镉污染土壤的植物修复及其EDTA调控研究：Ⅱ．EDTA对镉的形态及其生物毒性的影响

本通过温室盆栽试验研究了10－200mg/kg共20个浓度梯度的Cd处理下，EDTA加入土壤后对Cd的形态及其生物毒性的影响，在获前一周加入EDTA，收获后测定植物根和地上部的生物量，以及H2O、NH4NO3和EDTA3种提取剂提取的Cd浓度。结果表明，EDTA加入土壤一周后，土壤水溶态Cd增加了400倍以上，交换态Cd增加了40倍以上，印度芥菜根和地上部的生长都受到抑制。可能的原因是EDTA增加了土壤中镉的移动性，提高了Cd对植物的毒性。     

镉污染土壤植物修复的EDTA调控机理

我们通过温室盆栽试验 ,在不同Cd处理的土壤中加入EDTA ,分析了印度芥菜根和地上部Cd的浓度 ,探讨EDTA进入土壤后对Cd吸收和运输的影响。结果表明 :加入EDTA ,水提取的Cd浓度增加了 40 0倍以上 ,NH4 NO3提取的Cd浓度增加了 40倍以上 ,在土壤Cd浓度较低时 ,EDTA对植物吸收Cd没有显著影响 ,当土壤添加Cd在 1 3 0mgkg- 1以上时 ,加入EDTA显著增加了地上部Cd的浓度。EDTA能增加印度芥菜地上部中Cd的浓度 ,不是由于土壤溶液中Cd浓度增加从而增加了印度芥菜根对Cd的吸收 ,可能是EDTA加入土壤后增加了这些元素在土壤溶液中的浓度 ,从而高浓度的Cd对植物根细胞产生毒害 ,增加了细胞膜的透性后 ,土壤溶液中的络合物得以进入根细胞并随蒸腾作用运输到地上部。     

螯合剂强化棉花对镉污染土壤修复的初步研究

采用土壤盆栽试验研究了4种有机螯合剂柠檬酸(CA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二醇双四乙酸(EGTA)和乙二胺二琥珀酸(EDDS)在不同添加量(0,2.5,5,7.5mmol/kg)时对棉花修复镉(Cd)污染土壤的影响。结果表明,添加螯合剂显著提高了土壤水溶态Cd的含量,添加EDTA、EGTA、EDDS 3种螯合剂,使水溶态Cd含量分别提高了46.5~92.2,52.0~101.1,16.7~84.1倍,其中EGTA增加的幅度最大。棉花生长受有机螯合剂种类和添加量的影响,EDDS和EDTA在高添加量(7.5mmol/kg)时对棉花产生较大的毒害作用,但在培养期内添加螯合剂对植株生物量无显著影响。使用螯合剂显著促进棉花植株Cd含量和地上部分的积累量,其中以EGTA处理效果最佳,地上部Cd含量为对照(CK)的4.01~5.20倍。从地上部Cd积累量和转运系数来看,4种螯合剂EGTA效果最好,CA效果最差。依据研究结果,棉花可作为土壤Cd污染修复植物使用,在植株收获前7d左右添加EGTA螯合剂可有效提高棉花对Cd污染土壤的修复效率。     

间作条件下螯合剂对龙葵和大叶井口边草吸收重金属的影响

用室内土培试验方法,在采自田间的Pb、Cd和As复合污染土壤中单作或间作龙葵和大叶井口边草条件下,筛选出修复Pb-Cd-As复合污染土壤较好的种植方式为间作。进一步在间作方式下,研究了外源添加不同浓度EDDS（乙二胺二琥珀酸）、NTA（氨三乙酸）和EDTA（乙二胺四乙酸）对植物吸收Pb、Cd和As的影响。结果表明,间作显著促进了龙葵地上部对Cd的吸收量和大叶井口边草地上部对As的吸收量,间作龙葵地上部吸收Cd和大叶井口边草地上部吸收As含量分别是单作龙葵和大叶井口边草的1.3倍和1.4倍,说明间作龙葵和大叶井口边草比单作更有利于修复Pb-Cd-As复合污染土壤。间作条件下,大叶井口边草对螯合剂的耐性比龙葵更强。3、6、12mmol.kg-1EDTA能极显著增加土壤中Pb、Cd有效态含量,从而促进龙葵地上部对Pb吸收和大叶井口边草地上部对Pb、Cd吸收。EDTA比NTA具有更强的提高土壤Pb、Cd有效态的能力,但对土壤As有效态促进作用与EDTA相比,NTA效果极显著,1.5、3mmol.kg-1NTA处理极显著提高土壤As有效态含量及促进龙葵和大叶井口边草地上部对As吸收。     

