TCP污染土壤的植物修复及其毒性评价

利用盆载试验研究了黑麦草(Lolium multiflorum L.)对2,4,6-三氯酚(TCP)污染土壤的修复作用及其植物毒性影响.结果表明,培养75 d后土壤中TCP的可提取态质量分数随着时间延长逐渐减少,黑麦草加快了土壤中可提取态TCP质量分数的下降.在TCP浓度为1,10,100 mg·kg-1的处理中,种植黑麦草的降解率分别是92.5%、78.2%、55.6%,无植物处理的降解率分别为56.3%、49.2%、37.5%.植物毒性试验结果发现,Lactuca sativa种子的根生长试验可以判断土壤毒性的变化,土壤毒性随着处理时间的延长,毒性降低,说明了植物修复的作用.TCP污染土壤的水提取液也存在毒性,TCP污染土壤有污染地下水和地表水的可能.Lactuca sativa的发芽率不能反映土壤的毒性变化规律,不宜作为评价TCP污染土壤的毒性指标.可见,种植黑麦草具有强化TCP污染土壤的修复作用,可通过促进黑麦草生长,增强土壤微生物活性,提高黑麦草修复TCP污染土壤的能力.     

芘污染土壤的根瘤菌-植物修复效应研究

土壤多环芳烃(PAHs)的污染已经成为了全球性的热点问题,微生物-植物联合修复技术是解决土壤有机污染的一种低耗高效的新型修复技术。以往作为目标污染物,绿豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum),紫花苜宿根瘤菌(Rhizobium meliloti)为供试微生物,选用绿豆(Vigna radiata L.)、紫花苜蓿(Medicago sativa L.),黑麦草(Lolium perenne L.)和花生(Arachis hypogaea L.)作为修复植物。采用盆栽实验,研究在100 mg·kg-1污染条件下,接种根瘤菌对植物修复法污染土壤效果的影响。结果表明:培养60d后,4种植物均提高了芘污染土壤的pH,并提高了土壤脱氢酶的活性,其中种植绿豆的效果最好,其次为花生。此外,4种植物均提高了土壤中芘的去除率,提高幅度依次为绿豆(33.70%)花生(21.63%)黑麦草(10.55%)苜蓿(7.72%)。接种根瘤菌后发现,绿豆和花生根瘤数显著高于对照组,苜蓿与根瘤菌没有结合,而黑麦草则不和根瘤菌共生。根瘤菌对土壤中pH有一定的提高作用,但效果不显著。此外,根瘤菌提高了绿豆、花生和紫花苜蓿的生物量以及绿豆和花生处理组土壤的脱氢酶活性。并提高了绿豆和花生对土壤中芘的去除率,分别为4.10%和2.02%。研究表明:种植绿豆对土壤芘的去除率最高(94.63%),根瘤菌能与其根系结合良好,强化了绿豆修复芘污染土壤的能力,结果可为微生物-植物修复芘污染土壤提供新的参考。     

锰污染土壤修复研究现状与展望

锰是生物体的必需微量元素,但是过量的锰会对生物体的生命代谢活动造成极大损害。土壤的锰污染被认为是酸性土壤的第二限制因素,因此,如何对锰污染土壤进行修复已成为当前农业生产发展亟需解决的重要问题。文章概括性地介绍了土壤锰污染对动植物和人体的潜在危害,同时简要回顾了国内外在锰污染土壤修复方面的研究动态,重点阐述了锰污染土壤的植物修复和微生物修复研究进展,简单介绍了土壤锰污染的其他修复技术,并在此基础上提出了土壤锰污染修复今后的发展趋势。随着公众环保意识的增强,生物修复由于绿色环保而具有很大的应用前景。但是,目前已发现的锰超富集植物及抗锰微生物资源极为缺乏,土壤动物在锰污染土壤修复中的应用也并不多见,基于此,作者认为未来应加大对锰超富集植物和抗锰微生物资源的开发力度,利用超富集植物、土壤微生物、土壤动物进行联合修复,并结合适当的土壤耕作管理措施等构建锰污染土壤的多维修复体系,实现锰污染土壤的绿色修复,以期为锰污染土壤修复提供参考依据,为食物质量安全提供保障。     

