论文部分内容阅读
由于经济社会的快速发展，各种工业生产和人类活动导致了土壤重金属污染问题日渐突出，重金属通过污灌、雨水径流等方式进入土壤，由于重金属在土壤中具有隐蔽性和不可逆性，致使土壤中重金属含量逐年累积，甚至达到严重污染的程度，因此，找到快速有效防控和修复土壤中重金属污染的方式尤为迫切。本文在前期研究的基础上，进一步利用拉恩氏菌LRP3发酵液，研究了其在离子共存时对Cu和Pb的磷酸盐沉淀作用以及对金属离子的去除作用的影响，并通过土壤培养和盆栽试验探究了沉淀产物的稳定性，具体研究结果如下：
1)利用菌株LRP3的发酵液对溶液中单一Cu2+、Pb2+和Ca2+的去除作用结果显示，菌株发酵液对Cu2+、Pb2+和Ca2+的去除率分别为88.2%、96.6%和63.9%。在Pb2+和Ca2+共存时，菌株LRP3发酵液可在15min内快速去除溶液中Cu2+，60min后，单一、Ca2+和Pb2+共存条件下，菌株LRP3发酵液对Cu2+的去除分别可达到88.2%、80.3%和73.3%。菌株LRP3发酵液能够快速去除溶液中单一或与Cu2+共存时的Pb2+，60min内Pb2+的去除率可达到90%以上。
2)单一Cu2+在发酵液中可形成规则的圆球状的Cu3(OH)3PO4，Pb2+共存下可形成小球形的Pb(H2PO4)2和Cu3(PO4)2复合产物，Ca2+共存时，形成的磷酸盐沉淀形状与Pb2+共存时所形成的相似，但物质结构不同为CuCa10(PO4)7。在稀乙酸溶液中三种含Cu磷酸盐沉淀中的Cu都不易溶出，且复合沉淀物Cu-Ca中的Cu更不易溶出；单一Pb2+在发酵液中可形成不规则块状的Pb(H2PO4)2，Cu2+共存下可形成小球形的Pb(H2PO4)2和Cu3(PO4)2复合产物。在稀乙酸溶液中两种含Pb磷酸盐沉淀中的Pb都不易溶出，且复合沉淀物中的Pb更不易溶出。
3)在土壤培养条件下，Cu-Pb的磷酸盐沉淀可通过活化作用增加土壤中的有效态Cu含量，而复合沉淀Cu-Ca中的Cu不易活化，从而没有明显增加土壤中的有效态Cu含量。另外，土壤微生物能够增强三种含Cu磷酸盐沉淀在土壤中的活化。单一Pb的磷酸盐沉淀可通过活化作用增加土壤中的有效态Pb含量，而复合沉淀中的Pb不易活化，从而没有明显增加土壤中的有效态Pb含量。另外，土壤微生物能够增强两种含Pb磷酸盐沉淀在土壤中的活化。
4)小白菜盆栽试验表明，Cu的三种磷酸盐沉淀在土壤存在一定的活化过程，与土壤中原有的Cu相比，添加了单一Cu、Cu-Pb和Cu-Ca的磷酸盐沉淀后，小白菜叶子中Cu的富集系数分别下降了52.70%、36.49%和60.81%；而根部Cu的富集系数则是下降了54.07%、41.48%和61.48%。添加磷酸盐沉淀后，小白菜对土壤中Cu的转移系数分别增加了2.18%、8.73%和0.91%。磷酸盐沉淀中的Cu在土壤中不易活化，且小白菜对其富集能力也明显降低；Pb的两种磷酸盐沉淀在土壤中存在一定的活化过程，且释放出的Pb可被小白菜吸收，并且容易转移到叶子中说明磷酸盐沉淀中的Pb在土壤中容易活化，但种植小白菜对其富集能力会明显降低。以上研究结果表明，拉恩氏菌LRP3能够通过诱导形成不同形貌的磷酸盐晶体去除单一和与Cu2+共存时的Pb2+，两种磷酸盐晶体中的Pb在土壤中虽然有一定程度的释放，但小白菜对两种晶体中Pb的富集能力明显小于原土中的Pb，并且复合晶体中的Pb在土壤中稳定性更好，不易活化和被小白菜富集。以上研究结果表明，拉恩氏菌LRP3能够通过诱导形成磷酸盐沉淀去除溶液中的Cu2+和Pb2+，而且形成的磷酸盐沉淀在土壤中有较高的稳定性。
5)盆栽后加入各磷酸盐沉淀的根际土壤的pH与原土相比，并无明显变化。添加了含Cu磷酸盐沉淀和含Pb磷酸盐沉淀的根际土壤有效态Cu和有效态Pb比原土的有效态Cu、Pb含量明显增加。但其有效态含量占总量的比例则是相较于原土较低的，这说明含Cu、Pb的磷酸盐沉淀在土壤中性质较稳定。
