蚯蚓在土壤重金属污染及其修复中的应用研究进展

蚯蚓作为主要的大型土壤动物类群,对土壤环境改善起到了重要的作用,本文在系统分析、归纳总结国内外相关领域研究成果的基础上,综述了蚯蚓在土壤重金属污染及其修复中的应用研究进展,主要包括:蚯蚓作为土壤重金属污染的指示生物,蚯蚓对重金属的富集与释放,重金属对蚯蚓生理生态的影响研究,蚯蚓在土壤重金属污染修复中的作用机制,蚯蚓与植物、微生物的协同作用,以及蚯蚓粪作为重金属污染修复剂的潜力分析等.在此基础上,概括提出了蚯蚓在重金属污染土壤修复领域面临的主要问题.     

螯合剂在重金属污染土壤植物修复中的应用研究进展

重金属污染土壤的植物提取修复强化途径主要有2种,一是提高植物生物量,二是提高植物体内重金属含量。从螯合剂的作用机理,常用螯合剂种类,不同种类螯合剂对土壤中目标重金属的活化效果,以及螯合剂诱导下植物对目标重金属的吸收和积累效应,螯合剂使用对生态环境造成的负面影响等方面综述了重金属污染土壤螯合诱导强化植物提取修复技术的研究进展,同时对植物修复后的评价以及螯合诱导植物修复技术今后的发展方向进行了探讨。     

螯合剂在污染土壤植物修复中的应用

向土壤中施加螯合剂可有效提高植物修复效率。根据螯合剂的作用原理，文章着重阐述了螯合剂施用后对污染土壤中重金属的活化、植物吸收和体内转移的影响，并对使用螯合剂的环境风险和今后的研究方向作了简要的讨论。     

土壤重金属污染植物修复及基因技术的应用

叙述了植物修复基本内容，重点介绍了基因技术在植物修复中的应用，章认为，与传统的修复技术相比，污染土壤植物修复技术由于具有成本低，不破坏环境，保护人类健康和易为大众接受等优点而引起人们极大的关注，但是，应用于修复的植物往往植物矮小，生长速度慢，近年来，国外出现了将基因技术应用到植物修复中的研究，能有效地克服了上述缺点，将基因技术应用于植物修复将是今后该领域研究的一个重要方向。     

重金属污染土壤的植物修复技术

土壤的正常功能受到障碍即形成土壤污染 ,土壤污染不但直接表现于土壤生产力的下降 ,而且也通过以土壤为起点的土壤、植物、动物、人体之间的链 ,使某些微量和超微量的有害污染物在农产品中富集 ,其浓度可以成千上万倍地增加 ,对人类和动植物产生严重危害。引起土壤污染的物质种类繁多 ,其主要来源是各种废弃物 (如工业废水、生活污水、汽车尾气等 )、被污染的水和大气 ,以及不合理的施用农药、化肥及污水灌溉都能给土壤带来污染。污染土壤的重金属主要指汞、镉、铅、铬、铜、锌、钴、镍、锰、铀、铯、锶 ,类金属砷、硒和非金属氟也包括其中…     

土壤重金属污染的植物修复研究进展

随着工业的发展,重金属在土壤和水体中的含量越来越高。植物修复可部分解决这一问题正引起人们的普遍关注。     

丛枝菌根真菌在植物修复重金属污染土壤中的作用

菌根是真菌与植物根系所建立的互惠共生体,其中以丛枝菌根(AM)真菌在自然界中分布最广。在重金属污染条件下,AM真菌可以减轻重金属对植物的毒害,影响植物对重金属的吸收和转运,在重金属污染土壤的植物修复中显示出极大的应用潜力。文章通过讨论菌根植物对重金属修复的作用机制,提出菌根技术在重金属植物修复中应在通过广泛调查、筛选超积累植物的基础上,不断探索植物-菌根体系修复问题,以促进重金属污染土壤的生物修复。     

