土壤砷污染及其植物修复的研究进展与展望

砷是一种广泛存在于自然界的类金属元素,砷及其化合物具有剧毒、致癌、致畸和致突变特性。土壤砷污染已成为严重的环境和公共健康问题之一,并日益受到人们的密切关注。本文介绍了土壤砷污染的概况、来源及其危害,同时探讨了土壤砷污染的植物修复的研究现状,文中最后对今后土壤砷污染植物修复研究方向进行了展望。     

种植密度对镉锌污染土壤伴矿景天植物修复效率的影响

田间微区试验研究了不同种植密度对伴矿景天生长和地上部重金属吸收量的影响.结果表明,适度增大种植密度可促进伴矿景天的生长,显著提高其地上部生物量,但过分密植对植物地上部增产无显著贡献.种植密度由11万株/hm2上升到44万株/hm2时,伴矿景天地上部Cd、Zn吸取量显著上升,分别由0.208 kg.hm-2上升至0.631 kg.hm-2、13.2 kg.hm-2上升至58.7kg.hm-2;但种植密度从44万株/hm2增大到100万株/hm2时,植物地上部重金属吸取量并无显著提高.伴矿景天种植密度为44万株/hm2时,在Cd、Zn分别为(3.04±0.11)mg.kg-1和(1 299±96)mg.kg-1的污染土壤上种植1 a,对镉锌的修复效率分别达21.1%和4.60%,表明选择适宜的密度种植伴矿景天有利于增大植物地上部Cd、Zn吸取量,从而缩短修复时限.     

增施CO2对C3和C4植物根际氯氰菊酯残留浓度的影响

CO2减排和土壤污染修复是我国实现经济和环境可持续发展必须解决的两大难题.基于生物固碳对根际微环境的影响,本研究提出通过增施CO2强化土壤有机污染的植物修复过程,为同时解决CO2减排和土壤污染植物修复面临的困境提供新思路.在模拟的CO2增施环境中,以C3植物菜豆和C4植物玉米为供试植物,以氯氰菊酯为目标污染物,研究增施CO2对C3和C4植物根际氯氰菊酯残留浓度的影响.结果表明,增施CO2可显著增加C3植物菜豆的地上和地下干重,在氯氰菊酯添加浓度为0、20、40 mg.kg-1时地下干重分别比自然CO2水平时增加了54.3%、31.9%和30.0%.增施CO2提高了未添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际微生物数量,但降低了添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际微生物数量.增施CO2对未添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际氯氰菊酯残留浓度没有显著影响,但降低了菜豆根际氯氰菊酯的残留浓度,分别比自然CO2水平时下降24.0%（20mg.kg-1）和16.9%（40 mg.kg-1）.然而,对C4植物玉米而言,增施CO2对植物生物量、根际微生物、根际氯氰菊酯残留浓度下降没有明显促进作用,甚至有抑制作用.本实验表明,增施CO2降低了C3植物根际氯氰菊酯残留浓度,可以考虑将增施CO2作为C3植物修复土壤污染的强化措施,但对C4植物的影响还有待进一步研究.     

美洲商陆和籽粒苋对接种伯克氏菌的生理生化响应及其对富集铯的影响

利用盆栽试验研究一株具有重金属耐性的伯克霍尔德氏菌(Burkholderia sp.D54)对美洲商陆和籽粒苋生长及对铯富集的影响.结果表明,接种菌株D54,美洲商陆和籽粒苋总干物重分别比对照处理增加19.8%～33.4%和22.9%～76.6%,美洲商陆和籽粒苋地上部铯含量分别增加4.9%～22.4%和8.1%～19.4%,根中铯含量分别增加6.8%～15.7%和1.1%～10.8%.同时,接种微生物还增加了植物对钾的吸收,提高供试植物的光合反应速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用率,增加铯胁迫条件下植物的抗氧化酶CAT、POD、SOD的活性,降低了MDA的含量.     

五种水生植物对水中铀的去除作用

采用水培实验,研究了浮叶植物野生水葫芦(Eichhornia crassipes)、漂浮植物浮萍(Lemna minor L)、满江红(Azolla imbircata)、沉水植物菹草(Potamogeton crispus)、挺水植物空心莲子草(Alligator Alternanthera Herb)在初始铀浓度分别为0.15、1.50和15.00 mg·L^-1水中的生长状况及它们对水中铀的去除能力.结果表明,在21 d的水培试验期内,满江红对铀表现出了最强的抗性,0.15、1.50和15.00 mg·L^-1的铀对满江红的生长抑制率分别只有4.56%、2.48%和6.79%,而满江红对水中铀的去除率分别达到了94%、97%和92%.进一步的试验表明,每1 L水中种植7.5 g满江红,可以获得最大的铀去除率,将初始铀浓度为1.25、2.50、5.00和10.00 mg·L^-1的水体降至国家排放标准(GB 23727—2009)规定值(0.05 mg·L^-1)以下分别需要17、19、23和25 d.研究结果为进一步开展铀污染水体植物修复的研究打下了基础.     