铬污染土壤的微生物修复工艺及中试

本研究利用土柱试验研究了铬污染土壤微生物修复的各工艺参数,结果表明:土壤粒径、喷淋强度、以及修复工艺对铬污染土壤的修复效果有很大的影响.最佳的工艺参数为:土壤粒径1～2 cm、喷淋强度在29.6～59.2 mL·min-1、工艺制度Ⅱ(先用自来水淋洗1 d,接着用菌液循环喷淋).在土柱试验的基础上开展了25吨/批的中试试验,铬污染土壤经过7～10 d的处理,土壤中Cr(Ⅵ)浸出毒性浓度由53.8 mg·L-1降低至0.4 mg·L-1,达到《铬渣污染治理环境技术规范》(HJ/T301～2007)中铬渣用作路基材料和混凝土骨料的标准限值,证明铬污染土壤微生物修复工业化具有可行性,为铬污染土壤工程化修复提供了技术支撑.     

锰超积累植物——水蓼

超积累植物筛选是重金属污染土壤植物修复的基础和核心问题,同时也是重金属污染环境植物修复的难点及前沿。本文通过野外调查与营养液模拟试验相结合的方法,初次发现并证实水蓼(Polygonum hydropiper L)是一种锰超积累植物。野外调查结果表明,生长在土壤锰含量为2000mg·kg-1的水蓼,叶部锰的富集量可达3675.89mg·kg-1,且转移系数为1.37。营养液模拟培养试验证实,当营养液中锰的浓度为5000μmol·L-1时,水蓼植株生长正常,但叶中锰含量超过了10000mg·kg-1,达到了锰超积累植物应达到的临界含量标准,水蓼地上部富集系数高达19.41(大于1),转移系数为1.05(也大于1)。当营养液中锰的浓度为15000μmol·L-1时,水蓼叶、根和茎三部分的锰含量均达到最大值,分别为24447.17mg·kg-1、11574.47mg·kg-1和10343.52mg·kg-1。这一发现为锰污染土壤和水体的植物修复提供了一种新的可能的种质资源。     

稻季磷锌处理对水稻和伴矿景天吸收镉的影响

超积累植物与农作物轮作或间套作是实现重金属污染土壤边生产边修复的重要方式。通过水稻和伴矿景天(Sedum plumbizincicola)轮作的盆栽试验来研究Cd污染酸性红壤上稻季增施P和Zn对水稻和后茬伴矿景天吸收Cd的影响。结果表明,稻季高P处理(400 mg·kg~(-1))土壤CaCl_2提取态Cd含量较对照(100 mg·kg~(-1))有所降低,水稻秸秆Cd含量无明显影响,但秸秆向籽粒的转运系数显著降低;稻季Zn处理降低了土壤CaCl_2提取态Cd含量,糙米Cd含量由0.21 mg·kg~(-1)(对照)降低至0.15 mg·kg~(-1);稻季增施P和Zn对后茬伴矿景天生长及地上部Cd含量未产生明显影响;Zn处理促进了稻米和伴矿景天对Zn的吸收。稻季适当增施P和Zn降低了水稻Cd积累风险,而对后茬伴矿景天Cd吸收修复无影响,可作为Cd污染土壤水稻与伴矿景天轮作边生产边修复的调控手段。     

