华柳Cd含量的积累特征,以探究外源有机酸在Cd污染土壤植物修复中的应用潜力.结果表明:添加外源酒石酸可显著降低土壤非有效性Cd含量,增加土壤中以可交换态Cd为主的有效性Cd含量,促进了秋华柳对Cd的积累,同时也显著提升了植株的富集系数,其中添加5 mmol/kg酒石酸的处理效果最佳.与CK相比,添加5 mmol/kg外源酒石酸可显著增加秋华柳根、茎和叶中的Cd积累量,地上、地下部分和全株的Cd积累量分别提升了62.2%、75.9%和78.4%,地上和地下部分富集系数分别提升了173.0%和178.8%.添加外源草酸对土壤有效性Cd含量没有显著影响,秋华柳根、茎和叶的Cd含量和积累量无明显提升.研究显示,添加较低浓度的酒石酸更有利于增加土壤中可交换态Cd含量和有效性Cd含量,促进秋华柳对土壤中Cd的吸收和积累,增强秋华柳对Cd污染土壤的修复能力,可应用于Cd污染土壤的植物修复.      

巨大芽孢杆菌对土壤理化性质及植物富集镉锌的影响

不同生物之间存在复杂相互作用,构建多元生物协同修复有利于提高修复效果.微生物群落繁殖快,适应性强以及抗逆性等优势在土壤重金属污染治理中发挥着重要作用.以巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）为供试菌株,以包心芥菜［Brassica juncea（L.） Czerniak.］为供试植物,探究二者联合作用下修复Cd和Zn污染土壤的可行性.首先开展60 d室内培养试验,明确巨大芽孢杆菌活化土壤Cd和Zn含量的潜力及改善土壤质量的可行性;进而通过盆栽试验探究巨大芽孢杆菌对包心芥菜富集重金属的影响.结果表明室内培养条件下,巨大芽孢杆菌能够显著降低土壤pH值,土壤有效态Cd和Zn含量显著增加,与对照相比,增幅分别为24%~47%和11%~13%;同时土壤磷酸酶（ALP）、蔗糖酶（SU）和脲酶（UR）活性明显改善.盆栽试验结果表明,与对照相比,接菌处理显著提高了包心芥菜生物量,增幅为10%~23%.同时植物富集Cd和Zn含量升高：植物地上和地下部分Cd富集浓度分别为对照组的1.61~1.70倍和1.05~1.15倍;不同部位对Zn的富集浓度分别为对照的1.38~1.61倍和1.47~1.53倍.相关性分析结果表明,土壤pH值是引起土壤重金属有效态活性和酶活性改变的关键因素.接菌处理下,植物过氧化氢酶（CAT）活性对增强植物抗逆性更为显著.试验结果初步证实了巨大芽孢杆菌-包心芥菜联合修复Cd和Zn污染土壤的可行性.     

超富集植物藿香蓟(Ageratum conyzoides L.)对镉污染农田的修复潜力

为探究超富集植物藿香蓟(Ageratum conyzoides L.)对镉(Cd)污染农田土壤的修复潜力,通过野外调查,原土盆栽试验和田间试验,测定藿香蓟及其根系土壤Cd含量,计算藿香蓟的富集系数和去除率.结果表明,野外调查中不同铅锌矿区生长的藿香蓟叶片中Cd含量最大值为77. 01 mg·kg~(-1),盆栽试验中,高含量Cd土壤处理(T2)中,地上部Cd积累量达到69. 71mg·kg~(-1),其地上部Cd富集系数为6. 09,在低含量Cd土壤处理(T1)中,藿香蓟对Cd的富集特性与其在高含量条件下对Cd的富集特性一致.藿香蓟对Cd表现出稳定的积累特性.田间试验中,污染区藿香蓟中地上部Cd含量均值为21. 13 mg·kg~(-1),富集系数为6. 93,使用藿香蓟修复Cd污染土壤每亩地种植三茬藿香蓟的去除率为13. 2%～15. 6%.使用超富集植物藿香蓟修复农田Cd污染具有较好的工程应用前景.     

