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复合污染下大薸和凤眼莲对重金属的吸收和富集特征

作　者: 易锋
导　师: 高建培
学　校: 昆明理工大学
专　业: 生态学
关键词: 重金属富集能力培养浓度生理生化
分类号: X173
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

水体重金属污染已经成为当今世界所面临的重要环境问题之一,植物萃取技术以其成本低廉、操作简单、环境友好等特点为解决这一困扰提供了新的选择,因此寻找更多更为理想的重金属富集型植物仍然是重金属污染水体植物萃取技术应用的基础和关键所在。本研究通过对云南个旧大屯海As污染区的实地调查和采样,以及重金属污染状况评估,研究了优势植物的重金属吸收、富集特征,并初步筛选出As富集型水生植物大藻(P.stratiotes)和凤眼莲(E.crassipes)。然后在实验室水培条件下,进一步验证了这两种植物对As, Cd, Pb的富集能力,并通过复合重金属(As-Pb-Cd)正交实验,找出富集效果最好的重金属浓度配置。此外,还初步探明了外界主要因素(pH、磷酸盐)对其最佳重金属浓度配置下吸收、富集特性的影响,以及在重金属(Cd、Pb、As、Cd-Pb-As)胁迫下植物抗氧化还原酶(SOD、POD、CAT)的活性变化规律。野外调查表明：1.研究区底泥的As、Zn、Pb、Cu、Cd平均含量分别为142.62 mg-kg-1、417.91 mg·kg-1、373.25 mg·kg-1、123.21 mg·kg-1、6.26 mg·kg-1已经超过《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)规定的二级标准,底泥重金属污染较为严重。2.研究区水体的As、Pb、Cu、Zn、Cd含量分别为0.14 mg·L-1、0.23 mg·L-1、0.06 mg·L-1、0.07 mg·L-1、0.007 mg·L-1按照《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)V类标准规定,该研究区水体中的As含量已超过标准1.4倍,Pb已超过标准2.3倍。而其余3种元素均未超标。3.通过对优势植物重金属含量分析发现,凤眼莲、大薸根系部分能够高效富集As等重金属元素,凤眼莲根系部分重金属含量分别为As 61 mg·kg-1、Pb 110 mg·kg-1DW、Cu 56 mg·kg-1、Zn 184 mg·kg-1DW、Cd 12 mg·kg-1DW。大薸根系部分重金属含量分别为,As 189 mg·kg-1DW、Pb 97 mg·kg-1DW、Cu 42 mg·kg-1DW、Zn 137 mg·kg-1DW、Cd20mg·kg-1DW。4.大薸、凤眼莲对Cd, Pb, Cu, Zn和As表现出了较好的富集能力,其中茎叶部分对Cd的富集系数最高达到944.71和719.37。根系部分对Cd的富集系数也达到2975.62和1941.08。大藻茎叶部分对As的富集系数最低,仅为3.39,根系部分对As的富集系数为1255.39。室内水培实验结果表明：1.重金属胁迫显著影响了大藻、凤眼莲的生物量,高浓度重金属条件也抑制了大藻、凤眼莲的生长。对照中(不加重金属处理)植物生长率呈现正增长,在各种重金属处理最高浓度下,植物生长率呈现负增长(大藻在Zn处理下除外),2.单一重金属条件下,凤眼莲根系对Cd的吸收达到797 mg·kg-1DW、对Pb的吸收达到4647 mg·kg-1DW、对As吸收达到910mg·kg-1DW(3价)和805 mg·kg-1DW(5价)。而大薸根系对Cd的吸收也达到1150 mg·kg-1DW、对Pb、As的吸收也分别达到2647 mg·kg-1DW、451 mg·kg-1DW(3价)和1275 mg·kg-1DW(5价)。3.在复合重金属正交实验下,大藻、凤眼莲在配方7(Cd 1 mg·L-1-Pb 2 mg·L-1-As3 mg·L-1)条件下,表现出了对As较强的富集能力,而在配方16(Cd 3 mg·L-1-Pb 3mg·L-1-As 0 mg·L-1)条件下,表现出了对Cd, Pb的较强富集能力。4.pH=5时(配方7)大薸茎叶部分的As含量最高,达到110.87 mg·kg-1DW。根系部分的As, Pb含量最高,分别达到894.31 mg·kg-1DW、208.94 mg·kg-1DW。而凤眼莲茎叶、根系部分Cd、Pb含量最高,其中茎叶部分的Pb、Cd含量分别达到18.50mg·kg-1DW、5.81 mg·kg-1DW,根系部分的Pb, Cd含量分别达到1315.71 mg·kg-1DW、115.64 mg·kg-1DW.配方7条件下,大薸茎叶、根系部分的As含量随加入磷酸盐浓度的升高而降低,特别是在偏磷酸盐作用下(60 mg·L-1),茎叶、根系部分As含量仅为21.91 mg·kg-1DW和266.64mg·kg-1DW。凤眼莲茎叶、根系部分的As含量也表现出随加入磷酸盐浓度升高而降低的趋势,焦磷酸盐作用下(60 mg·L-1),茎叶、根系部分As含量仅为13.38mg·kg-1DW和152.05 mg·kg-1DW。5.单一及复合重金属条件都会造成植物细胞保护酶(SOD、CAT、POD)活性比例的失调,从而影响植物体内活性氧的产生和清除能力。不同浓度的Cd、Pb、As对大藻的影响要大于对凤眼莲的,凤眼莲与大藻相比表现出了对重金属更好的耐受性。