土壤汞污染对油菜的氧化胁迫效应

为了明确土壤汞污染的植物毒性效应,利用盆栽模拟试验研究了汞污染土壤对油菜的氧化损伤.结果表明,低浓度的汞污染轻微促进油菜的生长,汞浓度超过1.0 mg·kg-1就显著抑制植物生长,引起叶片面积变小、失绿变黄甚至枯萎等生理现象.随着汞浓度的增加,丙二醛(MDA)含量增加,当汞的浓度增加到8.0 mg·kg-1时,MDA的含量是对照组的4.17倍.随着汞浓度的增加,超氧化物歧化酶(SOD)活性升高,过氧化物酶(POD),过氧化氢酶(CAT)活性先升高后下降,其中SOD和POD在8.0 mg·kg-1汞处理下,活性达到最大,CAT在0.5 mg·kg-1汞处理下活性最大.土壤汞含量为超过1.0 mg·kg-1时,油菜可食部分汞浓度大于食品安全国家标准《食品中污染物限量》(GB 2762—2012)的规定.油菜吸收的汞主要累积在根部,因此在利用此类植物进行土壤修复时,需要清除植物的地下部,才能实现植物修复的目的.     

微生物修复石油污染土壤的生态毒性指示

发光菌的相对发光度和植物光合色素含量以及土壤酶活性是土壤石油污染程度和生态毒性强弱的综合反映。为探究不同生物指示方法对石油污染土壤生态毒性的指示效果以及污染土壤在生物修复过程中毒性的变化规律,采用前期筛选分离的三株对石油烃具有良好降解效果的降解菌构建混合菌体系,开展石油污染土壤模拟微生物修复实验。文章首先以明亮发光杆菌为指示生物考察不同修复时期土壤生态毒性,并以高等植物毒性试验以及土壤酶活性试验结果作为辅助证据从生态学角度揭示修复过程中石油污染土壤生态毒性的变化,并分析了以上3种指示方法的一致性。结果表明,该混合菌能高效降解对石油烃污染物,污染土壤经40 d修复后,石油烃污染物浓度从5 000 mg·kg-1降到1 781 mg·kg-1,去除率达到64%。高等植物生态毒性试验、土壤酶活性试验与发光菌生态毒性试验结果呈现良好的一致性,石油污染土壤的生态毒性随着微生物修复过程的进行呈先上升后下降的趋势。具体而言,修复初期的土样对小麦光合色素含量的抑制作用最大,叶绿素a含量相对于对照组降低了39.3%,仅为(1.36±0.04)mg·g-1;土壤过氧化氢酶酶活性与石油烃残留量呈极显著负相关关系(-0.973);污染土壤生态毒性在修复的第8天达到最大,其二氯甲烷/二甲基亚砜浸提液中发光菌的相对发光度为18.1%,与0.187 mg·L-1 Hg Cl2的毒性相当。明亮发光杆菌的相对发光度和小麦光合色素含量以及土壤过氧化氢酶活性能较好地指示石油污染土壤在生物修复过程中的生态毒性,可作为石油污染土壤微生物修复效果的指示生物。     

贵州丹寨金汞矿区尾渣和水土中汞砷分布特征及潜在风险

贵州丹寨金汞矿在开采期间,将大量的废渣露天堆放在环境中,这些尾渣不仅含有金,还含有有毒有害重金属汞和砷。本文研究丹寨尾渣中汞和砷的淋出特征以及矿区周边土壤、农作物和地表水汞砷分布特征,并通过尾渣中金含量来评估利用植物提取技术来回收金的可能性。研究结果表明,利用0.1mol·L-1Na H2PO4和0.1 mol·L-1Na2HPO4(3:2 V/V)的混合溶液淋洗尾渣,淋滤出的砷含量达到9 929.8μg·L-1;利用0.1 mol·L-1CH3COONH4溶液淋洗尾渣,淋滤液汞含量达到12.12μg·L-1。矿区周边土壤总汞含量和总砷含量分别为11.5~79.7 mg·kg-1和23.7~356.5 mg·kg-1,利用污染程度法和尼梅罗综合污染指数发对其Hg和As污染程度进行了评价,结果显示土壤汞污染严重,污染因子高达10.5~78.7;尼梅罗综合污染指数为62.97;同时该土壤还受到严重的As污染,除了其中一个样点的As污染程度小于0属于未超标,其它样点As污染程度均大于0;尼梅罗综合污染指数为13.41。农作物中总汞含量和总砷含量均超过国家食品卫生限量标准,分别是《食品安全国家标准》(GB2762-2012)中所允许最大总汞和最大总砷的10~1 150倍和1.6~7.4倍。位于尾渣堆放点上游的地表水中总汞和总砷浓度分别为102.4 ng·L-1和2 262.1 ng·L-1,流经尾渣堆后,浓度大幅度增加,分别为160.3 ng·L-1和11 571.8 ng·L-1,说明丹寨尾渣可能是潜在的汞和砷污染源。尾渣中金含量为0.54 g·t-1,可以探索利用植物提取技术来回收尾渣中的金。     