以上结果说明菌株LRP3发酵液对单一Cu2+、Pb2+和Ca2+都具有较高的去除作用，且形成不同晶型或形貌的磷酸盐沉淀，其稳定性较好，为增强菌株LRP3对单一和复合重金属污染土壤的修复效果提供理论依据和技术支持。
1)利用菌株LRP3的发酵液对溶液中单一Cu2+、Pb2+和Ca2+的去除作用结果显示，菌株发酵液对Cu2+、Pb2+和Ca2+的去除率分别为88.2%、96.6%和63.9%。在Pb2+和Ca2+共存时，菌株LRP3发酵液可在15min内快速去除溶液中Cu2+，60min后，单一、Ca2+和Pb2+共存条件下，菌株LRP3发酵液对Cu2+的去除分别可达到88.2%、80.3%和73.3%。菌株LRP3发酵液能够快速去除溶液中单一或与Cu2+共存时的Pb2+，60min内Pb2+的去除率可达到90%以上。
2)单一Cu2+在发酵液中可形成规则的圆球状的Cu3(OH)3PO4，Pb2+共存下可形成小球形的Pb(H2PO4)2和Cu3(PO4)2复合产物，Ca2+共存时，形成的磷酸盐沉淀形状与Pb2+共存时所形成的相似，但物质结构不同为CuCa10(PO4)7。在稀乙酸溶液中三种含Cu磷酸盐沉淀中的Cu都不易溶出，且复合沉淀物Cu-Ca中的Cu更不易溶出；单一Pb2+在发酵液中可形成不规则块状的Pb(H2PO4)2，Cu2+共存下可形成小球形的Pb(H2PO4)2和Cu3(PO4)2复合产物。在稀乙酸溶液中两种含Pb磷酸盐沉淀中的Pb都不易溶出，且复合沉淀物中的Pb更不易溶出。
3)在土壤培养条件下，Cu-Pb的磷酸盐沉淀可通过活化作用增加土壤中的有效态Cu含量，而复合沉淀Cu-Ca中的Cu不易活化，从而没有明显增加土壤中的有效态Cu含量。另外，土壤微生物能够增强三种含Cu磷酸盐沉淀在土壤中的活化。单一Pb的磷酸盐沉淀可通过活化作用增加土壤中的有效态Pb含量，而复合沉淀中的Pb不易活化，从而没有明显增加土壤中的有效态Pb含量。另外，土壤微生物能够增强两种含Pb磷酸盐沉淀在土壤中的活化。
4)小白菜盆栽试验表明，Cu的三种磷酸盐沉淀在土壤存在一定的活化过程，与土壤中原有的Cu相比，添加了单一Cu、Cu-Pb和Cu-Ca的磷酸盐沉淀后，小白菜叶子中Cu的富集系数分别下降了52.70%、36.49%和60.81%；而根部Cu的富集系数则是下降了54.07%、41.48%和61.48%。添加磷酸盐沉淀后，小白菜对土壤中Cu的转移系数分别增加了2.18%、8.73%和0.91%。磷酸盐沉淀中的Cu在土壤中不易活化，且小白菜对其富集能力也明显降低；Pb的两种磷酸盐沉淀在土壤中存在一定的活化过程，且释放出的Pb可被小白菜吸收，并且容易转移到叶子中说明磷酸盐沉淀中的Pb在土壤中容易活化，但种植小白菜对其富集能力会明显降低。以上研究结果表明，拉恩氏菌LRP3能够通过诱导形成不同形貌的磷酸盐晶体去除单一和与Cu2+共存时的Pb2+，两种磷酸盐晶体中的Pb在土壤中虽然有一定程度的释放，但小白菜对两种晶体中Pb的富集能力明显小于原土中的Pb，并且复合晶体中的Pb在土壤中稳定性更好，不易活化和被小白菜富集。以上研究结果表明，拉恩氏菌LRP3能够通过诱导形成磷酸盐沉淀去除溶液中的Cu2+和Pb2+，而且形成的磷酸盐沉淀在土壤中有较高的稳定性。
5)盆栽后加入各磷酸盐沉淀的根际土壤的pH与原土相比，并无明显变化。添加了含Cu磷酸盐沉淀和含Pb磷酸盐沉淀的根际土壤有效态Cu和有效态Pb比原土的有效态Cu、Pb含量明显增加。但其有效态含量占总量的比例则是相较于原土较低的，这说明含Cu、Pb的磷酸盐沉淀在土壤中性质较稳定。
以上结果说明菌株LRP3发酵液对单一Cu2+、Pb2+和Ca2+都具有较高的去除作用，且形成不同晶型或形貌的磷酸盐沉淀，其稳定性较好，为增强菌株LRP3对单一和复合重金属污染土壤的修复效果提供理论依据和技术支持。