镉污染土壤超富集植物选择和镉—锌复合污染实验研究

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传统的重金属污染治理方法对土壤自然属性有强烈的破坏作用,不适用于污染土壤的治理。植物修复技术是一种廉价而有效的重金属污染土壤治理技术,具有效果好、投资及运作费用低、易于管理与操作等优点,适合发展中国家使用。目前工作的重点是进一步寻找和开发具有良好遗传性能的富集植物和超富集植物。本研究以植物修复为理论基础,旨在通过对镉污染土壤植物修复技术和镉-锌复合污染试验研究,发现生物量较大的Cd富集植物,分析该植物对Cd的富集和体内分布特征以及Cd对植物生长的影响,并研究锌营养条件下对商陆生长及吸收镉的影响,为将该植物应用于镉污染土壤治理提供理论依据和技术措施。 本研究对株洲冶炼厂生产区进行植物调查和采样,通过植物生物量测定和镉含量分析,发现商陆体内镉浓度较大,呈现地上部>地下部的规律。以挑选湖南本土分布较广、生物量大和具有观赏或经济价值的植物为依据,对商陆、地瓜苗、紫茉莉、美人蕉及其它几种植物进行盆栽实验,实验结果为: 1.Cd对植物生长有抑制作用,且随土壤中Cd处理浓度的增高这种抑制作用增强。由于不同植物种类的生理特性,镉对植物产生毒害作用的临界浓度及抑制程度也将有差别,实验中紫茉莉受镉的抑制作用最轻,而美人蕉受害程度最高。本实验还证实,在一定低浓度的镉处理水平上,即5mg.kg-1镉浓度,可以促进植物生长,增大其生物量。 随着生长时间的延长,植物生长受到抑制的程度增大。对于可以一年多季收割的植物,根据生长需要来缩短其每季生长期,从而减小受Cd毒害影响,并获得更多植物干重,增大去除的重金属总量。 2.实验范围内,商陆适合在任一镉浓度中生长,其地上部最大浓度可达482.25mg.kg-1,将商陆用于200mg.kg-1镉污染土壤,每年可获得镉量为3.5kg.ha-1。其镉浓度很大,可以通过对根和地上部的焚烧和灰化来回收Cd,从而获得经济效益。商陆最佳生长时间为3个月,一年可收割两季。 3.紫茉莉对Cd有较强的吸收能力,富集浓度接近超富集植物的标准。对镉有很强的耐性,尤其是在高浓度环境中有良好的驯化性能,能保持较高生物量,并随土壤镉浓度增大而增大地上部的积累浓度。 4.吸收量系数是以富集浓度*生物量=去除总量为依据,在吸收系数和转运系数为基础上提出来的,其内涵为给定生长期内单位面积地上部分植物吸收的重金属总量与土壤含量之比。利用该系数可评价植物对镉的去除能力和判断是否为超富集植物,本研究给定镉超富集植物的吸收量系数临界值为4.2t/ha。此系数的提出扩大了传统超富集植物的定义,使得富集浓度未达标准,但生物量很大的植物也能作为超富集植物。 5.商陆、美人蕉、紫茉莉的最佳修复时间为3个月,地瓜苗为5个月。美人蕉比紫茉莉更适合用于5mg.kg(-1)低浓度镉污染土壤的植物修复,而紫茉莉比较适于中高浓度环境。 6.200mg.kg-1以下锌浓度对商陆生长及富集镉总量都有一定的促进作用,而低浓度的镉也促进植株对锌的吸收。两者表现为协同作用。 7.镉-锌复合污染发生条件下,土壤中Cd和Zn的最大允许浓度建议分别为150mg.kg-1和300mg.kg-1。 8.镉-锌复合污染中Cd加重了Zn的毒害,随着镉浓度增大到200mg.kg-1,使得Zn对商陆的毒害临界值从300mg.kg-1下降到100mg.kg-1。 9.在镉污染土壤治理中,可从复合污染角度考虑Cd-Zn复合效应对商陆的作用,也可从营养角度考虑添加Zn对商陆生长和富集镉的影响。
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