研究揭示黑麦草与印度芥菜间作对复合污染土壤的修复机制

正近日,中国农业科学院农田灌溉研究所非常规水资源安全利用创新团队在植物修复养殖废水灌溉农田造成的土壤重金属-抗生素-抗生素抗性基因复合污染方面取得重要进展,通过田间试验探明了黑麦草和印度芥菜间作模式对土壤复合污染物的去除机制,为植物修复技术应用于复合污染土壤的修复工程实践提供理论依据和技术支持。     

研究揭示黑麦草与印度芥菜间作对复合污染土壤的修复机制

正近日,中国农业科学院农田灌溉研究所非常规水资源安全利用创新团队在植物修复养殖废水灌溉农田造成的土壤重金属-抗生素-抗生素抗性基因复合污染方面取得重要进展,通过田间试验探明了黑麦草和印度芥菜间作模式对土壤复合污染物的去除机制,为植物修复技术应用于复合污染土壤的修复工程实践提供理论依据和技术支持。相关成果在线发表在《全环境科学(Science of the Total Environment)》上。     

络合剂对转基因印度芥菜修复重金属污染土壤的影响

为研究络合剂木醋液(wood vinegar,WV)和EDTA对转基因印度芥菜修复重金属污染土壤的影响,采用田间试验方法,对不同种类的印度芥菜分别浇WV和EDTA,以浇清水为对照,研究重金属在芥菜不同部位的分布。结果表明,与对照相比,EDTA显著提高了Cu、Zn、Cd、Pb的转移系数,而WV未能提高Cu、Zn、Cd、Pb的转移系数;EDTA和WV均能显著提高印度芥菜3个品系对Cu、Zn和Cd的修复效率。     

螯合剂促进印度芥菜修复低汞污染农田土壤

为了提高低汞污染农田土壤的修复效率,在低汞污染农田土壤中分别投加螯合剂硫代硫酸钠、富里酸(投加量均为0.075、0.15、0.225kg/m~2),研究印度芥菜对汞的富集情况,并分析植物生物量和组织内汞含量及土壤总汞、有效汞含量。结果表明,硫代硫酸钠(0.075～0.225kg/m~2)并未抑制印度芥菜生长,且能提高植物中总汞的含量,促进植物根部汞向地上部分转运,促进土壤总汞及有效汞含量的降低;投加富里酸能促进印度芥菜生长,提高植物中总汞的含量,促进土壤总汞及有效汞含量的降低,投加量为0.075～0.15kg/m~2时,促进植物根部汞向地上部分转运。硫代硫酸钠、富里酸投加量均为0.15kg/m~2,修复后,土壤总汞含量均由0.45mg/kg降低到0.35mg/kg,土壤有效汞含量由1.45μg/kg分别降低到0.57、0.63μg/kg。投加螯合剂硫代硫酸钠或富里酸,可作为促进印度芥菜修复低汞污染农田土壤的潜在修复技术。     

黑麦草对多环芳烃污染土壤的修复作用及机制

采用盆栽试验方法,研究了黑麦草(LoliummultiflorumLam)对土壤中菲和芘的修复作用。供试污染土壤中菲和芘的起始浓度分别为0￣456.5和0￣488.7mg·kg-1。结果表明,黑麦草可明显促进土壤中菲和芘的降解。45d后,种植黑麦草的土壤中菲和芘的去除率分别为85.80%￣90.79%和44.32%￣89.21%,均显著高于无植物对照;而残留浓度则比对照约低53.6%和78.3%。修复过程中,尽管黑麦草本身可吸收积累菲和芘,且根和茎叶中菲和芘的含量均随土壤中菲和芘浓度的提高而明显增大,但植物吸收积累并不是黑麦草促进土壤中菲和芘降解的主要原因,其贡献小于0.54%;与微生物对照相比,植物修复效率明显提高,主要是植物促进了土著微生物对土壤中菲和芘的降解作用。     