EDDS对土壤铜镉有效性及蓖麻吸收转运的影响

为探究螯合剂对植物吸收重金属的影响,以蓖麻（Ricinus communis L.）为供试植物,通过土培和盆栽试验,研究不同含量乙二胺二琥珀酸（EDDS）对土壤中铜镉形态和植物吸收、转运的影响.结果表明,EDDS显著增加了土壤有效态铜和镉含量,培养15 d时,增幅分别为43.01%~103.55%和51.78%~69.43%,同时促进了可还原态铜向弱酸提取态转化,增加了土壤铜的移动性.EDDS促进了蓖麻对铜的吸收、转运与富集.EDDS 2.5和EDDS 5.0处理时,地上部铜含量是对照的4.88倍和16.65倍（P< 0.05）,根部是对照的2.89倍和3.60倍（P<0.05）,铜转运系数显著提高了72.73%和381.82%.EDDS 5.0处理时,蓖麻地上部和根部的铜提取量分别是对照处理的14.08倍和2.16倍,总铜提取量是对照处理的4.70倍（P< 0.05）.此外,EDDS显著增加了蓖麻镉含量,EDDS 2.5处理时,地上部和根部分别增加了15.15%和57.42%,蓖麻总镉提取量显著提高了13.44%.综上可知,EDDS能增加土壤铜镉的有效性,促进蓖麻对铜镉的吸收,提高蓖麻的修复效率,其中5.0 mmol·kg^-1 EDDS更有利于蓖麻对铜的提取,而2.5 mmol·kg^-1 EDDS处理对镉的提取有较高的增加效果.     

复合改良剂FZB对砷镉污染土壤的修复效果

通过小白菜盆栽种植试验,研究了复合改良剂FZB（硫酸铁+沸石+改性生物炭）在不同施加量条件下对土壤基本理化性质、As和Cd的生物有效性和赋存形态,以及小白菜累积转运As和Cd的影响.结果表明,在砷镉复合污染农田土壤中,施用复合改良剂FZB后,小白菜根际土壤pH、有机质含量和阳离子交换量均呈现上升趋势;土壤中有效态As和有效态Cd含量随FZB施用量的增加而逐渐降低,最大降幅分别为65.99%和30.68%;FZB的施用使土壤中重金属赋存形态发生明显改变,其中交换态As和交换态Cd含量降低,铝结合态As、铁结合态As、有机结合态Cd和残渣态Cd含量却有所增加;同时,施用FZB还可有效降低小白菜根部和地上部中As和Cd的含量,在8 g·kg^-1施用量水平,与对照组相比,小白菜地上部分As、Cd含量均降低到最小值,下降幅度分别为42.09%和31.34%;FZB的施用减少了小白菜根部和地上部分对As和Cd的富集,并且降低了小白菜植株将As从根部转运到地上部的能力.本研究表明,在降低农田土壤As、Cd生物有效性方面,复合改良剂FZB具有良好的应用前景.     

螯合剂GLDA对象草修复镉污染农田的影响

为探明螯合剂谷氨酸二乙酸四钠(GLDA)对象草修复镉(Cd)污染农田的影响,通过田间小区试验,于60 d内以不同方式(总施加量585、 1 170和2 340 kg·hm~(-2)分别等分为1～4次施加,分2～4次施加的时间间隔分别为30、 20和15 d)向已种植60 d象草的Cd污染农田(总Cd:0.62 mg·kg~(-1))施加GLDA,分析了象草地上部生物量、Cd含量和Cd提取量以及土壤pH和可溶性有机碳(DOC)质量浓度等指标.结果表明,少量且分多次施加GLDA能显著提高象草地上部生物量和Cd含量,其中分施次数和总施加量分别是生物量和Cd含量的关键影响因子; Cd提取量在总施加量585 kg·hm~(-2)分4次施加时最高,为16.78 g·hm~(-2),较CK(不施加GLDA)显著提高275.39%;土壤pH、DOC质量浓度和DTPA-Cd含量与总施加量和分施次数存在显著正相关关系; DOC质量浓度是影响DTPA-Cd含量的主要因素;土壤总Cd含量在总施加量585 kg·hm~(-2)分4次施加时可较种植象草前土壤降低3.23%.因此,在利用象草修复Cd污染农田时,施加GLDA具有重要意义,且需合理选择施加方式.     