EDTA与GA_3强化黑麦草修复Cd污染土壤及其解毒机制

采用盆栽土培方法研究生长调节剂GA3和重金属螯合剂EDTA强化黑麦草修复Cd外源浓度分别为50mg/kg和100mg/kg的污染土壤以及黑麦草对Cd的解毒机制。结果表明:EDTA单独作用可提高黑麦草体内Cd含量和Cd在细胞可溶组分和细胞器组分中的比例,以及Cd在地上部分的移动性,Cd对植物的毒害作用也随之增强,导致植物生物量大大降低(P0.05)。叶面喷洒GA3可促进黑麦草的生长和对Cd的富集,其中10μmol/L GA3效果最显著。GA3可促进细胞壁对Cd的沉积作用,降低Cd在地上部分的移动性,从而增强植物对重金属的耐性。GA3和EDTA的联合使用表明GA3和EDTA可协同促进黑麦草对Cd的提取和富集,10μmol/L GA3+EDTA联合作用效果最佳,GA3可在一定程度上缓解EDTA和Cd对植物的伤害。因此,10μmol/L GA3+EDTA处理对强化黑麦草修复Cd污染土壤效果最显著,可作为实际植物修复的强化措施。     

重金属污染土壤的植物修复研究Ⅲ.金属富集植物Brassica juncea对锌镉的吸收和积累

采用温室盆栽试验研究了印度芥菜对土壤中锌镉污染的忍耐、积累能力 ,以检验这种植物修复Zn、Cd污染土壤的可能性及其潜力。在加入Zn 5 0 0和 1 0 0 0mgkg- 1 的土壤中 ,印度芥菜生长 66天后 ,叶片中积累Zn的平均浓度分别达 2 80和 662mgkg- 1 ,地上部带走的Zn分别为每盆 2 1 95和 341 2 μg。在加入Cd 2 0 0mgkg- 1 的土壤中生长的印度芥菜 ,叶片中积累Cd浓度为 1 61mgkg- 1 ,地上部带走的Cd为每盆 381 μg。和普通植物相比 ,印度芥菜更能将Zn和Cd从根运输到地上部。Zn 5 0 0mgkg- 1 处理的土壤在种植印度芥菜后其NH4NO3提取的Zn显著高于不种植物的处理 ;土壤添加Cd 2 0 0mgkg- 1 的处理NH4NO3提取的Cd也显著高于不种植物的处理 ,可能的原因是植物根分泌出特殊的分泌物 ,专一性地螯合溶解根系附近的难溶态Zn和Cd,从而提高土壤溶液中的浓度。印度芥菜对Zn、Cd有较强的忍耐和富集能力 ,是Zn、Cd污染土壤修复有潜力的植物。     

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。     

EDTA和柠檬酸对污染土壤中重金属的解吸动力学及其形态的影响

利用批处理振荡解吸平衡法研究了0.05 mol/L的乙二胺四乙酸钠(EDTA)和柠檬酸对污染土壤中Cd,Pb,Cu,Zn的解吸动力学特征,并采用优化的BIER(European Community Bureau of Reference)连续提取法分析了EDTA和柠檬酸处理前后土壤中重金属形态和生物有效性的变化.结果表明,污染土壤中重金属Cd,Pb,Cu,Zn的解吸率随着解吸时间的延长而不断增加,但解吸速率随解吸时间的延长而不断降低.EDTA对Pb,Cu的解吸能力显著大于柠檬酸,柠檬酸对Zn的解吸能力显著大于EDTA,柠檬酸和EDTA对Cd的解吸能力相差不大.EDTA和柠檬酸对4种重金属解吸能力的顺序分别为:Pb＞Cd＞Zn＞Cu和CA＞Zn＞Pb＞Cu.双常数方程是描述污染土壤中Cd,Pb,Cu,Zn解吸动力学过程的最佳方程.EDTA去除的重金属主要以酸提取态和可还原态存在,柠檬酸去除的重金属主要以酸提取态存在.EDTA和柠檬酸处理后.污染土壤中Cd,Pb,Cu,Zn的生物有效性降低.     