小麦根际土壤汞的分布和形态变化

采用根际箱试验和连续化学萃取法,结合氢化物原子吸收光谱法,研究了非根际和根际土壤汞形态分布特征及小麦(Triticum aestivum)生长期土壤汞形态变化.结果表明.非根际汞形态分布顺序为:残渣态>强有机质结合态>碳酸盐铁锰氧化物结合态>腐殖酸络合态>水溶态>交换态,根际汞形态分布为:残渣态>碳酸盐铁锰氧化态>强有机质结合态>交换态>腐殖酸络合态>水溶态.当外源汞进入土壤后,在小麦生长60 d内,植物吸收使残渣态汞和水溶态汞含量明显降低,交换态汞和碳酸盐铁锰氧化态汞含量增加.土壤汞污染程度越大,在小麦中积累的汞就越多.其生物毒性增强,环境危害加大.     

丛枝菌根-植物修复重金属污染土壤研究中的热点

随着菌根研究和植物修复技术的发展,利用丛枝菌根强化重金属污染土壤的植物修复逐渐受到人们的重视。本文系统综述了当前的几个研究热点:(1)菌根植物吸收和转运重金属的分子机制;(2)AM真菌对超富集植物重金属吸收的影响及其机制;(3)AM真菌对转基因植物重金属吸收的影响及其机制;(4)AM真菌与其他土壤生物在植物修复中的复合作用;(5)丛枝菌根与化学螯合剂在植物修复中的复合作用;(6)重金属复合污染土壤的丛枝菌根-植物修复;(7)放射性污染土壤的枝菌根-植物修复;(8)丛枝菌根-植物修复的田间试验研究。在未来的丛枝菌根-植物修复研究中,要筛选优良的宿主植物和与之高效共生的AM真菌,加强相关理论和应用基础研究,并构建高效基因工程菌。     

开阳磷矿10种木本植物叶片重金属富集特征

植物对重金属具有一定的吸附能力,植物修复是生态修复不可或缺的一部分,利用植物减缓和治理重金属污染具有重要意义.选取开阳磷矿马路坪矿区生命周期较长的木本植物及其土壤作为研究对象,探究木本植物受Cu、Zn、Pb、Cd、As等5种重金属污染土壤的效应,对植物重金属含量及其富集特性进行研究分析,筛选出累积重金属的植物,作为矿区...     

Role of plant growth promoting rhizobacteria in the remediation of metal contaminated soils

Pollution of the biosphere by the toxic metals is a global threat that has accelerated dramatically since the beginning of industrial revolution. The primary source of this pollution includes the industrial operations such as mining, smelting, metal forging, combustion of fossil fuels and sewage sludge application in agronomic practices. The metals released from these sources accumulate in soil and in turn, adversely affect the microbial population density and physico-chemical properties of soils, leading to the loss of soil fertility and yield of crops. The heavy metals in general cannot be biologically degraded to more or less toxic products and hence, persist in the environment. Conventional methods used for metal detoxification produce large quantities of toxic products and are cost-effective. The advent of bioremediation technology has provided an alternative to conventional methods for remediating the metal-poisoned soils. In metal-contaminated soils, the natural role of metal-tolerant plant growth promoting rhizobacteria in maintaining soil fertility is more important than in conventional agriculture, where greater use of agrochemicals minimize their significance. Besides their role in metal detoxification/removal, rhizobacteria also promote the growth of plants by other mechanisms such as production of growth promoting substances and siderophores. Phytoremediation is another emerging low-cost in situ technology employed to remove pollutants from the contaminated soils. The efficiency of phytoremediation can be enhanced by the judicious and careful application of appropriate heavy-metal tolerant, plant growth promoting rhizobacteria including symbiotic nitrogen-fixing organisms. This review presents the results of studies on the recent developments in the utilization of plant growth promoting rhizobacteria for direct application in soils contaminated with heavy metals under a wide range of agro-ecological conditions with a view to restore contaminated soils and consequently, promote crop productivity in metal-polluted soils across the globe and their significance in phytoremediation.     