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摘要 4-7Abstract 7-13第一章绪论 13-19 1.1 研究的目的和意义 13-14 1.1.1 研究意义 13-14 1.1.2 研究目的 14 1.2 主要研究内容 14-16 1.2.1 研究内容 14-15 1.2.2 研究方案 15-16 1.2.3 技术路线图 16 1.3 研究工作执行情况 16-18 1.4 预期研究目标和创新点 18-19第二章文献综述 19-26 2.1 国内外水体重金属污染现状 19-20 2.2 重金属污染水体的修复 20-22 2.2.1 物理和化学方法 20 2.2.2 生物方法 20-21 2.2.3 重金属废水处理发展趋势及展望 21-22 2.3 水生重金属富集植物的研究成果 22-25 2.3.1 浮水植物 22-23 2.3.2 沉水植物 23 2.3.3 挺水型植物 23-25 2.4 水生重金属富集植物研究存在的不足 25-26第三章材料与方法 26-30 3.1 野外调查方法 26-27 3.1.1 采样地点概况 26-27 3.1.2 样品采集 27 3.1.3 样品处理 27 3.2 室内水培实验设计 27-29 3.2.1 单因素试验 27 3.2.2 复合因素试验 27-28 3.2.3 影响凤眼莲、大薸吸收富集重金属的因素实验设计 28-29 3.3 测定方法 29 3.3.1 植物体内重金属含量测定 29 3.3.2 植物生理生化指标定 29 3.4 数据处理 29-30第四章个旧大屯水生植物对重金属的吸收和富集特征 30-41 4.1 引言 30 4.2 结果与分析 30-38 4.2.1 研究区底泥的基本理化性质 30-31 4.2.2 研究区底泥重金属污染状况 31-32 4.2.3 各采样点底泥的重金属含量 32 4.2.4 水样中的重金属含量 32-33 4.2.5 研究区主要水生植物种类及生长状况 33-34 4.2.6 水生植物对重金属的富集和转移特征 34-38 4.3 讨论 38-40 4.3.1 重金属富集型水生植物的筛选 38-39 4.3.2 水生植物对重金属的富集规律 39 4.3.3 影响水生植物对重金属吸收的因素 39-40 4.4 本章小结 40-41第五章大薸、凤眼莲在复合污染条件下对重金属的吸收和富集 41-69 5.1 引言 41 5.2 结果与分析 41-65 5.2.1 不同重金属浓度下大薸、凤眼莲的生物量变化 41-43 5.2.2 不同重金属浓度下大薸、凤眼莲的生长率 43-45 5.2.3 单一重金属处理下大薸、凤眼莲体内重金属含量 45-51 5.2.4 复合重金属处理下大薸、凤眼莲体内重金属含量 51-59 5.2.5 影响植物吸收、富集重金属的因素 59-65 5.3 讨论 65-67 5.4 本章小结 67-69第六章重金属对大薸、凤眼莲相关酶活性的影响 69-75 6.1 引言 69 6.2 结果与分析 69-72 6.2.1 SOD的变化 69-70 6.2.2 POD的变化 70-71 6.2.3 CAT的变化 71-72 6.3 讨论 72-73 6.4 本章小结 73-75第七章结论与建议 75-78 7.1 结论 75-76 7.1.1 研究区植物对重金属的吸收富集特征 75 7.1.2 实验室条件下两种植物对重金属的吸收富集规律 75-76 7.1.3 重金属胁迫对植物生理、生化特性的影响 76 7.2 建议 76-78致谢 78-79参考文献 79-89附录 89-90

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