铜污染土壤修复的有机调控研究Ⅲ.EDTA和低分子量有机酸的效应

通过盆栽试验研究了EDTA和低分子量有机酸对土壤溶液性质、土壤铜形态变化和印度芥菜生长及铜吸收的影响。结果表明 ,施用pH6.3的EDTA溶液 ( 3mmolkg- 1 )显著地增加了土壤溶液铜 ,特别是难解离态铜的含量 ,其消长规律与土壤溶液TOC的变化相一致 ,也显著地增加土壤NH4NO3提取态和NH4OAc提取态铜量 ,但对芥菜生长没有显著影响。EDTA的加入显著地增加芥菜各组织铜浓度和铜吸收量 ,从而增加了芥菜的铜总吸收量 ,提高了植物修复效率。施用 3mmolkg- 1 pH6.3的草酸、柠檬酸或苹果酸对土壤铜含量及其形态分配和芥菜生长及铜吸收均无明显影响     

EDTA对铅污染土壤上芥菜生长及铅积累特性的影响

采用盆栽实验研究了EDTA对Pb污染土壤上芥菜生长及Pb积累特性的影响。结果表明,单独Pb处理对芥菜生物量没有明显的影响,但高Pb处理(2000mg kg-1 Pb)芥菜地上部含水量显著降低;Pb处理芥菜体内Pb含量随土壤Pb浓度的增加而明显增加,根系Pb含量高于地上部Pb含量;3mmol kg-1 EDTA处理能促进土壤Pb溶解,增加土壤有效Pb含量,影响芥菜的正常生长,芥菜地上部生物量下降,高Pb浓度处理比低Pb浓度处理更明显;EDTA处理14天芥菜地上部和根系Pb积累量都比不加EDTA的对照明显增加,地上部Pb总量增加到对照的13.1～80倍;EDTA处理芥菜地上部与根系Pb含量的比值上升,表明EDTA处理促进Pb向地上部运输,这种促进作用因土壤Pb浓度的不同而略有差异。     

印度芥菜对土壤中难溶态镉、铅的吸收差异

通过根际袋法土培盆栽试验，研究了印度芥菜对石灰性土壤中难熔态Cd,Pb的吸收差异。试验结果表明，印度芥菜能吸收石灰性土壤中的难溶态Cd,Pb并对其有较高的忍耐性。印度芥菜吸收的Cd70%以上累只在地上部而吸收的Pb83%以以累积在根系；印度芥菜根际土壤中的DTPA提取态Cd显著高于非根际土壤，但根际与非根际土壤中的DTPA提取的Pb含量差异不显著。本试验条件下，印度芥菜对土壤Cd的净化率为0．83％－1．25％，对土壤Pb的净化率则只有0.04%-0.07%。     

EDTA对土壤渗滤液中TOC和重金属动态变化的影响

通过盆栽试验研究了EDTA对土壤渗滤液中总有机碳(TOC)和重金属动态变化的影响.结果表明,施用EDTA极显著地增加了土壤渗滤液中TOC含量,土壤渗滤液中TOC含量随淋洗量呈指数曲线下降.在加入EDTA 48天后,土壤渗滤液中TOC含量仍然高于对照处理.施用EDTA大幅度地增加了土壤渗滤液中Cd、Ni的浓度,其浓度在1个月内迅速下降,以后趋于稳定.用EDTA强化重金属污染土壤的修复存在淋溶迁移的环境风险.防止因EDTA施用而引起地下水污染的关键时期在EDTA施入后的2周内.     

铅锌矿区分离丛枝菌根真菌对万寿菊生长与吸镉的影响

盆栽试验研究了土壤不同施Cd水平(0、20、50 mg kg-1)下,接种矿区污染土壤中丛枝菌根真菌对万寿菊根系侵染率、植株生物量及Cd吸收与分配的影响。结果表明:接种丛枝菌根真菌显著提高了Cd胁迫下万寿菊的根系侵染率和植株生物量;随着施Cd水平提高,各处理植株Cd浓度和Cd吸收量显著增加。各施Cd水平下万寿菊地上部Cd吸收量远远高于根系Cd吸收量,尤其在20 mg kg-1施Cd水平下,接种处理地上部Cd吸收量是根系的3.90倍,对照处理地上部Cd吸收量是根系的2.33倍;同一施Cd水平下接种处理地上部Cd吸收量要显著高于对照。总体上,试验条件下污染土壤中分离的丛枝菌根真菌促进了万寿菊对土壤中Cd的吸收,并增加了Cd向地上部分的运转,表现出植物提取的应用潜力。     

