促生内生菌假单胞菌Ⅱ_8L_4的GFPuv标记及其侵染东南景天的特征

绿色荧光蛋白标记法是研究内生细菌和宿主互作的重要手段。采用热激法将含有绿色荧光蛋白基因的质粒pDSK-GFPuv导入超积累植物东南景天叶片分离和纯化的、具有促植物生长特性的Zn、Cd抗性内生细菌假单胞菌Ⅱ_8L_4,获得了具有良好发光表现型的荧光标记菌株Ⅱ_8L_-GFPuv-A。GFPuv基因在标记菌株Ⅱ_8L_4-GFPuv-A中不仅可以稳定表达,且标记菌株保持了野生型菌株的促植物生长特征,其分泌IAA和高铁载体、溶解无机磷的能力与野生型菌株之间没有显著差异,但标记菌株Ⅱ_8L_4-GFPuV-A对Zn、Cd的抗性水平有所降低。借助激光共聚焦显微镜荧光观察发现,标记菌株Ⅱ_8L_4-GFPuv-A可从东南景天茎扦插苗的伤口处和芽点侵入,并大量迁移至维管束木质部的细胞间隙;标记菌株Ⅱ_8L_4-GFPuv-A还可以从根表或根毛侵入根系,并迁移和定殖于根系的维管束内。     

交流电场联合有机物料强化东南景天修复重金属镉污染土壤

针对土壤重金属污染植物修复效率低的问题,采用盆栽实验,通过施加多种强度的交流电场(0、0.5、1.0 V·cm~(-1))和不同种类的有机物料(黄腐酸钾、紫云英),研究了交流电场及其与有机物料联合对重金属超积累植物东南景天修复重金属镉污染土壤效率的作用。结果表明,交流电场促进了东南景天的生长和对重金属的吸收,以0.5 V·cm~(-1)作用最佳,在电场处理组20 d后东南景天地上部Cd积累量比不施加电场的处理组提高了48.1%。交流电场和有机物料联用可以进一步提升东南景天对土壤镉的累积,施加黄腐酸钾处理组有利于土壤酸可提取态Cd的提高,比对照组提高了16.35%。在交流电场为0.5 V·cm~(-1)条件下,以0.3%施用效果最佳,施加黄腐酸钾和紫云英分别是对照组(施加交流电场,不施加有机物料)的3.65倍和1.73倍。有机物料和交流电场的共同作用极大地促进了东南景天镉的积累。     

氮对镉胁迫下东南景天根系形态及镉积累的影响

通过水培试验,研究了供氮(尿素)对镉胁迫下两种生态型东南景天根系形态及镉积累的影响.实验结果表明,当供氮水平为4～16 mmol/L时,能明显促进东南景天的根系生长;当供氮水平为32～64 mmol/L时,与对照相比,东南景天的根系长度、根系表面积和根系体积等指标明显受到抑制.不同供氮水平对两种生态型东南景天0＜D≤0.2 mm的根系生长影响最大,而对D＞0.2 mm的根系影响较小.不同供氮水平下,两种生态型东南景天均以0＜D≤0.4 mm的根系为主,其中根系长度、根系表面积和根系体积分别占总根系长度、总根系表面积和总根系体积的66.3%～81.2%、68.5%～80.3%和62.1%～79.8%.氮素对东南景天的镉积累有一定的促进作用,随着氮素用量的增加,镉积累逐渐升高,与根系形态不同的是,镉积累量在供氮水平为32 mmol/L 时达到最大.适当提高营养液氮素用量有利于提高东南景天的各项根系形态指标和镉积累量.     