冬小麦吸收重金属特征及与影响因素的定量关系

冬小麦是我国主要粮食作物之一,保障农产品质量安全是农业生产的重要环节.冬小麦吸收重金属受多种因素的影响,为明确田间条件下冬小麦吸收重金属特征及小麦籽粒中重金属含量与土壤理化性质及土壤重金属含量的定量关系,在小麦收获时通过对我国华北小麦主产区50个不同重金属污染程度田块的土壤和小麦进行点对点采样,分析土壤重金属含量、土壤pH、土壤有机质(OM)、土壤阳离子交换量(CEC)、小麦籽粒和秸秆中重金属的含量,研究小麦吸收重金属特征及土壤理化性质对小麦吸收重金属的影响,并通过多元回归分析研究土壤重金属和理化性质与小麦籽粒重金属间的定量关系.结果表明,所采麦田土壤Cd含量范围为0.150～2.66 mg·kg~(-1),其对应的小麦籽粒Cd含量范围为0.033～0.39 mg·kg~(-1);土壤Pb含量范围为4.68～371 mg·kg~(-1),其对应的小麦籽粒Pb含量范围为0.27～2.4 mg·kg~(-1);土壤As含量范围为3.00～21.3 mg·kg~(-1),其对应的小麦籽粒As含量范围为0.044～0.18 mg·kg~(-1);小麦Cd、 Pb和As的超标率分别为55%、 100%和0,与之对应的土壤Cd、 Pb和As的超标率分别为52%、 13%和0.土壤Cd含量与小麦籽粒Cd含量呈极显著正相关(P0.01),相关系数r=0.663(n=50);土壤全Pb含量与小麦Pb含量呈显著正相关(P0.05),相关系数r=0.348(n=50);土壤As含量与小麦As含量相关性不显著;小麦籽粒对土壤Cd、 Pb和As的富集系数均值分别为0.17、 0.027和0.008 9,转移系数均值分别为0.52、 0.27和0.22;小麦对重金属的富集系数和转移系数均表现为CdPbAs.小麦秸秆中重金属含量高于对应籽粒中重金属含量2～5倍.土壤pH、有机质(OM)和阳离子交换量(CEC)也影响小麦籽粒Cd含量.将土壤Cd含量、土壤pH、有机质(OM)和阳离子交换量(CEC)与小麦籽粒Cd含量进行多元回归分析,得到4个小麦籽粒Cd含量预测方程,其相关系数r均达到极显著水平(P0.01),其中包括全部变量在内的预测方程的相关系数最高,r=0.810(n=50),可以较好地预测小麦籽粒Cd含量.     

不同螯合剂对两类Cd和Ni污染土壤的淋洗修复对比

选择了2种生物可降解螯合剂柠檬酸(CA)和谷氨酸N, N-二乙酸(GLDA)与常规淋洗剂乙二胺四乙酸(EDTA)对矿区重金属污染黄棕壤和红壤进行化学淋洗实验, 对比不同淋洗剂对不同类型土壤中Cd、Ni的去除效果, 以及不同淋洗处理对2类土壤中残留重金属的形态分布、潜在环境风险及土壤酶活性的影响.结果表明: EDTA和GLDA对2类土壤中重金属均有较好的淋洗效果, 在降低土壤内残留重金属迁移性和生物可利用性方面能力相似, 但GLDA和CA淋洗后对土壤酶活性不利影响显著低于EDTA淋洗, 综合考虑淋洗效率和生态安全, 在重金属污染的酸性土壤中GLDA可作为常规淋洗剂EDTA的良好替代物.     