三种螯合剂对芥菜修复铀镉复合污染土壤的影响

为探讨螯合剂对植物修复的影响,采用模拟土壤铀镉复合污染的盆栽试验,研究3种可降解螯合剂乙二胺二琥珀酸(EDDS)、草酸(OA)和柠檬酸(CA)在不同浓度(0、2.5、5.0、7.5 mmol·kg~(-1))下对芥菜吸收、转运、富集铀和镉的影响。结果表明:芥菜生长受螯合剂种类及浓度的影响,其中EDDS对芥菜有较强的毒害效用,且与浓度呈正效应,而低浓度的(2.5 mmol·kg~(-1))CA、OA均促进芥菜的生长,高浓度(7.5 mmol·kg~(-1))出现抑制;螯合剂促进芥菜对铀和镉的吸收、转运,其中,在7.5 mmol·kg~(-1)CA处理时,芥菜地上部、单株铀含量均达到峰值,分别为9.71、20.63 mg·kg~(-1)DW,是对照的6.03、2.84倍。在5.0 mmol·kg~(-1)EDDS处理时,芥菜地上部、单株镉含量达到峰值,分别为382.2、328.2 mg·kg~(-1)DW,是对照的4.67、2.35倍。在7.5 mmol·kg~(-1)CA处理下,芥菜的铀转运系数最高为0.118,是对照组的2.93倍,而EDDS处理下镉的转运效果较佳。从单株铀、镉富集量来看,CA促进芥菜富集铀的效果最佳,而EDDS促进芥菜富集镉的效果最佳,同时,对铀也有一定效用;此外,CA、EDDS的添加分别增强了土壤中铀镉的有效态含量。综合而言,施加适宜浓度的螯合剂能够提升芥菜对铀镉复合污染土壤的修复效率。     

印度芥菜在重金属污染土壤植物修复中的作用及其机理

综述了近年来印度芥菜在重金属污染土壤治理中的作用和机理,介绍了螯合剂、微生物等强化印度芥菜修复效果的技术,并讨论了今后印度芥菜修复技术的一些发展重点。     

鼠李糖脂与EDDS强化黑麦草修复重金属复合污染土壤

通过盆栽试验,研究了鼠李糖脂和EDDS对黑麦草生长与吸收土壤重会属Cu、Zn、Ph和Cd,以及对土壤酶活性的影响.结果显示,向重金属复合污染土壤中施加1 g·kg-1的鼠李糖脂将显著降低黑麦草地上部的生物量.EDDS比鼠李糖脂具有更强的溶解土壤Cu、Zn、Pb和Cd的能力;同时施加1 g·kg-1的鼠李糖脂和0.4 g·kg-1的EDDS大幅增加了土壤溶液中Cu、Zn、Pb和Cd的浓度,显著增加了黑麦草地上部植株中Cu、Zn、Pb和Cd的含量,促进了土壤脲酶和脱氢酶的活性.鼠李糖脂与EDDS易生物降解,环境风险小,用于黑麦草修复重金属复合污染具有很大的修复潜力.     

间作修复土壤重金属污染的研究进展

土壤重金属污染已成为亟待解决的环境问题。植物修复作为绿色经济的,能够有效的改善土壤重金属污染修复方式备受关注,且植物间作修复效率更高,更具实践意义。本文主要综述了重金属修复中常见的间作模式,以及间作系统中种间相互作用对土壤重金属修复的影响及其机制,并对今后的研究进行了展望。     

黑麦草对复合污染河道疏浚底泥修复的研究

采用室温盆栽试验,研究了黑麦草(LoliummultiflorumLam)对排污河道疏浚底泥中的重金属(Zn、Pb、Cu、Cd、Ni)-有机物复合污染的修复情况。结果表明,第2次收获(剪切)的黑麦草地上部分积累的重金属Zn、Pb、Cu、Cd的数量均小于第1次收获(剪切),且第2次连根收获发现黑麦草的根部积累了大量的重金属;两次收获地上部分积累的重金属数量和重金属的离子交换态数量有很好的相关性,而与底泥中重金属总量的相关性较差;种植黑麦草后的底泥中重金属的存在形态和晶格结构发生了变化。黑麦草对底泥中的有机污染物有很好的修复作用;在两次收获后的底泥中的有机污染物的降解率达到72.6%,大部分有机物被炭化为CO2和H2O,其中部分难降解的大分子量有机污染物也被植物降解为小分子量的易于被植物吸收的形态,种植黑麦草后底泥的多酚氧化酶和脲酶活性均得到提高。证明黑麦草是修复重金属-有机物复合污染的良好植株。     

