砷污染农田的植物提取修复技术研究进展

由于粗放的矿物采冶方式,矿区大量的砷扩散到周边农田中,会导致农田土壤砷污染问题。部分地区的砷背景值高,部分地区在农业生产活动中使用含砷化肥、农药等,均会加剧农田砷污染问题。植物提取修复是一种利用超富集植物将土壤污染物吸收并转移到植物地上部,待植物成熟收割以整体移除污染物的方法。与其他砷污染农田土壤的修复技术相比,植物提取修复技术具有无二次污染的特点。该技术辅以合理的农艺措施,可使土壤砷污染减量,并实现边生产边修复的目标,应用潜力广泛。分析了砷污染土壤植物提取修复技术的原理与现状;重点探讨了近年来强化砷植物提取修复的方法,包括修复植物的种质创新、超富集植物与根际微生物联合作用和农艺措施优化等几个方面;最后展望了农田土壤砷污染修复技术的未来研究方向,以期为该技术的进一步发展提供参考。     

蜈蚣草吸收和氧化As(Ⅲ)的试验及动力学研究

通过蜈蚣草室内水培试验,研究了蜈蚣草对As(Ⅲ)的吸收特性和动力学规律.结果表明,蜈蚣草在吸收As(Ⅲ)的同时,可以将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ),然后再进行吸收;当培养液中As(Ⅲ)初始浓度较低(10.00 mg/L)时,蜈蚣草对砷的吸收和氧化过程较好地符合一级动力学规律,表观速率常数为0.104 h-1,当初始质量浓...     

生态修复植物蜈蚣草中砷的回收

采用管式炉高温热解-NaOH-Na₂CO₃混合液碱浸-CuSO₄·5H₂O沉淀的方法回收生态修复植物蜈蚣草中的砷,最终得到产品砷酸铜。该方法的最佳工艺条件为：热解温度600 ℃,热解时间30 min,CaO加入量（CaO与蜈蚣草的质量比）8%; m（NaOH）∶m（Na₂CO₃）=1∶3,碱浸温度70 ℃, 碱浸时间2 h, 固液比1∶10; 沉淀反应pH 5, 沉淀反应温度70 ℃。采用该方法处理生态修复植物蜈蚣草,得到产品砷酸铜的纯度为93%,砷回收率达88%。     

两种外源有机酸对蜈蚣草修复锑污染土壤的影响

以蜈蚣草(Pteris vittata L.)为受试材料,利用盆栽试验研究了不同添加量(0、5、10、20 mmol·kg^-1)外源柠檬酸和苹果酸对锑(Sb)污染土壤pH和Sb形态的影响,以及两种外源有机酸对蜈蚣草富集Sb和蜈蚣草抗氧化系统的影响,并分析了利用有机酸强化蜈蚣草修复锑污染土壤的可能性及其作用机制.结果表明,土壤锑含量为500 mg·kg^-1时,种植20 d后,两种有机酸使土壤pH从6.26降到4.99～5.93,土壤中弱酸提取态Sb含量增加,残渣态Sb含量减小.两种有机酸均提高了蜈蚣草根、茎和叶中Sb含量,且作用效果为柠檬酸>苹果酸;20 mmol·kg^-1柠檬酸的加入使根、茎和叶中Sb含量分别达到最大值4740、256、77.5 mg·kg^-1,较对照组分别提高77.08%、230.90%、84.39%.相比对照组,柠檬酸和苹果酸添加均可显著提高蜈蚣草根系活力和抗氧化酶活性,降低丙二醛(MDA)含量,其中,柠檬酸的作用最大.说明两种有机酸通过提高蜈蚣草对Sb的吸收富集,增强对S...     

Arsenic uptake and transport of Pteris vittata L. as influenced by phosphate and inorganic arsenic species under sand cu｜ture

In order to understand the similarity or difference of inorganic As species uptake and transport related to phosphorus in As-hyperaccumulator, uptake and transport of arsenate (As(Ⅴ)) and arsenite (As(Ⅲ)) were studied using Pteris vittata L. under sand culture. Higher concentrations of phosphate were found to inhibit accumulation of arsenate and arsenite in the fronds of P. vittata. The reduction in As accumulation was greater in old fronds than in young fronds, and relatively weak in root and rhizome. Moderate increases, from 0.05 to 0.3 mmol/L, in phosphate reduced uptake of As(Ⅲ) more than As(Ⅴ), while the reverse was observed at high concentrations of phosphate (≥ 1.0 mmol/L). Phosphate apparently reduced As transport and the proportion of As accumulated in fronds of P. vittata when As was supplied as As(Ⅴ). It may in part be due to competition between phosphorus and As(Ⅴ) during transport. In contrast, phosphate had a much smaller effect on As transport when the As was supplied as As(Ⅲ). Therefore, the results from present experiments indicates that a higher concentration of phosphate suppressed As accumulation and transport in P. vittata, especially in the fronds, when exposure to As(Ⅴ); but the suppression of phosphate to As transport in the root or rhizome may be insignificant when P. vittata when exposure to As(Ⅲ) under sand culture conditions. The finding will help to understand the interaction of P and As during their uptake process in P. vittata.     