产铁载体菌对龙葵修复土壤Cd污染的促进效应

通过CAS筛选培养基从龙葵根系土中筛选出2株产铁载体菌T1、Y2,经生理生化鉴定和16S r DNA序列分析,初步确定T1、Y2分别为铜绿假单胞菌和阴沟肠杆菌。将2株细菌接种至溶镉溶磷培养基中进行实验室培养,并对溶镉、溶磷结果和2株菌的胞外分泌物进行分析。结果表明,接种T1、Y2菌培养基中的有效镉、有效磷与不接菌对照相比显著增加(P0.05),2株菌分泌的草酸、丁二酸、甘油酸等有机酸使培养基pH显著降低(P0.05),促进了碳酸镉和磷酸钙的活化。在受Cd污染的灌溉土中进行龙葵盆栽实验,以灌根的方式分别接种T1、Y2菌,并对龙葵的生物量、龙葵根系土水溶态Cd浓度、龙葵吸收Cd总量及其根系土壤Cd形态的转化进行分析。结果表明:接种T1、Y2菌处理的龙葵根系土溶液Cd浓度比不接菌对照增加4.5、3.6倍,接种T1菌处理的地上部分与地下部分的干重比不接菌对照增加1.55、2.45倍,接种Y2菌处理的地上部分与地下部分的干重比不接菌对照增加1.47、2.28倍,接种T1、Y2菌处理的龙葵地上部分Cd总吸收量比不接菌对照增加1.56、1.69倍;接种T1、Y2菌处理的龙葵富集系数与未接菌对照相比增加,并没有达到显著性差异(P0.05),接种T1、Y2菌处理的转运系数与未接菌对照相比未显著性变化(P0.05)。接种菌处理有效促进了龙葵根系土壤难溶性形态Cd向可交换态Cd的转化。同时,研究发现接种T1、Y2菌可显著促进(P0.05)龙葵对土壤Cd的吸收,强化了龙葵修复土壤镉污染的能力。     

浙江省铅锌矿区土壤重金属污染及重金属超富集植物筛选

分别以浙江省境内富阳某铅锌矿区(FY)、淳安某铅锌矿区(CA)、诸暨某铅锌矿区(ZJ)和三门某铅锌矿区(SM)为研究对象,对铅锌矿区土壤的Zn、Pb、Cu、Cd 4种重金属污染状况及其上生长的16种优势草本植物的重金属富集特征进行了研究。结果表明,FY、ZJ和SM的土壤均受Cd、Zn、Pb重度污染,而CA的土壤受Cd、Zn、Cu重度污染。4个铅锌矿区的Cd污染最严重,其次为Zn污染。CA的伴矿景天(Sedum plumbizincicola)和ZJ的紫花香薷(Elsholtzia argyi)地上部Cd质量浓度分别为571.2、218.7mg/kg,且富集系数和转运系数均超过1,达到了Cd超富集植物的标准,表明这两种植物均可能是Cd超富集植物。     

有机肥料联合东南景天修复重金属污染土壤的研究

将两种有机肥料黄腐酸钾和紫云英(Astragalus sinensis)分别与重金属超积累植物东南景天(Sedum alfredii)联用修复重金属污染土壤,研究有机肥料对污染土壤重金属生物有效性、形态以及东南景天重金属积累量的影响。结果显示,修复0～4个月,施加有机肥料对土壤重金属生物有效性均有一定的促进作用;而修复4～8个月,土壤重金属向可氧化态和残渣态转化,生物有效性受到抑制。从东南景天地上部重金属积累量看,修复0～4个月,施加0.3%(质量分数)黄腐酸钾促进东南景天对锌、镉的吸收积累,锌、镉积累量分别比对照提高了280.37%、265.44%;而修复4～8个月,东南景天地上部重金属积累量相较对照均下降。由此可见,提升重金属污染土壤的植物修复效果,还需考虑修复周期的影响。     

龙葵-镉抗性菌株修复镉污染土壤

为研究镉抗性菌株对龙葵修复镉污染土壤的效应,开展龙葵室外盆栽试验。从镉污染土壤、龙葵根际土壤和标准菌株中共筛选出3株抗镉产铁载体菌株,经16S rRNA基因序列对比分析,以上3株菌株分别被鉴定为贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)、苍黄假棍状杆菌(Pseudoclavibacter helvolus)和荧光假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)。试验中,研究了此3株菌株单种及其复合接菌处理对龙葵生长和富集镉能力以及土壤修复效率的强化作用。结果表明,与空白对照相比,复合接种苍黄假棍状杆菌和荧光假单胞菌显著(P<0.05)提高龙葵地上部分干质量(提高31.07%)、地下部分干质量(提升75.59%)、龙葵镉总积累量(提高30.28%)、地上部分镉积累量(提高31.53%)、转运系数(提高39.47%)和土壤修复效率(提高67.83%)。此外,接种以上复合菌株后土壤镉去除量的86.16%随淋溶流失,13.84%由龙葵吸收。     