不同惰性有机碳物料对土壤镉赋存形态和生物有效性的影响

通过温室盆栽试验和土壤培养试验,研究镉污染土壤和模拟镉污染土壤中加入草炭、活性碳和风化煤3种物料对土壤镉赋存形态和生物有效性的影响,探讨其作为重金属镉污染土壤修复剂的可行性。研究结果表明：3种有机碳物料均降低了土壤pH值,镉污染土壤加入不同惰性有机碳修复剂后,土壤中醋酸铵提取态Cd含量和DTPA提取态Cd含量变化不明显。在模拟Cd污染土壤上则不同,加入不同惰性有机碳修复剂后土壤中醋酸铵提取态Cd含量和DTPA提取态Cd含量均明显降低,降低幅度以风化煤最高,且随加入时间延长降低幅度增加。土壤中加入风化煤和草炭可显著增加土壤中轻组有机质含量,风化煤对土壤中镉有较强富集作用。两种土壤镉赋存形态均为酸提取态〉可还原态〉可氧化态,镉污染土壤加入有机物料后酸提取态镉含量无显著性变化,可还原态镉草炭和活性碳处理显著降低,草炭处理可氧化态镉也显著降低,模拟镉污染土壤加入有机物料后,酸提取态镉风化煤处理显著性降低,可还原态镉活性碳处理显著提高,可氧化态镉无显著性变化。在镉污染土壤上,3种有机碳物料对玉米生长没有显著影响,但增加了玉米体内镉含量;风化煤处理显著降低了白菜生物量,增加了白菜体内镉含量。模拟镉污染土壤上3种有机碳物料对白菜和玉米的生长和体内镉含量均没有显著影响。     

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。     

里氏木霉FS10-C对伴矿景天吸取修复镉污染土壤的强化作用

为提高伴矿景天对Cd污染土壤的修复效果,通过盆栽模拟试验,研究了木霉(Trichoderma)对伴矿景天生和Cd修复效率的影响.结果表明:Cd的加入抑制了伴矿景天的生长;伴矿景天在Cd含量为5 mg/kg模拟污染土壤中对Cd提取效率最高.在不同Cd污染水平下,里氏木霉(T.reesei)FS10-C使伴矿景天地上部干重比对照组增加了17.1％ ～42.5％,显著提高伴矿景天地上部对Cd的积累;在15 mg/kg Cd处理下,里氏木霉FS10-C处理组植物地上部Cd积累量高于对照组46.2％但对于土壤中NH4OAc提取态Cd含量影响不显著.说明里氏木霉FS10-C能提高伴矿景天对Cd的抗性,增加其生物量,从提高其修复效率.因此,里氏木霉FS10-C具有强化伴矿景天修复Cd污染土壤的应用潜力.     

微生物对土壤Cd Pb和Zn生物有效性的影响研究

采用土壤盆栽模拟试验方法,研究了接种不同微生物对重金属富集植物——印度芥菜修复土壤中Cd、Pb、Zn的作用效果。结果表明,接入菌株JA27、JC55、JC40不仅显著促进植物的生长,提高印度芥菜的生物量,降低了土壤pH,并且对土壤Cd、Pb、Zn产生活化作用,使土壤Cd、Pb、Zn有效态含量显著增加,增强印度芥菜对土壤Cd、Pb、Zn吸收量,显著提高了富集植物的修复效果。以上3个处理使印度芥菜地上部Cd、Pb、Zn吸收量分别提高了117%～137%、37%～62%、9%～15.1%。接种JB37对土壤Cd、Pb、Zn产生钝化作用,并且抑制印度芥菜对土壤Cd、Pb、Zn的吸收。JB37处理印度芥菜地上部Pb、Zn吸收量分别降低了72.5%、27%,对Cd吸收量无显著影响。     