丛枝菌根对土壤-植物系统中重金属迁移转化的影响

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)是一类在自然和农业生态系统中广泛存在并能与多数陆生植物形成共生关系的土壤真菌,在重金属污染土壤中对宿主植物的生长及吸收累积重金属具有重要影响,因而对污染土壤的生物修复具有潜在应用价值。以重金属从根际土壤进入植物并在植物体内再分配过程为主线,介绍丛枝菌根在这一过程中对重金属环境行为,特别是根际土壤中重金属赋存形态及植物吸收重金属的影响。最后,对丛枝菌根影响植物重金属耐性机制研究前沿和菌根修复技术的应用前景进行展望。     

植物吸收修复对土壤镍及其主要化学性质的影响

采用室内盆栽试验方法,研究了外源镍污染土壤的植物吸收修复对土壤镍形态和土壤主要化学性质的影响。试验用水稻土添加NiSO4·6H2O(100～1600mgkg-1)经过12周的驯化培养后,种植了镍超累积植物Alyssu mmurale,110 d后收获植物并进行了试验土壤镍的形态和主要化学性质的分析,采用再分配系数和结合强度系数对植物修复效果进行了定量分析。结果表明,根区土壤中DTPA提取态镍的数量明显减少,根区土壤DTPA-Ni与非根区土壤DTPA-Ni之比的范围在0.33～0.61之间。每盆植物提取镍量为6.61～31.18mg,植物提取量随着添加镍量增加而增加,地上部分最大镍含量达到12454.1mgkg-1。根区的再分配系数在2.17～4.19之间,而非根区的再分配系数在6.87～15.91之间,再分配系数随着镍添加量的增加而增大;根区的结合强度系数为0.84～0.39,而非根区的则为0.88～0.26,随着土壤中镍添加量的增加,结合强度系数逐渐减小。植物吸收修复后,根区土壤镍的再分配系数降低、结合强度系数增大,表明土壤镍各形态之间的稳定性增加,因此植物修复可以加快外源镍在土壤中的稳定。试验结果也表明,根区土壤中pH随着镍添加量的增加呈下降趋势、但较非根区土壤的高;根区土壤有机碳亦较非根区的高。     

植物修复土壤重金属污染中外源物质的影响机制和应用研究进展

重金属进入土壤后难以被降解,并通过食物链在生物体内富集,长此以往会导致中毒、癌症、畸形、突变,严重影响了人类生产活动及地球生态系统的稳定。植物修复技术是一种经济有效的重金属污染修复技术,其依靠超富集植物强大的自身抗性机制,从土壤中提取或稳定重金属,达到污染治理的目的。然而修复土壤重金属污染的超富集植物通常生长缓慢、生物量低,其抗性机制也会受到植物本身对重金属胁迫的阈值限制,当胁迫超过这个阈值,植物修复的效率就会大大降低甚至失去修复功能。文章在解析植物重金属相互作用机制的基础上,综述了添加外源物质对重金属毒害植物的缓解效应以及其在强化植物修复土壤重金属污染中的应用研究进展;介绍了应用外源物质调控植物吸收转运重金属的3种途径,分别为提高土壤重金属生物利用度、促进植物生长以及增强植物耐性。提出了应用外源物质作为强化植物修复措施的潜力及今后的研究方向,其未来的研究应着重于以下方面:明确外源物质的应用浓度、时期、方式与植物吸收转运重金属之间的关系;从植物内源激素及信号分子间的互作、抗逆基因表达、内生及根际微生物等不同层面上揭示外源物质对植物积累重金属的调控机理;开展外源物质与其他植物修复强化技术的联合应用研究。这些研究可为土壤重金属污染的植物修复技术及其强化措施研究提供科学依据,同时也对植物修复工程技术的发展实践具有一定的指导意义。     

