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耐土壤铬污染植物种质筛选研究
作 者: 郑施雯
导 师: 李小明;朱建林
学 校: 湖南大学
专 业: 环境工程
关键词: 土壤 植物修复 铬 超富集植物 狗牙根 柏木 女贞
分类号: X53
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要
铬是一种重要的环境污染元素,铬及其化合物是冶金、金属加工、电镀、制革、油漆、颜料等行业常用的基本原料,这些行业生产过程产生的含铬废水、废渣等通过多种途径进入土壤,造成了日益严重的铬污染。因此,对铬污染土壤进行修复成为当今环境科学家急需解决的重大课题。传统的铬污染修复技术成本高,需要打扰土壤结构,只能小面积污染治理。而利用植物对铬的特殊吸收富集能力进行铬污染治理的植物修复技术成本低,对环境扰动少,能大面积推广,具有广泛的应用前景。但目前可应用的重金属超富集植物较少,特别是铬超富集植物几乎没有,极大限制了植物修复技术的应用和铬污染土壤的修复。有鉴于此,本研究针对我国制革行业导致土壤铬污染日趋严重的现实,选择温州某制革区为调查对象,对该制革区土壤和植物进行调查采样,测定不同植物的铬含量,筛选出适合制革区生长的铬富集植物;同时进行土培铬胁迫试验,研究不同铬胁迫条件下不同植物对铬的吸收富集能力的差异,进一步筛选出可用于南方制革区应用的良好的铬富集植物,为利用铬富集植物进行土壤铬污染生态修复提供科学依据。主要研究结果如下:通过研究浙江温州某制革区土壤与植物重金属含量特征及其与土壤污染之间的关系,初步确定修复土壤铬污染的可用植物种质资源。通过采集的土壤的重金属含量测定结果表明,土壤中Cr含量远远超过污染警戒值,是土壤环境二级标准的520倍,说明该地区土壤已经受到较严重的Cr污染,Cu、Pb、Zn含量均在标准以内,未造成相应的污染;查共记录25种高等植物,分属13科。主要优势物种有:狗牙根、灰绿藜、藿香蓟、牛蘩缕、牛筋草、蔊菜、反枝苋和四季竹。狗牙根、灰绿藜、牛筋草、蔊菜和反枝苋宜作为Cr污染土壤生态修复的先锋植物。污染区Cr耐性植物地上部分的Cr含量110.26774.05mg·kg-1,平均为280.95 mg·kg-1,根部为774.052334.56 mg·kg-1,平均为1229.75 mg·kg-1。狗牙根积累的Cr含量最高,地上部分与根分别为774.05 mg·kg-1、2334.56 mg·kg-1,可考虑作为建群种出现,但尚未达到Cr超积累植物的临界含量(1000 mg·kg-1)标准,禾本科的四季竹和龙柏长势稳定,且积累一定量的Cr,考虑与上述植物的组合栽种。根据相关性分析得出,植物地上部分和根部的重金属含量与土壤呈弱相关性。回归分析表明,植物体中Cr地上部分与根的富集系数呈显著正相关,地上部分富集系数越大,根的富集能力越高。通过土培Cr胁迫试验,土壤中重金属Cr含量的增加在一定程度上抑制微生物的生长,最终导致土壤中的细菌、放线菌和真菌数量的减少,同时揭示土壤中铬含量的增加抑制土壤脲酶和过氧化氢酶活性,铬含量与土壤脲酶活性达极显著负相关(r=-0.862),与过氧化氢酶活性达显著负相关(r=-0.650),表明这两种酶的活性在一定程度上可表征土壤受三价铬的污染程度;16种试供植物中,未发现铬超富集植物,但发现柏木和女贞理想的Cr富集植物,他们都是常绿乔木,生长较快,分布广,对土壤和气候要求不高,且地上部积累的Cr含量最高,地上部分的Cr含量分别为233.81 mg·kg-1、227.06 mg·kg-1,地上部平均富集系数及转运系数均较高,侧柏与樟树为较理想的修复土壤Cr污染的植物种质,他们都是常绿乔木,生长速度中等,分布广,对土壤和气候要求不高,且地上部积累的Cr含量、平均富集系数及转运系数均较高,四季竹为可考虑的潜力植物,视实际情况的不同可考虑不同方式的组合栽种。
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全文目录