碳酸钙对铜铅铬复合污染土壤的修复机制

【目的】探讨碳酸钙对铜、铅、铬复合污染土壤的钝化效果及修复机制。【方法】利用碳酸钙对复合污染土壤中的Cu、Pb和Cr进行钝化处理,以重金属有效态含量的减少对碳酸钙投加量进行优化,并对土壤中Cu、Pb和Cr有效态含量的减少进行动力学模拟;运用改进的BCR分级提取法对土壤中的3种重金属进行形态分析,并对修复后的土壤进行X射线衍射(XRD)分析,初步探讨碳酸钙对复合污染土壤中3种重金属的钝化机制。【结果】碳酸钙投加量为50g/kg时,其对Cu、Pb和Cr污染土壤的修复效果最佳,此时Cu、Pb和Cr有效态含量减少的动力学符合Elovich方程;钝化28d后,与空白对照组(未添加CaCO3)相比,Cu、Pb和Cr 3种重金属的可交换态含量分别减少28.2%,31.9%和74.8%,可还原态含量分别增加2.9,2.0和1.3倍,残渣态含量分别增加5.8,2.7和1.3倍,可氧化态含量无明显变化。【结论】碳酸钙对土壤中Cu、Pb、Cr 3种重金属的有效态含量有明显钝化效果,其一方面通过提高土壤pH提升土壤对重金属的吸附性能,促进重金属生成Cu3(OH)2(CO3)2等沉淀;另一方面其直接与重金属生成更难溶的PbCO3等沉淀,促进土壤中重金属的钝化。     

富里酸促进印度芥菜-棉花轮作对汞污染农田土壤修复的研究

[目的]提高汞污染农田土壤的修复效率.[方法]在汞污染农田土壤中投加富里酸(投加量为0、0.075、0.150、0.225 kg/m2),并在试验结束后分析植物生物量和组织内汞含量及土壤总汞、有效汞含量,研究富里酸促进印度芥菜-棉花轮作对土壤汞的修复效果.[结果]投加富里酸可促进印度芥菜、棉花植株生长,但差异不显著,投加富里酸能提高印度芥菜、棉花中总汞的含量,促进印度芥菜、棉花根部汞向地上部分转运以及土壤总汞和有效汞的降低.每个种植季都投加富里酸,且富里酸投加量为0.075 kg/m2促进效果最好,修复后,土壤总汞含量由(0.56±0.05)mg/kg降低至(0.32±0.04)mg/kg,土壤有效汞含量由(2.13±0.04)μg/kg降低至(0.48±0.05)μg/kg.[结论]投加富里酸可作为促进印度芥菜-棉花轮作修复汞污染农田土壤的潜在修复技术.     

茄子秆生物炭联合黑麦草对土壤镉-芘复合污染修复的影响

针对当前我国农田土壤中广泛存在的重金属和多环芳烃污染问题,采用盆栽方法,考察茄子秆生物炭联合黑麦草对去除土壤重金属镉(Cd)与多环芳烃芘(Pyrene)复合污染及对土壤微生物群落结构的影响,以期揭示茄子秆生物炭联合黑麦草对土壤镉-芘复合污染土壤的修复机制。结果显示,在Cd、Pyrene含量分别为16.8、71.04 mg/kg条件下,添加生物炭土壤的Cd和Pyrene去除率在第60天分别达到21.88%和23.55%,较无生物炭添加的对照分别提高17.71%与14.28%。在生物炭添加量30 mg/g及种植黑麦草密度为13.5 mg/cm~2条件下,土壤Cd和Pyrene去除率最高分别达到20.59%与70.58%。高通量测序分析表明,生物炭能够提高土壤微生物丰富度,生物炭联合黑麦草明显影响土壤微生物群落结构。Cd-Pyrene致使土壤优势菌相对含量下降,其中,鞘氨醇单胞菌相对含量下降3.08个百分点,芽单胞菌相对含量下降1.69个百分点;但施用生物炭能够使耐Cd菌和高效降解Pyrene菌鞘氨醇单胞菌相对含量提高1.22个百分点,生物炭联合黑麦草使Pyrene降解菌假单胞菌、肠杆菌相对含量分别提高160、414倍。因此,茄子秆生物炭联合黑麦草将有效修复Cd和Pyrene复合污染土壤并增加Cd-Pyrene降解菌相对含量。     