油葵和苦荬菜根际土壤中镉和锌的活化机制及修复潜力比较

  目的  研究油葵和苦荬菜根际土壤固、液相对镉（Cd）和锌（Zn）的活化机制,比较两种植物在轻、中度复合污染农田的修复潜力。  方法  通过大田试验种油葵和苦荬菜,测定成熟期土壤的pH值、有机酸、重金属总量及其生物有效性;测定土壤溶液中的溶解性有机质（DOM）、主要离子、水溶态重金属及其形态分布;测定植物各部位中重金属的浓度及形态,通过计算重金属在植物中的富集系数（BCF）和转运系数（TF）,比较两种植物对土壤重金属污染的修复潜力。  结果  油葵和苦荬菜根系分泌的低分子有机酸均使根际土壤pH值下降明显,显著低于非根际土壤（P < 0.05）;苦荬菜根际土中低分子有机酸及DOM的浓度显著高于油葵根际土（P < 0.05）。两种植物根际土壤溶液中的Cd以离子态和DOM结合态为主,Zn以离子态为主;两种植物根际土壤中有效态的Cd差异不显著,油葵根际有效态Zn显著高于苦荬菜;两种植物根际土壤的Zn和Cd有效态与土壤溶液中Cd-DOM和Zn-DOM呈显著相关。苦荬菜根对重金属的富集能力较强,但油葵地上部分能吸收转运更多的Cd和Zn,并在叶中以毒性较低的不溶性磷酸盐结合态和草酸结合态富集。  结论  两种植物根际分泌的有机酸可以增加根际土壤中的Cd-DOM和Zn-DOM的浓度,提高土壤中的Cd和Zn的有效性,苦荬菜根际对重金属有较强的活化能力,但油葵地上部分对Cd和Zn的吸收转运能力更强。两种植物都具有较强的土壤重金属修复潜力,但从经济角度出发,油葵更适合现阶段我国农田重金属污染的修复。     

不同土壤中镉对大麦和多年生黑麦草毒性阈值的研究

根据不同终点、不同农田土壤的植物毒性测试可为基于生态毒理效应的土壤镉(Cd)环境质量标准值的修订提供基础数据。以大麦和黑麦草为供试植物,研究了中国14种不同农田土壤,添加多水平外源Cd对大麦根的相对伸长量和黑麦草的发芽率、地上部生物量的影响,并结合Log-Logistic分布函数模型确定不同土壤中大麦和黑麦草Cd毒性的剂量-效应关系和毒性阈值(EC50、EC10),也测定了黑麦草地上部的Cd含量。结果表明,外源Cd含量在0～200 mg/kg时,大麦根长随土壤Cd含量的增加显著降低,EC50值为7.8～61.7 mg/kg,EC10值为0.2～5.4 mg/kg,均与土壤pH显著正相关。外源Cd含量在0～500 mg/kg时,黑麦草地上部生物量随土壤中Cd含量的增加呈先上升(5 mg/kg)后下降(≥25 mg/kg)趋势,EC50值为29.7～499.7 mg/kg,EC10值为4.4～200.0 mg/kg,二者与土壤性质均无显著相关性。与对照相比,外源Cd含量为5～25 mg/kg时,外源添加Cd对黑麦草种子发芽有促进作用,当外源Cd含量为500mg/kg时,仅有5种土壤中种子发芽率明显下降。黑麦草地上部Cd含量随着外源Cd含量(0～100mg/kg)的增加而显著升高。黑麦草地上部对土壤Cd的富集程度与土壤pH极显著负相关。黑麦草具有作为草坪草中Cd污染修复植物的潜力。大麦对土壤Cd污染胁迫比黑麦草更为敏感,总体上,pH是影响土壤Cd植物毒性的重要因素。     

硫磺对土壤Cd、Pb有效性的影响

采用盆栽试验,以无硫磺处理为对照,研究不同硫磺处理对土壤pH值、有效态Cd和Pb含量,以及对小油菜生物量、植株Cd和Pb含量的影响。结果表明,施用硫磺以后,土壤pH值在30d内明显降低,同时土壤有效态Cd、Pb含量显著升高。随着硫磺施用量的增加,土壤有效态Cd含量升高,不同处理之间差异达5%显著水平。30d时,160mmol/kg硫磺处理土壤有效态Cd含量为0.863mg/kg,比对照增加了1.98倍。小油菜干物质量随硫磺施用量的增加而增加,同时植株Cd含量也显著升高,植株地上部Cd含量最高可达491.35mg/kg,是同时期对照处理的1.64倍。植株吸收的Pb主要分布在地下部,说明试验中种植小油菜未能达到净化Pb污染土壤的目的。总之,施用硫磺具有强化小油菜对Cd的吸收,增强小油菜提取污染土壤Cd效率的功能。