低分子量有机酸强化烟草修复镉污染土壤的适用性研究

采用盆栽试验,以0.125mmol/kg EDTA为对照,研究3种低分子量有机酸(酒石酸、柠檬酸和草酸)在强化烟草修复镉污染土壤中应用的可行性。3种低分子量有机酸(LMWOA)均可显著降低土壤pH,提高镉的有效含量,酒石酸和草酸对镉在烟草中转运有抑制作用,柠檬酸在酸性土壤中促进镉在烟草中转运,在中性土壤中则起抑制作用。31.25mmol/kg LMWOA对烟草地上部的生长有一定的促进作用,该浓度的柠檬酸和草酸使酸性土壤中烟草地上部镉累积量分别提高42.95%和28.67%,柠檬酸还使中性土壤中烟草地上部镉的累积量提高40.91%,所有酒石酸处理镉在烟草地上部的累积量均降低,EDTA使酸性土壤中烟草地上部镉的累积量提高24.56%,对中性土壤中烟草地上部镉累积量的影响不显著。表明柠檬酸和草酸具有强化烟草地上部对镉的吸收、提高烟草提取土壤镉效率的作用,但要获得与EDTA相当的效果,需大大提高其用量,这必然导致修复成本大大提高,故不宜用于强化烟草修复镉污染土壤。     

外源有机酸对美人蕉耐性和Cr吸收、迁移的影响

采用营养液培养试验,研究外源有机酸(柠檬酸、草酸和酒石酸)对Cr污染水体中美人蕉(Canna indicaL.)的耐性、对Cr的吸收和迁移能力的影响。结果表明,各有机酸均不同程度地增强了美人蕉的耐性,促进Cr吸收和向地上部迁移。不同有机酸和同种有机酸不同浓度(4,8,16 mmol/L)的影响效果不尽相同。就耐性特征而言,16 mmol/L的草酸能够明显提高美人蕉生物量和促进根系生长,其影响效果要大于柠檬酸和酒石酸;就Cr吸收和迁移特性而言,影响大小为柠檬酸>酒石酸>草酸,尤以16 mmol/L的柠檬酸效果最为显著,而酒石酸和草酸分别在8 mmol/L,16 mmol/L时最利于Cr的吸收和迁移。因此,在本试验条件下16 mmol/L的柠檬酸较适合Cr污染水体的植物修复。     

有机酸淋洗对土壤Cd纵向迁移及有效性的影响

针对保定市污灌区土壤重金属污染现状,采用土柱模拟淋洗试验,以自然Cd污染土壤为对象,研究了EDTA、柠檬酸、草酸3种淋洗剂对污染土壤中镉纵向迁移的影响,以及有效态镉在表层污染土壤中(0-20cm)的变化规律。结果表明:淋洗后表层污染土壤中Cd含量均随着有机酸添加量的增加而降低,随着EDTA添加量增加各处理较对照分别降低了4.72%,8.96%,19.38%,30.46%;不同柠檬酸添加量处理较对照分别降低了0.42%,1.14%,16.9%,27.9%;不同草酸处理较对照分别降低了4.23%,5.70%,14.01%,17.75%。随着有机酸添加量的增加,底层全镉(20-50cm)迁移深度增加,最大迁移深度可达到40cm,含量随着深度的增加而减少,3种有机酸对污染土壤镉迁移能力顺序为EDTA>柠檬酸>草酸。除低柠檬酸添加量处理下(<75kg/667m2)表层污染土壤有效镉含量较对照略有降低外,土壤有效态镉的含量均随着各有机酸添加量的增加而增加,且两者之间呈显著的线性正相关。     

3种有机酸对伴矿景天修复效率及土壤微生物数量的影响

伴矿景天(Sedumplumbizincicola)是一种Cd和Zn的超积累植物,常用于Cd污染土壤的植物修复。有机酸能够提高土壤重金属的有效性,促进植物对重金属的积累,对重金属污染土壤的植物修复效率具有强化作用,并对土壤微生物数量有重要影响。以河潮土和红黄泥为供试土壤,探讨了乙二胺四乙酸(EDTA)、柠檬酸、草酸对伴矿景天修复效率和土壤微生物数量的影响。结果表明,有机酸能显著提高土壤有效态Cd含量,柠檬酸处理的效果最好,河潮土和红黄泥中有效态Cd含量较单种伴矿景天分别增加72.73%,12.99%(P<0.05);伴矿景天地上部Cd含量在河潮土和红黄泥中以EDTA处理最高,在河潮土和红黄泥中分别比单种伴矿景天增加99.24%和33.32%;与单种伴矿景天相比,添加有机酸处理河潮土和红黄泥中伴矿景天修复效率显著提高。添加有机酸比单种伴矿景天显著增加土壤中微生物数量,其中柠檬酸处理河潮土中细菌和真菌数量分别增加34.38%和68.42%(P<0.05),草酸处理红黄泥中放线菌数量增加150.00%。研究结果可为重金属污染土壤的植物强化修复提供理论支撑。     

有机酸对活化土壤中镉和小麦吸收镉的影响

向土壤中加入外源有机酸,研究有机酸对活化土壤中镉的作用和小麦吸收镉的影响。结果表明：有机酸对土壤中镉有一定的活化能力,对镉活化能力强弱顺序为ＥＤＴＡ〉缺铁小麦根分泌物〉柠檬酸〉苹果酸〉水。但ＥＤＴＡ却降低了小麦地上部镉的含量,缺铁小麦根分泌物明显增加了小麦地上部镉含量。与对照相比,柠檬酸和苹果酸对小麦地上部的镉含量有一定的促进作用,也增加了小麦地上部镉含量。     