Heavy metal phytoextraction by Sedum alfredii is affected by continual clipping and phosphorus fertilization amendment

Improving the efficacy of phytoextraction is critical for its successful application in metal contaminated soils. Mineral nutrition affects plant growth and metal absorption and subsequently the accumulation of heavy metal through hyper-accumulator plants. This study assessed the effects of di-hydrogen phosphates (KH₂PO₄, Ca(H₂PO₄)₂, NaH₂PO₄ and NH₄H₂PO₄) application at three levels (22, 88 and 352 mg P/kg soil) on Sedum alfredii growth and metal uptake by three consecutive harvests on aged and Zn/Cd combined contaminated paddy soil. The addition of phosphates (P) significantly increased the amount of Zn taken up by S. alfredii due to increased shoot Zn concentration and dry matter yield (DMY) (P<0.05). The highest phytoextraction of Zn and Cd was observed in KH₂PO₄ and NH₄H₂PO₄ treatment at 352 mg P/kg soil. The amount of Zn removed by phytoextraction increased in the order of 1st clipping<2nd clipping<3rd clipping, and for Cd extraction the order was 2nd clipping<1st clipping<3rd clipping. These results indicate that the application of P fertilizers coupled with multiple cuttings can enhance the removal of Zn and Cd from contaminated soils by S. alfredii, thus shortening the time needed for accomplishing remediation goals.     

Cd/Sb/Pb复合污染对竺麻生长及吸收富集特征的影响

通过盆栽试验,分析了不同浓度Cd/Sb/Pb复合作用下苎麻的生长响应及重金属吸收、富集和迁移特征变化。结果表明,低浓度Cd/Sb/Pb复合处理对苎麻生长及生物量没有产生明显影响,而高浓度条件下则产生明显抑制效应,株高变矮,茎粗变细及生物量明显减少。苎麻体内Cd、Pb和Sb吸收量与污染土壤具有直接相关性,随复合处理浓度增加明显增大。至最高污染浓度处理时,苎麻体内重金属吸收量以Cd>Sb>Pb,地上部含量分别达335.74 mg/kg、157.55 mg/kg和92.31 mg/kg。复合处理下苎麻地上部对Cd、Sb和Pb的富集系数分别在0.67~0.88、0.13~0.17和0.05~0.06之间,均表现为随复合处理浓度增加而减少变化。苎麻Cd、Sb和Pb的转运系数分别为0.81~0.92、0.38~0.46和0.53~0.73,其中Cd、Sb的转运系数随复合处理浓度增加而增大,Pb则随复合处理浓度增加而减少。苎麻对重金属Cd/Sb/Pb复合污染具有较好吸收累积及转运能力,相比生物量小的植物而言,是目前修复重金属Cd/Sb/Pb复合污染的理想植物。     

Phytoremediation potential of charophytes: Bioaccumulation and toxicity studies of cadmium, lead and zinc

The ability for usage of common freshwater charophytes,Chara aculeolata and Nitella opaca in removal of cadmium (Cd),lead (Pb) and zinc (Zn) from wastewater was examined.C.aculeolata and N.opaca were exposed to various concentrations of Cd (0.25 and 0.5 mg/L),Pb (5 and 10 mg/L) and Zn (5 and 10 mg/L) solutions under hydroponic conditions for 6 days.C.aculeolata was more tolerant of Cd and Pb than N.opaca.The relative growth rate of N.opaca was drastically reduced at high concentrations of Cd and Pb although both were tolerant of Zn.Both macroalgae showed a reduction in chloroplast,chlorophyll and carotenoid content after Cd and Pb exposure,while Zn exposure had little effects.The bioaccumulation of both Cd and Pb was higher in N.opaca (1544.3 μg/g at 0.5 mg/L Cd,21657.0 μg/g at 10 mg/L Pb) whereas higher Zn accumulation was observed in C.aculeolata (6703.5 μg/g at 10 mg/L Zn).In addition,high bioconcentration factor values (> 1000) for Cd and Pb were observed in both species.C.aculeolata showed higher percentage of Cd and Pb removal (> 95%) than N.opaca and seemed to be a better choice for Cd and Pb removal from wastewater due to its tolerance to these metals.     

樊庆生红球菌菌剂制备优化及其重金属修复促进效果研究

目前,土壤重金属污染形势严峻,而微生物辅助植物修复的措施以其绿色友好的特性备受关注,其中,研发高效的微生物菌剂对提高修复效率至关重要.针对一种能代谢植物激素脱落酸（ABA）的微生物—樊庆生红球菌（Rhodococcus qingshengii）进行菌剂制备研究,并验证其对超积累植物东南景天提取重金属镉（Cd）、铜（Cu）、镍（Ni）和锌（Zn）能力的强化效果.结果表明,该菌种制备优化条件为：80%麦麸∶15%锯末∶5%活性炭;料水比1∶2、pH=9;接菌量40%;培养温度30℃、培养时间3 d、烘干温度40℃.优化后,固体菌剂有效活菌数可达2×10¹²CFU·g^-1,与土壤混合后其有效活菌数峰值达1×10¹¹CFU·g^-1,是接种相同活菌数液体菌剂的4倍,30 d保有的有效活菌数是液体菌剂的23倍.与未配施的空白相比,该菌剂配施于不同重金属污染土壤中,可使东南景天的Cd含量提高110%～260%,Ni和Zn含量分别提高约100%和90%;生物富集因子（BCF）则提高50%～500%,转运系数（TF）...