蚯蚓在植物修复菲污染土壤中的作用

采用盆栽试验法,研究了蚯蚓（Pheretima sp.）在植物修复菲污染土壤中的作用。结果显示,试验浓度（20.05-322.06 mg.kg-1）范围内,蚯蚓活动促进了菲污染土壤中修复植物黑麦草（Lolium multiforum）的生长,其根冠比明显增大。添加蚯蚓72 d后,种植黑麦草的土壤中菲的去除率高达64.35%-93.40%,其平均去除率（80.92%）比无蚯蚓活动的土壤-植物系统（71.57%）提高9.35%,比无植物对照组（22.58%）提高57.34%。各种生物、非生物修复因子中,植物-微生物交互作用对菲去除的平均贡献率（53.56%）最为突出,比无蚯蚓活动时（47.48%）提高6.08%。说明蚯蚓活动可强化土壤-植物系统对土壤菲污染的修复作用。     

螯合诱导植物修复技术在重金属污染土壤中的应用

通过向土壤中施加螫合剂促进植物对重金属的吸收是目前一项比较有发展前景的土壤修复技术.本文综合介绍了近年来EDTA等多种螯合剂在植物修复重金属污染土壤中的应用,同时介绍了一种新型易降解的螯合剂EDDS的研究进展,最后对存在的问题进行了讨论,并对未来的研究重点进行了展望.     

茶皂素对污染土壤中重金属的修复作用

采用振荡离心的方法研究了生物表面活性剂茶皂素在不同浓度、pH值和离子强度下对污染土壤中重金属去除效果的影响;并采用BCR法研究了茶皂素处理前后土样中各形态的重金属含量变化。试验结果表明:随着茶皂素浓度的增加,重金属的去除率随之增加,在茶皂素浓度为7%时,对供试土样中重金属的去除率达到最大值,去除率分别为Cd 96.36%,Zn 71.73%,Pb 43.71%,Cu 20.56%;随着土壤环境pH值的增加,重金属的去除率随之减少,适宜的pH范围在5.0左右;离子强度对Pb,Cu的去除效率影响不大,Zn,Cd的去除率随着离子强度的增加而减少。比较茶皂素处理前后土样中重金属各形态含量的变化,发现酸溶态的重金属更易被茶皂素去除,其次为可还原态、可氧化态和残渣态的重金属很难被去除。     

Plant Growth-Promoting Rhizobacteria (PGPR) and Phosphorus Fertilizer-Assisted Phytoextraction of Toxic Heavy Metals from Contaminated Soils

Phytoremediation is a remediation technique that involves the use of plants to extract, sequester, and/or detoxify pollutants through physical, chemical, and biological processes. The use of phytoremediation is expanding due to its cost-effectiveness compared with conventional methods. This study was conducted to investigate the effects of autumn and spring application of plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR, 10⁸ cfu mL^?1 Bacillus megaterium var. phosphaticum sprayed at 250 mL plot^?1) and phosphorus (P) fertilizer (0, 11, 22, 33, 44 kg P ha^?1) on dry matter yield and heavy metal uptake by plants in soils contaminated with heavy metals. Field experiments were conducted using a randomized complete block design with four replications between 2004 and 2007. The results of the study indicated that P fertilization, but not PGPR application, significantly affected dry matter yield. Application of PGPR increased heavy metal availability in soils and the heavy metal uptake of meadow plants. The heavy metal content of the meadow plants resulting from PGPR application was 4–6 times higher for the spring application than the autumn application. Approximately 16, 30, 10, 10, and 3 growing seasons without PGPR are necessary to remove all lead (Pb), nickel (Ni), boron (B), manganese (Mn), and zinc (Zn), respectively, from polluted soil. The time required for Pb, Ni, B, Mn, and Zn removal could be further decreased to approximately 4, 6, 3, 3, and 1 growing seasons, respectively, with 33 kg phosphorus pentoxide (P₂O₅) ha^?1 and 10⁸ cfu mL^?1 PGPR applications at rates of 250 mL plot^?1 in the spring season.     