镉污染土壤对潜在能源植物生长的影响

利用重金属污染土壤种植能源植物是一种同时解决环境问题和能源问题的新理念,但目前相关研究成果并不多。通过盆栽试验研究人工镉污染土壤中象草Pennisetumpurpureum和亚香茅Cymbopogonnardus两种植物植株的生长状况和两种植物对土壤镉的吸收和富集能力。结果表明,当外源可溶性镉加入到土壤后,其主要是以生物有效性较高的状态存在。土壤镉对象草和亚香茅生长的影响作用有很大的不同,亚香茅比象草具有更强的镉耐受力,其生物量受镉污染影响小。两种植物植株镉含量均随土壤镉添加量的增加而增加。除高镉处理象草外,植物地下部分含镉量比地上部分高很多。高镉处理象草地下部分含镉量比地上部分低的现象可能反映出根系已积累了太多的镉,因而加速了向地上部的转移,从而加剧了植物中毒的程度。赤泥添加剂具有降低土壤酸度,减少植物对镉的吸收和增加象草和亚香茅生物量的作用。     

Aphids are unaffected by the elemental defence of the nickel hyperaccumulator Streptanthus polygaloides (Brassicaceae)

Summary. Nickel hyperaccumulation, resulting in plant Ni contents of >1000 mg kg^у dry mass, has been shown to defend plants against folivorous herbivores. We determined whether this elemental defence tactic protected hyperaccumulating plants from attack by a phloem-feeding herbivore. We used the pea aphid, Acyrthosiphon pisum, and the Ni-hyperaccumulating plant Streptanthus polygaloides. Aphids were allowed to colonize mixed arrays of S. polygaloides in which plants either were hyperaccumulating Ni, not hyperaccumulating Ni and treated with a systemic insecticide, or not hyperaccumulating Ni. Aphid numbers g^у dry mass of plant biomass were lowest for the insecticide treatment, intermediate for low-Ni plants, and highest for plants hyperaccumulating Ni. Artificial liquid aphid diet, amended with varying levels of Ni, resulted in decreased aphid survival at 2500 mg kg^у Ni dry mass (or 5.03 mM Ni). We concluded that Ni levels in the phloem of hyperaccumulating plants of S. polygaloides were < 5.03 mM and, as a result, were not effective in defending plants against aphid attack.     

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。     

桂北锰矿废弃地主要植物种类调查及土壤重金属污染评价

采用样方法和实地勘查法调查了桂北荔浦锰矿区废弃地自然定居和人工种植的植物,并且对8个区的主要植物及其土壤重金属含量进行了分类、测试。并采用污染指数评价法对矿区废弃地土壤重金属的污染程度进行了评价。结果表明,白茅(Imperata cylindrica)、马唐(Digitaria sanguinalis)、飞蓬(Erigeron acer)、苍耳(Xanthium sibiricum)、耳草(Hedyotisauricularia)对重金属有较强的耐性,而且能适应废弃地的不良环境,可作为锰矿废弃地生态恢复的先锋植物;用3种不同的背景值对废弃地土壤重金属污染程度的评价结果是一致的,除Pb外,5种重金属元素单项污染指数均大于2,表示被污染,其中以Mn、Zn、Cd污染最为严重。锰矿废弃地人工复垦采用典型的农业恢复模式,以种植果树和经济作物为主,果实中Cr、Cd的含量均超过食品卫生限量标准,因此矿山恢复的早期不宜直接种植果树和食用经济作物。以上研究结果可为锰矿废弃地的生态恢复和植被重建提供科学依据。