摘要 5-7 Abstract 7-12 插图索引 12-13 附表索引 13-14 第1章 绪论 14-31 1.1 土壤重金属污染现状 14-15 1.1.1 全球重金属污染现状 14 1.1.2 国内重金属污染现状 14-15 1.2 土壤重金属污染特点 15-16 1.3 土壤中重金属污染物来源 16 1.3.1 大气沉降 16 1.3.2 污水灌溉 16 1.3.3 污泥施肥 16 1.3.4 化肥、农药以及塑料薄膜的使用 16 1.4 土壤重金属污染的危害 16-18 1.4.1 导致严重的经济损失 16-17 1.4.2 导致农产品污染超标、品质不断下降 17 1.4.3 对人类健康的危害 17 1.4.4 导致大气环境的次生污染问题 17-18 1.5 土壤重金属的环境化学行为 18-19 1.5.1 铬的环境化学行为 18 1.5.2 铜的环境化学行为 18-19 1.5.3 锌的环境化学行为 19 1.5.4 铅的环境化学行为 19 1.6 污染土壤的修复技术 19-24 1.6.1 物理修复技术 19-21 1.6.2 化学修复技术 21-22 1.6.3 微生物修复技术 22-23 1.6.4 植物修复技术 23-24 1.7 铬富集植物的筛选 24-27 1.7.1 植物种质的筛选 24-25 1.7.2 超富集植物(Hyperaccumulator) 25-26 1.7.3 富集植物 26-27 1.8 植物修复重金属污染土壤的机理研究 27-30 1.8.1 重金属离子的活化与吸收 28-29 1.8.2 重金属离子的转移与运输 29 1.8.3 重金属离子的螯合与区室化 29 1.8.4 重金属离子的转化与植物抗氧化系统的防御作用 29-30 1.9 本研究的主要内容 30-31 第2章 温州某制革区植物调查及Cr 耐性植物的筛选 31-45 2.1 铬污染地区基本环境情况 31-32 2.2 实验方案设计 32 2.2.1 实验目的 32 2.2.2 实验方案 32 2.3 实验材料与方法 32-36 2.3.1 样品采集 32-33 2.3.2 样品前处理 33 2.3.3 样品分析方法 33-36 2.4 结果与分析 36-43 2.4.1 铬污染地区土壤重金属含量 36-37 2.4.2 铬污染调查区域物种分布 37 2.4.3 铬耐性植物的重金属含量 37-38 2.4.4 铬耐性植物的富集特征 38-42 2.4.5 铬耐性植物的聚类分析 42-43 2.5 结论与讨论 43-45 第3章 土培条件下铬耐性植物的筛选研究 45-66 3.1 试验方案设计 45 3.1.1 实验目的 45 3.1.2 实验方案设计 45 3.2 实验材料与方法 45-49 3.2.1 实验大棚的建立 45-46 3.2.2 试供材料 46 3.2.3 土培试验设计与实施 46 3.2.4 样品采集与前处理 46 3.2.5 植物样品分析方法 46-47 3.2.6 土壤样品分析方法 47-49 3.3 结果与分析 49-65 3.3.1 土壤的基本理化分析 49 3.3.2 土壤中的重金属含量 49-50 3.3.3 Cr 胁迫对土壤微生物数量的影响 50-51 3.3.4 Cr 胁迫对土壤酶活性的影响 51-54 3.3.5 土培条件下植物对土壤Cr 的生长反应 54-57 3.3.6 土培Cr 胁迫条件下Cr 耐性植物的筛选 57-62 3.3.7 Cr 耐植物的富集特征 62-65 3.4 结论与讨论 65-66 结论 66-68 参考文献 68-76 致谢 76-77 附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录 77
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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境污染及其防治 > 土壤污染及其防治
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