不同种类有机物对污染农田土壤重金属活性的影响

为了解施用不同种类有机物对污染农田土壤重金属行为的影响,布设了田间小区试验,观察研究施用6种不同类型有机物对土壤水溶性重金属和农作物对重金属吸收等的影响。试验设7个处理,分别为对照(不施有机肥)、施新鲜水稻秸秆、新鲜鸡粪、鸡粪堆肥、新鲜猪粪、猪粪堆肥和商品有机肥,动态检测土壤中水溶性重金属含量、田面水中重金属浓度及收获水稻籽粒中重金属含量的变化。结果表明,与不施有机物的对照处理比较,施用各类有机物在试验前期均可明显提高土壤中水溶性重金属和田面水中重金属的含量,总体上以施用新鲜猪粪的最高,其次为新鲜鸡粪,施用商品有机肥的最低。土壤中水溶性重金属含量随试验时间增长逐渐下降。施用各类有机物对水稻籽粒中重金属的积累影响不明显。土壤中水溶性重金属及田面水中重金属含量均与相应的水溶性碳(DOC)浓度呈显著相关性,表明因有机物施用增加土壤中DOC浓度可能是土壤中水溶性重金属含量增加的主要原因;而不同有机物对土壤重金属活性影响的差异可能与有机物本身的分解程度及可释放DOC大小有关。但施用有机物引起的农田土壤水溶性重金属含量的增加是暂时的,对水稻生长后期籽粒中重金属积累的影响不明显。     

蚯蚓对印度芥菜修复Zn、Pb污染土壤的影响

以褐土为供试土壤,分别加入不同浓度梯度Zn2+(0,100,200,400 mg kg^-1)或Pb2+(0,200,400,800 mg kg^-1)模拟土壤污染,设置添加蚯蚓与不添加蚯蚓处理,通过盆栽实验,研究蚯蚓对印度芥菜生长量和重金属吸收量的影响,旨在探讨蚯蚓在植物-土壤系统中影响重金属迁移转化的作用机理,为蚯蚓在植物修复技术的实践与完善提供理论参考。结果表明:(1)在Zn、Pb污染土壤中,蚯蚓生长率分别降低3%～24%、6%～29%;(2)蚯蚓活动可以降低土壤的pH,显著增加土壤中Zn的有效态含量;(3)蚯蚓活动显著增加了印度芥菜地上部生物量(22.6%～88.6%鲜重,31.3%～122%干重)和印度芥菜地上部Zn的浓度及Zn和Pb的吸收量。印度芥菜地上部重金属浓度和吸收量与土壤中DTPA提取态含量呈极显著正相关(P <0.01),与土壤pH呈负相关。(4)蚯蚓对重金属的活化和对植物生长的促进是解决植物修复瓶颈问题的有效手段。     

喀斯特边远农区正安县植烟土壤重金属含量及其特征

在喀斯特边远农区典型植烟县采取代表性植烟土壤样品66个,研究县级尺度下植烟土壤重金属含量及其特征。结果表明,Pb,Hg,Cr 3种重金属含量全部符合国家土壤环境质量二级标准,As含量符合国家土壤环境质量二级标准的样点数高达98.5%,4种重金属环境状况良好,无污染。Cd含量符合国家土壤环境质量二级标准样点数占69.7%,且有10.1%的样点含量高于国家土壤环境质量三级标准,部分植烟土壤已受到染污。3种不同植烟土壤类型重金属含量差异较大,石灰土Cd,Hg,As平均含量最高（分别为0.51 m g/kg,0.173 m g/kg,15.45m g/kg）,水稻土Pb,Cr平均含量最高（分别为66.13 m g/kg,55.63 m g/kg）,黄壤居于中间水平。土壤重金属含量与土壤质地密切相关,与土壤粒径具有一定的相关性,粘粒与镉、砷极显著正相关（r=0.333^＊＊,r=0.345^＊＊）,与汞显著正相关（r=0.289^＊）,砂粒与汞、砷显著负相关（r=-0.286^＊,r=-0.245^＊）。喀斯特边远农区植烟土壤重金属环境状况总体良好,但应重视Cd的控制管理。     

蚯蚓对土壤中重金属的富集作用研究

通过向供试土壤中添加CuSO4、ZnSO4、Pb（Ac）2、HgCl2以模拟受污土壤,研究接种于其中的微小双胸蚯蚓对重金属的富集作用。以不加重金属盐类为对照,分别研究了不同培养时间和不同重金属浓度对富集量的影响。结果表明,蚯蚓对各种重金属的富集量随着培养时间的增加而变化,且对不同重金属最大富集量的出现时间也不相同。在第2周时蚯蚓对Cu、Pb富集量达到最大,而对Zn的富集量在第4周时达到最大。与Cu、Zn、Pb的富集量相比,蚯蚓对Hg没有明显的富集作用,且对Hg的最大富集量时间不明显。在其耐受浓度范围内,蚯蚓对重金属的富集量随着重金属浓度的增加而增加,且蚯蚓对重金属的吸收顺序为：Zn〉Cu〉Pb〉Hg,说明了微小双胸蚯蚓对Cu、Zn、Pb、Hg4种元素有一定的忍耐和富集能力,但其对重金属的忍耐和富集能力是有选择性的,说明不同重金属表现出的毒性是不一样的。研究结果初步推断,影响蚯蚓对重金属富集作用的主要原因可能是体内酶的作用,不同重金属可以从多方面干扰了动物机体内的生理生化功能。     