小分子有机酸诱导野苋菜修复Pb污染土壤

通过土培实验,研究小分子有机酸对野苋菜吸收重金属Pb的影响。结果表明,添加小分子有机酸处理能有效促进野苋菜的生长,显著提高野苋菜地上/下部Pb含量,柠檬酸、乙酸在15 mmol·kg~(-1),草酸在10 mmol·kg~(-1)时,植物Pb积累量达到最大值,分别为15.625、18.732和9.072 mg·kg~(-1),高于对照166%、219%和54%;高浓度(20 mmol·kg~(-1))有机酸处理,对植株产生一定的毒害作用,影响植株富集Pb能力。3种有机酸均能促进植株地上部对Pb的吸收,作用表现为乙酸柠檬酸草酸,说明适当浓度的有机酸能增强土壤中重金属Pb的活性,提高植株修复Pb污染土壤的能力。     

伴矿景天汁液中重金属形态及絮凝沉淀效果优化

超积累植物伴矿景天在镉污染土壤修复方面展现出广泛的应用前景,而收获后鲜样的快速脱水处置是目前急需解决的问题。采用连续浸提法研究了伴矿景天植株中重金属浓度及形态,正交实验探讨了汁液在絮凝沉淀过程中重金属及化学需氧量(COD)的去除效果及其影响因素,Cd离子选择电极测定了汁液处理前后镉形态变化。结果表明,伴矿景天植株中Cd、Pb主要以活性较低的盐提取态和酸提取态存在,Zn主要以活性较高的乙醇提取态和去离子水提取态存在;汁液中离子态Cd约占总浓度的20%,其余主要为非离子态;絮凝沉淀可有效去除汁液COD和重金属,优选条件pH为10,聚合氯化铝(PAC)投加量2%,搅拌速度为400 r·min~(-1),该条件下汁液Cd、Pb、Zn和COD去除率分别为81.9%、77.0%、76.4%和55.0%。汁液经絮凝沉淀后,Cd总浓度降低到0.23 mg·L~(-1),且主要为非离子态。伴矿景天汁液中重金属的形态对汁液的絮凝沉淀效果有较大影响,有机螯合态重金属难以通过絮凝沉淀彻底去除,而离子态重金属在絮凝沉淀中更容易被去除。     

超积累植物东南景天热解过程中Cd的迁移转化规律及炭产物安全利用研究

在管式炉对Cd超积累植物东南景天(Sedum alfredii)进行热解,研究热解过程中Cd的迁移和形态转化,并在最佳温度条件下探究制备的东南景天生物炭对Cd的吸附作用。结果表明,随着温度上升,生物炭产率下降,挥发分增加;温度能影响Cd在气、液、固三相中的分布,温度升高能明显促进重金属由固相向气相迁移;生物炭中Cd形态受温度影响,随温度升高,对环境影响较大的水溶态和酸溶态Cd含量呈现出降低趋势,在700℃以上时,大部分Cd是以稳定的可氧化态、可还原态以及残渣态形式存在;800℃热解得到的东南景天生物炭对Cd具有一定的吸附效果,最高吸附量达到28.7mg/g。通过合理控制热解温度能够实现炭产物的稳定化,并可安全利用到重金属污染水体或者农田污染治理中。     

超积累植物与煤在混烧过程中重金属的迁移特性

通过在管式炉中进行了煤与超积累植物——伴矿景天的混烧实验,主要研究了不同燃烧温度、不同氮氧比气氛以及煤与伴矿景天的不同混合质量比对混烧过程中重金属(Cd、Zn与Pb)迁移情况的影响,并应用XRD技术分析灰渣中重金属的存在形式。实验分析表明:升高温度能在不同程度上增强Cd、Zn与Pb的挥发,提高其在飞灰中的含量;与单独燃烧伴矿景天相比,煤与伴矿景天混烧更有利于Cd和Zn保留在底渣中,但不利于Pb保留在底渣中;对于不同氮氧比气氛而言,Zn和Cd在底渣中的含量随着气氛中氧气含量的提高而升高,而气氛对Pb的影响是随着氧气含量的增加,Pb在底渣的含量是先增加后减少;当煤在混烧中的比例较高时,Cd更多向飞灰迁移,Pb和Zn则更多地残留于底渣。     