石灰与黑麦草对Cu污染土壤的修复及对微生物群落的影响

通过盆栽试验研究了Cu污染土壤中添加不同剂量石灰(质量分数分别为0.1%、0.2%和0.4%,编号SH1、SH2和SH3)对黑麦草(Secale cereale)生长及Cu吸收、土壤Cu形态转化、土壤微生物群落变化等的影响,以此评价石灰对Cu污染土壤的修复效果。试验结果表明,石灰处理后黑麦草生物量及Cu吸收量均显著增加,黑麦草地上部及根系Cu含量均显著降低;SH1、SH2和SH3处理与对照相比,土壤pH显著升高,土壤可交换态Cu含量分别显著降低了58.47%、87.51%和74.54%,而碳酸盐结合态Cu含量显著增加,分别达到对照处理的1.36、1.93、1.56倍。Biolog测试结果表明,培养72 h时,石灰处理后土壤微生物AWCD值、基质丰富度S、Shannon、Simpson和Mc Intosh指数均有不同程度增加,表现为SH2SH3SH1CK;石灰处理后土壤微生物群落的碳源利用模式发生明显变化,SH2处理可利用的碳源种类最多,碳源利用程度最高。研究表明,施用质量分数0.2%石灰并种植黑麦草对该Cu污染土壤具有较好修复效果。     

甜菜与牧草间作对多环芳烃污染土壤的修复作用

通过盆栽试验方法,选择经济作物甜菜和牧草类黑麦草、苏丹草、香根草为供试植物,研究了甜菜与3种牧草分别间作及各自单作对多环芳烃(PAHs)菲、荧蒽、芘和苯并[a]芘污染土壤修复作用。结果显示:经6个月连续两茬种植试验后,所有种植植物的处理中土壤PAHs的去除率均高于无植物种植组,间作种植土壤PAHs的去除率高于单作,黑麦草、苏丹草、香根草与甜菜间作对土壤PAHs的去除率分别达到84.85%、79.96%、84.11%;在土壤污染条件下,间作模式更有利于甜菜生长;种植植物增强了土壤中多酚氧化酶和过氧化氢酶的活性,间作模式下二者活性高于单作4.37%~43.07%,过氧化氢酶较多酚氧化酶对PAHs土壤污染更敏感,可作为关键酶用于评价土壤PAHs污染状况。在不影响农业生产的前提下,修复植物牧草和经济作物甜菜间作种植模式显著提高了土壤PAHs的降解率。     

我国复合污染土壤修复研究进展

重金属、有机污染物造成的土壤复合污染是我国亟待解决的环境问题之一。当前,我国对复合污染土壤修复的研究主要集中于单一的生物、物理、化学等修复方法,而对于不同修复方法联合修复复合污染土壤的研究较少。从土壤重金属复合污染修复、有机污染物复合污染修复、重金属-有机污染物复合污染修复三方面全面综述了我国复合污染土壤修复的研究进展,并在此基础上提出了复合污染土壤修复研究的发展方向。     

黑麦草修复铀污染土壤的根际效应分析

选取黑麦草作为供试植物,通过模拟根箱栽培试验,探究在不同外源铀下黑麦草修复铀污染土壤的根际效应.研究结果表明:黑麦草植株地上部和根部铀含量直接受外源铀浓度影响,黑麦草地上部分和根部富集系数均大于1,但转运系数均小于1,黑麦草主要将铀富集在根部,同时,土壤铀含量达到一定水平会抑制黑麦草的生长导致其生物量降低.根际土壤与非根际土壤中铀主要以惰性铀的形式存在.随着土壤铀浓度的增加,根际处惰性铀的含量明显低于非根际处,这表明根际土壤对惰性铀具有活化作用,植物根系分泌物促进惰性铀的转化,将惰性铀转化为可被植物吸收的活性铀或潜在活性铀.     