蚯蚓活动对城市生活污泥重金属的影响

采用塑料温棚内垄式堆积污泥培养蚯蚓方式,研究了蚯蚓处理对污泥重金属的影响。结果表明,污泥经蚯蚓处理后,理化性质发生了显著的变化,污泥的pH值、有机质、总氮和总磷都有不同程度的降低;蚯蚓能吸收富集污泥中的重金属,其中对重金属Cd有较强的富集能力;蚯蚓处理使污泥中重金属含量均出现不同程度的下降,重金属Cr、Zn、Pb、Cd、Cu、Ni分别减少27.98%、31.46%、32.81%、13.85%、23.86%和22.92%。利用盆栽试验,研究了污泥施用于土壤后生菜体内重金属积累的情况,结果表明,生菜体内重金属Zn、Cu、Pb和Ni的含量为污泥处理高于蚓粪处理;Cr和Cd则分别为差异不显著和略有降低。     

Pyroligneous Acids Enhance Phytoremediation of Heavy Metal-Contaminated Soils Using Mustard

Heavy metal (HM) pollution has long been a problem in crop production. However, soils contaminated at low concentration such as areas for food production may have a high risk of biomagnification and food chain contamination. Different methods were used for remediating these polluted environments, but pyroligneous acids (PAs) such as wood vinegar (WV) application are rarely studied. Thus, the effects of WV on metal availability in soils and on the growth of mustard were evaluated by measuring chlorophyll content, biomass, nutrient and metal uptake. Bioconcentration factor (BCF) and translocation factor (TF) were computed to determine suitable phytoremediation practices. Overall results revealed favorable growth of mustard due to the direct source of nutrients provided by WV. WV decreased the metal concentration in soil and inhibited uptake through phytostabilization. Organic substances associated with WV are naturally endowed with adsorption sites available for chelation, rendering metals less bioavailable. As a result, HM-contaminated soils can now be utilized for food production.     

Distribution and Availability of Heavy Metals in Raw and Acidulated Phosphate Rock–Amended Soils

Abstract

The effectiveness of the application of raw (PR‐1), and partially acidulated phosphate rock (PR), at 25% (PR‐25) and at 50% (PR‐50), was investigated to reduce extractability and plant uptake of Pb, Cd, Cu, Ni, and Zn in three calciorthids soils.Furthermore, the effects of soil treatments on metal extractability were evaluated by sequential extraction. Similarly, such effects were assessed on the phytoavailability of metals of maize (Zea mays L.) through a pot experiment. Water‐soluble and exchangeable metal fractions (the bioavailable fractions) were influenced distinctively by PR treatments and soil properties. In addition, decrease of soluble and exchangeable metal fractions was compensated by an increase in metal extracted from other fractions. Most bioavailable soil metals correlated significantly with their associated level in plant tissue. Finally, plant metal uptake decreased with PR treatments, suggesting that PR application was likely to be effective in controlling metal immobilization in these soils.     

皖南茶园土壤重金属化学形态及其生物有效性

以皖南茶园为研究对象,通过Tessier连续提取分级法对茶园土壤重金属(Zn,Cu,Pb,Ni)全量及其化学形态进行了分析,利用活性态重金属占全量之比来评价其生物有效性。结果表明,皖南茶园土壤中Zn,Cu,Pb,Ni含量均未超过国家标准;除Zn外,其他元素均高出背景值,存在较明显的富集现象;土壤中4种重金属在5种形态上表现出不同的分布规律,Zn,Cu,Ni以残渣态为主,分别占总量的72.55%,90.00%和81.79%,而Pb以铁锰氧化物结合态为主,占总量的70.09%;Zn,Cu,Pb,Ni的活性态部分占全量比例分别为5.04%,1.51%,0.97%和0.23%,土壤重金属活性态部分与茶叶中重金属含量之间呈现正相关关系,且皖南茶区的茶叶重金属含量在限量值的安全范围内。