羽序灯心草作为酸性矿山废弃地先锋植物潜力

生态复垦是当前世界各国酸性矿山废弃地修复的主要方法.通过研究云南来利山锡矿区废弃地土壤pH值、肥力特征及重金属含量,以及矿区生长的羽序灯心草形态特征和植株体内重金属的分布特征,分析植株耐酸性、对废弃地土壤肥力的适应性及对Zn和Cu等重金属污染的耐性,探讨其作为酸性矿山废弃地先锋植物的潜力.结果表明,研究区域根际土壤pH值均值范围为3.46～4.01,呈酸性;土壤中有机质、全钾、全磷和速效磷含量分别为10.28～25.75g·kg~(-1)、 8.84～9.32g·kg~(-1)、 0.56～0.63g·kg~(-1)和1.82～5.72mg·kg~(-1),处于较低水平;土壤中Zn、Cu和Fe含量均值范围分别为54.93～114.49、 92.53～127.59和47 133.60～112 259.63 mg·kg~(-1),其中重金属Cu含量超出风险筛选值1.85～2.55倍;研究区域羽序灯心草株高均值范围为43.77～55.42 cm,对照组植株高度为51.38～57.66 cm,无显著差异,表明羽序灯心草具有耐酸性及对重金属污染具有耐性.进一步分析对重金属Cu和Zn的富集能力和转移特征,发现对Cu和Zn都具有富集能力,且对Zn具有运转能力,具有一定的富集吸收潜力.株高与根际土壤中速效磷的含量显著相关,后期羽序灯心草作为先锋植物在矿山废弃地进行种植时,可针对性地补充含速效磷的肥料改善土壤肥力条件.综合分析结果表明,羽序灯心草作为先锋植物修复酸性矿山废弃地具有巨大潜力.     

羟基磷灰石对Cd污染土壤中马铃薯生长及品质的影响

通过温室盆栽实验研究了施用羟基磷灰石改良Cd污染土壤对马铃薯生长及品质的影响.实验设置了3个Cd污染水平(0、5、10 mg.kg-1)、6个羟基磷灰石施用量(0、4、8、10、16、30 g.kg-1)和2个马铃薯品种(中薯3号、大西洋).结果表明,土壤Cd污染导致马铃薯单株产量下降(5 mg.kg-1的Cd污染土壤中降低24%～31%,10 mg.kg-1的Cd污染土壤中降低41%～45%),但是施用羟基磷灰石可以提高单株产量.相对于不施用羟基磷灰石,5 mg.kg-1的Cd污染土壤中施用10 g.kg-1的羟基磷灰石可以增产17%～39%,10 mg.kg-1的Cd污染土壤中施用30 g.kg-1的羟基磷灰石可以增产45%～58%.由于羟基磷灰石改善了Cd污染土壤环境,因此马铃薯器官中叶绿素含量和SOD活性明显上升,而MDA含量明显下降.施用羟基磷灰石也提高了马铃薯品质,马铃薯块茎中维生素C含量、淀粉含量以及蛋白质含量也明显提高.随着羟基磷灰石施用量由0 g.kg-1增加到30 g.kg-1,在5 mg.kg-1的Cd污染土壤中,马铃薯块茎Cd含量由0.87～0.95 mg.kg-1下降到0.13～0.21 mg.kg-1,降幅为78%～85%;在10 mg.kg-1的Cd污染土壤中,块茎Cd含量由1.86～1.93 mg.kg-1下降到0.52～0.65 mg.kg-1,降幅为66%～72%.实验表明,羟基磷灰石缓解土壤Cd毒性的主要机制是提高土壤pH值,降低土壤中有效态Cd含量,羟基磷灰石中的Ca阻碍土壤Cd向马铃薯迁移.但是羟基磷灰石对土壤Cd毒性的缓解效应是有限性的,过量施用可能对马铃薯生长和品质产生胁迫作用.在Cd污染土壤中施用适量的羟基磷灰石后中薯3号生长状况和品质好于大西洋,说明不同马铃薯品种对种植环境的改善有不同的响应.