乙二胺二琥珀酸和柠檬酸对黑土中外源重金属的活化效应

通过解吸实验和小麦盆栽实验,研究了生物可降解有机配体乙二胺二琥珀酸(EDDS)、柠檬酸(CIT)对黑土中外源Cu、Cd、Zn和Pb的活化效应.不同浓度EDDS﹑CIT对黑土中外源重金属解吸实验表明,EDDS对黑土中外源Cu、Cd、Zn和Pb的解吸远高于CIT.重金属/EDDS摩尔比为1∶1时,4种重金属的解吸率在50.8%～69.2%.小麦盆栽实验表明,EDDS为5 mmol/kg时,对小麦幼苗茎叶和根系中重金属含量影响较大,明显导致小麦幼苗茎叶和根系中Cd、Cu、Pb和Zn的富集量增加.EDDS处理组Cd、Cu、Pb和Zn的茎叶富集系数远高于对照组和CIT处理组.随时间的增加,EDDS处理组和CIT处理组重金属的根系富集量均增加,但对照组和CIT处理组大部分重金属14 d茎叶富集量略低于7 d茎叶富集量.因此,EDDS对黑土中外源重金属有较强的解吸和活化能力,可以较大程度地强化小麦幼苗根系对黑土中外源Cd、Cu、Pb和Zn的吸收并诱导这些重金属由根系向茎叶迁移.     

3种纳米材料对低分子质量有机酸淋洗铅、锌和镉效率的影响

新型高效淋洗剂的筛选是土壤重金属淋洗修复技术的基础之一。通过振荡淋洗法研究了纳米二氧化钛(TiO_2)、碳纳米管(C)和纳米二氧化硅(SiO_2)与柠檬酸和酒石酸组合改性后对2种铅锌矿区土壤的淋洗效率。结果表明,单一柠檬酸对土壤Pb、Zn和Cd去除率最高为71.28%、61.09%、57.40%,而单一纳米材料对3种重金属去除率均小于2%;2种有机酸与纳米材料改性后的重金属淋洗率与单独淋洗差异显著(P0.05)。其中随纳米TiO_2浓度升高,2种有机酸对2种土壤中Pb的去除率显著降低(P0.05),而对Zn和Cd的去除率呈先增加后减少;C纳米管和纳米SiO_2能够明显提升2种有机酸对土壤Pb、Zn和Cd的去除率(P0.05),且当C纳米管和纳米SiO_2分别在0.04 mol·L~(-1)和0.10 mol·L~(-1)时提高柠檬酸对3种金属的去除率达13.1%~25.1%和13.5%~26.8%。     

城市污泥植物处理对地表径流和下层土壤的影响

城市污泥的农业利用逐渐成为世界城市污泥处理处置的最具前景的方式之一。通过设置无污泥+不种植物、污泥+不种植物、污泥+东南景天单种、污泥+东南景天与香芋套种4个处理,对污泥植物处理系统的地表径流以及各处理1年后的下层土壤(20~40 cm)进行了监测。研究结果表明:地表径流中的TN、TP和COD的含量随着时间的推移均有不断下降的趋势,其中,地表径流中的TP含量超出国家污水综合排放中的二级标准。地表径流中Zn、Cd、Cu和Pb的含量随着时间的推移略有上升的趋势,但它们的含量远低于国家污水综合排放标准中的二级标准。处理1年后下层土壤中的氮磷钾和有机质含量明显提高,下层土壤中的Zn、Cd、Cu和Pb含量也有一定程度的增加。     

蓖麻对重金属锌的耐性与吸收积累研究

采用60d温室盆栽试验研究蓖麻对土壤中重金属Zn污染的耐性和积累效应。通过不同Zn浓度下蓖麻植株生长状况和叶绿素变化及蓖麻根、茎、叶各部分对Zn的积累量的研究,发现蓖麻对土壤Zn污染有较高的耐性,分别在叶、茎、根中对Zn有不同程度的积累,随着土壤Zn浓度的增加积累量也增大。说明蓖麻适合较高程度Zn污染土壤的修复。     

一株嗜酸氧化亚铁硫杆菌的分离及沥滤效果研究

从山西某煤矿的酸性矿井水中分离得到菌株ATF-1,对其形态、生理生化特性、16SrDNA基因序列、生长特性及其对城市污泥的摇瓶沥滤效果进行了研究。结果表明:(1)该菌为革兰氏阴性菌,短杆状,经16SrDNA鉴定为嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidthiobacillus ferrooxidans)。菌株ATF-1培养的最佳条件为初始pH 2.0、温度30℃、接种量10%(体积分数)、Fe2+投加量9.00g/L。(2)以菌株ATF-1作为沥滤菌处理城市污泥,经过15d的生物沥滤,污泥中Zn、Pb、Ni、Cu、Cd和Cr去除率的最大值分别为93.56%、46.54%、85.48%、97.68%、90.64%和45.15%,处理后污泥中的重金属含量符合《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284—84)中规定的在酸性土壤上的最高容许含量。     