砷超富集植物蜈蚣草中磷和钙的亚细胞分布及其与耐砷毒的关系

为了在研究砷超富集植物蜈蚣草中磷和钙的亚细胞分布,并探讨其与蜈蚣草耐砷毒的关系进行了试验研究.结果表明,蜈蚣草吸收的磷主要分布在胞质组分中(平均占各部位总磷含量的44%以上),吸收的钙主要分布在细胞壁组分中(平均占各部位总钙含量的48%以上).与低钙(0.03和2.5 mmol·L-1)处理相比,高钙(5.0 mmol·L-1)处理时,根部的胞质组分和叶柄的细胞器组分中磷含量较高.各器官的亚细胞组分中钙含量随着介质中添加钙浓度的提高而增加.介质钙浓度过高会抑制蜈蚣草的生长.在加砷处理下,根部和叶柄细胞壁组分的磷含量有所减少,但地上部细胞器组分的磷含量及其含磷总量占植株含磷总量的相对比例、根部细胞壁组分的钙含量增加.蜈蚣草自主调节磷和钙的亚细胞水平分布可能是其耐砷毒的机制之一.     

砷胁迫下蜈蚣草光合作用的变化

利用荧光成像技术研究了营养液培养条件下砷胁迫对蜈蚣草光合作用的影响。在0、5、10、20和40mg·L-1质量浓度的砷处理中,蜈蚣草地上部、地下部生物量无显著差异(P=0.01),变化范围分别为1.24～1.33,0.24～0.30g;地上、地下部砷质量分数变化范围分别为191～1129和160～548mg·kg-1,其质量分数的比值范围为1.20～2.35。砷胁迫下,全叶片蜈蚣草Fv/Fm变化范围为0.498～0.566,与对照(0.786)相比较下降超过30%;快速光曲线中最大潜在相对电子传递速率(Pm)、半饱和光强(Ik)随砷处理浓度的增加而下降,其变化范围分别为24.52～47.67和140.50～217.45μmol·m-2·s-1,下降比例分别为28%~49%和24%~35%;快速光曲线的初始斜率(α)随砷处理浓度的增加下降不明显,变化范围为0.17～0.22。以上结果显示尽管蜈蚣草对砷超量吸收并且有效向地上部分转移,但Fv/Fm显著下降反映蜈蚣草光合作用受到明显的砷胁迫。Pm、Ik的下降反映出蜈蚣草光耐受能力和电子传递能力在砷胁迫下逐渐减弱;α下降不明显反映蜈蚣草捕光能力在砷胁迫过程中始终维持较高水平,砷胁迫并未对蜈蚣草捕光系统造成显著伤害。     

砷超富集植物的热解特征及其与砷含量的关系

不同热解气氛和升温速率的比较研究表明,在空气气氛条件和25℃·min-1的升温速率下,砷超富集植物的热解曲线特征明显且实验速度适中,因此,是适用于砷超富集植物的热解实验条件.在该实验条件下,不同含砷浓度的蜈蚣草(Pteris vittata L.)和大叶井口边草(P.cretica L.)的热解温度主要集中在200～500℃之间.与低砷蜈蚣草相比,高砷蜈蚣草在300℃附近热解减弱,而在450℃附近热解加剧,蜈蚣草体内的砷有促使其热解过程向高温方向偏移的趋势;而大叶井口边草体内的砷则促使其在300℃附近热分解程度加剧,而对450℃附近的热解程度影响不明显.     

添加剂对蜈蚣草燃烧过程中砷迁移规律的影响

蜈蚣草是砷（As）的超富集植物,为了研究CaO、MgO以及白云石对蜈蚣草燃烧过程中砷迁移规律和赋存形态的影响,利用管式炉装置进行了一系列的实验,结果表明：3种添加剂在400~700℃温度区间固砷效果明显,MgO的固砷效果最佳、CaO其次、白云石最差.CaO和MgO的最佳固砷温度为500℃,最佳固砷效率分别为17%和14%;白云石的最佳固砷温度为700℃,最佳固砷效率为10%.燃烧温度在400~500℃时,掺混添加剂会使底灰中可溶砷的比例提高约5%,这是由于温度较低时,这3种添加剂主要是通过物理吸附对砷进行固定;而当温度超过800℃时,底灰中可溶砷的比例降低约10%,这是由于添加剂影响了底灰对砷的自固定,减少了可溶性砷化合物的形成.当温度低于700℃时,掺混添加剂会使底灰中出现少量As³⁺.