添加有机酸对土壤镉形态转化及苋菜镉积累的影响

植物根系分泌的低分子量有机酸能够与土壤中的镉形成镉–有机酸复合体,从而影响根际镉的移动性。本文通过添加有机酸对土壤镉形态转化的研究,阐明有机酸与镉生物积累的关系。采用盆栽试验及土壤培养等方法,研究了添加苹果酸、柠檬酸对赤红壤和黄棕壤中镉的形态转化以及超积累型苋菜天星米镉生物积累的影响。结果表明,与Cd 25 mg/kg处理比较,Cd 25 mg/kg＋苹果酸、Cd 25mg/kg＋柠檬酸处理对苋菜生物量未产生影响,但显著增加苋菜根系及地上部镉含量;添加苹果酸、柠檬酸处理显著降低土壤专性吸附态Cd含量,却显著增加了交换态Cd、碳酸盐结合态Cd和有机结合态Cd含量。说明添加苹果酸、柠檬酸还能够通过影响土壤镉形态转化而促进苋菜对镉的积累。     

柠檬酸对鱼腥草吸收累积铅锌矿区土壤中重金属的影响

采用矿区实地田间试验,通过外源添加柠檬酸(1mmol/kg,3mmol/kg,6mmol/kg和9mmol/kg)处理,研究鱼腥草对重金属复合污染土壤Pb、Zn、Cd、Cr和Cu 5种重金属元素的吸收累积特性,并确定最佳的柠檬酸调控浓度。结果表明,柠檬酸添加浓度为1mmol/kg时能显著促进鱼腥草生物量的提高,比对照增产11.64%,其他处理浓度的柠檬酸对鱼腥草生物量有抑制作用,但不显著;柠檬酸处理能显著提高鱼腥草对Pb、Zn、Cd和Cr这4种重金属元素的吸收累积能力,对Pb和Zn吸收累积能力大于Cd和Cr,对Cu的吸收累积无明显促进作用。但当柠檬酸添加浓度为1mmol/kg时每667m2鱼腥草提取Pb、Zn、Cr和Cu的量分别比对照增加了35.16%,34.39%,59.00%和18.93%,对Cd无明显促进作用。鱼腥草在矿区重金属复合污染土壤上能正常生长,并对多种重金属胁迫具有一定的耐受能力和吸收累积能力,可用于矿区重金属复合污染土壤的植物修复。     

控制灌溉模式对稻田土壤-植物系统镉和铬累积的影响

为了揭示不同灌溉模式Cd、Cr灌溉输入量差异及对Cd、Cr在稻田土植系统总累积的影响,基于田间试验开展了不同灌溉模式稻田土-植系统Cd、Cr含量观测。结果表明,控制灌溉与淹水灌溉相比在水稻全生育期可分别减少Cd、Cr灌溉输入量60.8%和59.8%。灌溉模式的改变显著影响了重金属Cd、Cr在植株地上部分的累积。与淹水灌溉相比,控制灌溉植株地上部分Cd、Cr累积量分别增加了29.5%和5.4%。植株吸收的Cd、Cr大部分储存在根部,只有少量向地上部分迁移,控灌植株根部Cd、Cr吸收富集系数大于淹灌处理。控制灌溉增强了Cd、Cr向水稻植株的迁移能力,以及Cd、Cr向地上部分迁移。因此控制灌溉减少了稻田重金属Cd、Cr的输入风险和土壤累积风险,但会导致水稻植株吸收Cd的增加,需要有针对性地进一步开展相关修复和防治研究。     

小飞蓬对Cd的吸收特性及其EDTA效应研究

采用水培试验方法,研究了生长在赣南钨矿区尾矿上的优势植物小飞蓬(Conyza CanadensisL.)对Cd的吸收特性及EDTA对其吸收和转运Cd的影响。结果表明,在中低Cd浓度处理下小飞蓬保持良好长势,并能将更多重金属积累在地上部。小飞蓬地上部和根系的Cd含量随营养液Cd浓度的增加而增加,在Cd浓度为75μmol/L时,植物地上部Cd吸收总量达到最高,为118.87 mg。综合分析小飞蓬的生长、生理及吸收Cd的能力,在低浓度Cd污染的赣南钨矿区,选取小飞蓬作为Cd的富集植物进行修复具有良好的应用前景。EDTA的加入增加了小飞蓬体内的Cd含量,但植物的生物量受到了影响。     

耐受性植物油葵和棉花对镉的富集特征研究

耐受性植物可以作为重金属污染土壤修复的理想植物,探明其富集规律更是阐明其土壤修复机理和修复技术关键。采用潮褐土盆栽法,外源添加镉为1,5,15,30mg/kg,研究油葵和棉花对镉的耐受性和富集特征、吸镉量及其籽实镉含量的安全性。结果表明:(1)随外源添加镉量增加,油葵和棉花的耐受指数呈下降趋势。(2)Cd≤5mg/kg,对于油葵的干重产生促进作用,Cd≥15mg/kg,对油葵的干重产生抑制作用,外源添加镉对棉花的干重产生抑制作用。(3)油葵地上部最大吸镉量为每株601.95μg,棉花地上部最大吸镉量为每株74.83μg。(4)油葵和棉花的转运系数随外源添加镉呈现先升高后降低的趋势;在镉低浓度时,2种植物的富集系数大于1。(5)为保证油葵和棉花籽实符合食品国家安全标准,种植油葵的土壤中重金属镉的含量应低于1.11mg/kg,种植棉花的土壤中重金属镉的含量应低于3.48mg/kg。研究结果为重金属污染土壤的植物修复技术及阐明其耐受性植物修复机理提供了重要科学依据。