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在模拟Pb、Cd、Zn复合污染的土壤中施加皂角苷,研究皂角苷对土壤中重金属的解吸行为;在室外模拟重金属复合污染的土壤上种植一年生黑麦草,并通过施加皂角苷强化黑麦草修复重金属污染土壤,研究皂角苷对黑麦草修复的强化效果及机制,为皂角苷强化植物修复提供依据。主要研究结果如下:
(1)皂角苷质量分数为3.0%时,Pb、Cd、Zn的解吸率分别为10.86%、41.25%和8.45%,再增加皂角苷浓度,解吸率无明显增加。Pb、Cd、Zn的解吸过程均分为快反应和慢反应两个阶段,且均为非均相扩散过程。经皂角苷解吸后,Pb的残渣态和碳酸盐结合态含量分别下降42.31%和35.39%,水溶及可交换态含量略有增加,其他形态含量无明显变化:Cd的水溶及可交换态、碳酸盐态、Fe-Mn氧化物态、有机结合态和残渣态含量分别下降48.25%、58.70%、54.39%、32.16%和41.82%;Zn的碳酸盐态含量降低29.19%,水溶及可交换态含量增加277.54%,其他形态无明显变化;皂角苷是通过羧基基团与重金属配位形成可溶络合物而达到解吸效果的,皂角苷与Zn的络合能力相对较弱。
(2)皂角苷可以提高黑麦草的生物量、富集系数和转运系数。皂角苷最佳投加浓度为lg/kg,此时黑麦草地上部和根部生物量均达到最大,比对照组分别增加24.84%和27.73%:黑麦草对Pb、Cd、Zn的富集系数分别为0.61、3.05和0.76,分别比对照组增加16.98%、9.66%和7.39%;转运系数分别为0.88、1.00和1.35,分别比对照组增加18.92%、34.54%和52.32%。黑麦草体内叶绿素a与叶绿素b含量的比值无显著变化,说明重金属对黑麦草叶绿素合成的抑制作用较小,并未影响黑麦草的生长。皂角苷的投加没有改变土壤的PH值。
(3)皂角苷浓度为lg/kg时,与对照组相比,土壤有效态Pb、Cd、Zn含量分别增加10.33%、18.33%和4.95%,膜透性增加11.34%,SOD、POD和CAT的活性分别增加21.40%、14.10%和99.19%,表明:皂角苷通过增加土壤中有效态重金属的含量来提高重金属的生物有效性,促进植物对重金属的吸收;皂角苷通过自身的两亲性改变黑麦草根部膜的结构和增加膜的透性,为重金属进入黑麦草体内提供了有利条件;皂角苷通过提高黑麦草体内的超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性,增强黑麦草对重金属的抗氧化能力,从而提高了黑麦草的生物量以及对重金属的富集能力和转运能力。