方解石对复合重金属污染土壤的修复研究

通过在人工配置的复合铜铅锌重金属污染土壤中添加不同比例的方解石粉,开展原位钝化修复试验,研究不同比例不同修复时间(30d、60d和90d),方解石对该复合污染土壤的修复效果。结果表明:方解石浓度增加及培养周期的延长对供试土壤p H无显著影响;方解石粉对供试土壤重金属有一定修复效果。相同培养周期内,土壤可提取态重金属含量并不随方解石剂量增加而显著变化;随培养周期延长,修复效果逐渐增强。培养30d时,1%的添加剂量修复效果较好;培养60d时,2%的修复效果较好;培养90d时,1%和2%的修复效果均有所增加,但均小于1.5%的修复效果。就不同重金属而言,培养30～60d时,各处理组方解石添加对供试土壤3种可提取态重金属修复效果依次为PbCuZn;培养90d时,修复效果为CuPbZn。综上,后期采用方解石进行重金属污染原位修复时,最适添加剂量为1.5%(质量比,风干土计),最佳修复时间≥90d。     

二氧化碳对铜污染土壤中印度芥菜生长及其铜积累的影响

【研究目的】为了研究CO2施肥对超积累植物生长和积累金属能力的影响。【方法】在温室内对不同Cu浓度土壤中生长的印度芥菜进行两种不同浓度的CO2施肥试验,【结果】通过结果表明CO2施肥能促进Cu污染土壤中印度芥菜的生长和发育,当土培中不添加Cu时,1200μL/L和800μL/L处理组分别比对照组的印度芥菜提前了3d和2d开花;各CO2处理组的植株高度与对照组呈极显著差异,收获时最大单叶面积、叶片数和干物质重均比对照组有所增加,其中1200μL/L处理植株与对照植株的叶片数达极显著差异,叶面积和根重达显著性差异,各处理组的地上部干重均比对照组有显著的增加。CO2施肥处理也显著地增加植株体内对Cu的积累,两处理组植株根中Cu含量均显著高于对照组,且两处理组的植株根中Cu浓度也达到了极显著水平。CO2施肥处理同样也促进了植株茎、叶对Cu的积累,并在CO2800μL/L、Cu100mg/kg试验条件时最高,分别达到茎:13696mg/kg干重、叶:4589mg/kg干重。此外,试验还表明,CO2施肥能增加Cu在印度芥菜体内积累的叶根比,说明CO2施肥有利Cu由根向植物叶子的运输。【结论】印度芥菜对Cu有很好的超积累能力,CO2施肥能促进印度芥菜的生长,增加植株体内对Cu的积累和叶根比。     

多年生黑麦草对黄壤重金属污染的修复

为重金属污染土壤的修复提供依据,采用定位观测试验,研究黄壤种植多年生黑麦草6年间土壤和植株重金属 As、Hg、Pb、Cr、Cd 含量的变化。结果表明：1）多年生黑麦草从根部向地上部运输重金属的能力顺序为 Cd＞Cr＞As＞Pb＞Hg,地上部对重金属的富集能力顺序为 Cd＞Cr＞Pb＞As＞Hg,对 Cr、Pb、As、Hg 的富集能力弱,对 Cd 为中等富集能力;根系对重金属的富集能力顺序为 Pb＞Cd＞Cr＞ Hg＞As,对 As 富集能力弱,对 Pb、Cd、Cr、Hg 为中等富集能力。根系对重金属的富集能力总体比地上部强。2）经过6年种植黑麦草,土壤中 As、Pb、Cr、Cd 含量分别比种植初期降低了52．71％、45．12％、48．32％、59．15％,单项污染指数分别由种植前的2．67、0．31、1．92和3．48降低为1．26、0．17、0．99和1．42,重金属污染得到不同程度的修复。