复合纳米材料对土壤重金属离子吸持固化的模拟研究

土壤中过量重金属离子可通过食物链和地表水系统危害人群健康。通过土柱淋溶模拟实验,研究了SiO2-Al2O3-Fe2O3等复合纳米材料对土壤溶液中Cu2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+和Ni2+的吸持与固化特征。分别向重金属含量4倍于土壤二级标准(GB15618-1995)的土壤中添加0%、4%、6%和10%的复合纳米材料,分析不同深度土壤渗滤液以及土柱上栽培植物不同部位中重金属的含量。结果表明,碱性壤质土壤中重金属向下的迁移量很少;在含4%复合纳米材料土柱中,其吸持固化土壤溶液中63%的Cu、79%的Cd、68%的Pb、89%的Zn和76%的Ni;在含6%复合纳米材料土柱中,其吸持固化土壤溶液中82%的Cu、92%的Cd、76%的Pb、91%的Zn和88%的Ni;再增加土柱中复合纳米材料的含量,其吸持固化效果并不再显著增加。     

赤泥添加对石灰性土壤中Pb、Cd形态分布及小麦根系的影响

通过田间种植小麦实验,研究添加不同剂量拜耳赤泥(0%、1%、2%、3%、4%和5%)对重金属污染的石灰性土壤Pb、Cd化学形态和小麦幼苗根系的影响。培养1个月,添加赤泥显著地提高了土壤p H值,提高幅度随赤泥投加量增加而增大。培养3个月,添加不同剂量的赤泥均明显降低土壤中可交换态Pb和Cd的含量,赤泥投加量为5%时效果最为显著,分别比对照下降90%和72%。添加赤泥对所种植小麦幼苗的根系也有影响。种植5个月,小麦根系总根长、总表面积和总体积等随添加赤泥的剂量增加呈现先增大后减小的趋势,赤泥投加量为3%时增幅最大,总根长、总表面积和总体积分别比对照增加88.23%、75%和90.32%。研究表明,赤泥可作为重金属污染的石灰性土壤的理想改良剂,但考虑到小剂量赤泥(即1%~3%)促进重金属污染农田中小麦根系的生长,建议在种植区采用小剂量赤泥(即3%)处理的重金属污染修复方案。     

3种植物对Cd污染农田土壤的修复效果比较试验研究

通过盆栽试验研究了3种植物三叶鬼针草(Bidens pilosa L.)、紫茉莉(Mirabilis Jalapa)、中华景天(Sedum polytrich-oides)对上海地区2种质量浓度(1.2、12.0mg/kg)Cd污染农田土壤的修复效果,以探索其在上海地区Cd污染农田土壤修复中应用的可行性。结果表明:2种浓度下,三叶鬼针草对土壤Cd去除效果均最佳,1.2mg/kg处理下盆中土壤Cd质量浓度由原来的1.249 9mg/kg下降到0.861 7mg/kg,降低0.388 2mg/kg,Cd去除率为31.06%;12.0mg/kg处理下三叶鬼针草盆中土壤Cd质量浓度由原来的12.033 2mg/kg下降到10.020 6mg/kg,降低2.012 6mg/kg,Cd去除率为16.73%;紫茉莉和中华景天相比较而言,修复效果均较差。在2种浓度下,3种植物地上部分生物量排序均为三叶鬼针草>中华景天>紫茉莉。因此,建议将三叶鬼针草作为上海地区Cd污染农田土壤修复的优选植物。     

Cu污染土壤接种丛枝菌根真菌对旱稻生长的影响

采用盆栽实验的方法,研究了不同Cu处理水平(0、100和200 mg/kg)下,接种丛枝菌根真菌(arbuscular my-corrhizal fungi,AMF)Glomus mosseae对旱稻(Oryzal Sativa L.)生长的影响。结果表明,未添加Cu处理下,旱稻菌根侵染率可达69%,随着土壤中Cu添加量增加,旱稻菌根侵染率显著下降(P<0.05)。与未接种处理相比,接种处理显著提高100mg/kg Cu处理下根系生物量以及200 mg/kg Cu处理下地上部分生物量(P<0.05);接种处理显著降低了100 mg/kg Cu处理下旱稻地下部Cu含量,却显著增加了200 mg/kg Cu处理下旱稻地上部分以及地下部分Cu含量(P<0.05)。