（森林培育专业论文）重金属超富集植物的筛选与螯合吸附研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位( 毕业) 论文是在指导教师的指导下。通 过我的努力取得的成果并且是自己撰写的尽我所知，除了文中作了标注 和致谢中已作了答谢的地方外论文中不包含其他人发表或撰写过的成果。 与我一同对本研究做出贡献的同志，都在论文中作了明确的说明并表示了谢 意，如被查有侵犯他人知识产权的行为，由本人承担应有的责任 学位( 毕业) 论文作者亲笔签名：席磊由 日期：沙巧- 箩7 论文使用授权的说明 本人完全了解榴建农林大学有关保留、使用学位( 毕业) 论文的规定， 即学校有权送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文 的全都或部分内窖，可以采用影印或其他复制手段保存论文 保密在年后解密可适用本授权书。口 不保密，本论文属于不保密。 口 日期：毋f 日期t 俐7 r 鞯 福建农林大学2 0 0 5 届硕士研究生论文 重金属超富集植物的筛选与螯合吸附研究 摘要重金属污染具有累积性、滞后性、隐蔽性和不可逆性等特点，因此重金属污 染成为国际上研究的热点与焦点，如何控制和治理重金属的污染和危害已而成为环境 污染治理中急需解决的重大课题。 传统的重金属污染治理方法投资昂贵，修复成本极高需要打扰土壤结构，只能 小面积污染治理很难大面积推广应用在这种背景下近年来对环境扰动少、修复成 本低且能大面积推广应用的重金属污染植物修复技术应运而生。为重金属污染治理提 供了新途径，植物修复技术应用的前提是要发现重金属超富集植物，但目前国内发现 的重金属超富集植物极少，极大的限制了植物修复技术的应用。 有鉴于此，本研究针对目前我嗣南方地区重金属污染状况日趋严重的现实，在对 我国南方垃圾填埋场和重金属矿区重金属污染状况进行全面调查的基础上，进行适应 南方垃圾填埋场和重金属尾矿区生长的重金属超富集植物筛选，研究可供我国南方地 区应用的重金属污染植物修复技术；同时对于可以稳定固化重金属的螯合剂进行田 间与室内模拟研究，探讨利用熏金属螯合剂降低污染土壤中有效态重金属的应用潜 力；在此基础上，利用正交试验设计进行四种不同活性炭组成的复合活性炭对重金属 m n 、z n 、p b 、c d 、n i 、c r 的吸附效果研究。主要结果如下； 1 对福建省尤溪铅锌矿、连城锰矿、连城铅锌矿矿区重金属污染调查发现：福 建重金属矿区妇、z n 、p b 、c d 四种元素最高含量分别达到9 2 5 4 6 、2 7 4 5 4 、2 3 7 9 2 、 2 4 8 1 9 m g k g 。其含量都远远高于对照土壤几倍甚至几十倍。根据国家土壤环境质量 三级标准，按照重金属单项污染指数进行评价，z n 、p b 、c d 三种元素均达到单元素 重度污染。三种重金属的污染程度均为：尤溪铅锌矿区 连城铅锌矿区 连城锰矿区。 2 根据综合污染指数评价标准连城铅锌矿、连城锰矿、尤溪铅锌矿三个地区 的综合污染指数平均值分别高于重度污染临界标准1 6 5 4 、l o 6 3 和5 3 5 7 倍，达到 重度污染标准。不同矿区的重金属污染程度排序为：尤溪铅锌矿区 连城铅锌矿区 连城锰矿矿区。 3 对城市垃圾填埋场及受垃圾渗滤液浸蚀土壤重金属分析表明：垃圾填埋场中 l 福建农林大学2 0 0 5 届碗士研究生论文 重金属含量与垃圾填埋时问有很大关系。根据国家农用控制标准。填埋两年的填埋场 重金属含量未超过农用控制标准，填埋l o 年填埋场的重金属p b 含量则超标1 3 2 倍， 直接施入土壤则会对土壤造成严重的重金属污染。 4 受垃圾渗滤液浸蚀2 年土壤除z n 属于轻污染外，未发现其它重金属污染。其 综合污染指数只有1 0 1 ，仅属轻污染。受垃圾渗滤液浸蚀1 0 年土壤中z n 、c d 的单 项污染指数分别为5 7 0 与5 2 9 。达到重度污染，c r 元素达到轻度污染。其综合污染 指数达到4 9 0 ，达到重度复合污染。这说明垃圾填埋场土壤重金属含垦与重金属在 土壤中的积累时间有密切关系。 5 按照地面水环境质量标准v 类标准( g b 3 8 3 8 8 8 ) ，垃圾填埋场渗滤液z n 、p b 、 c d 、c r 分别超标i 1 、3 5 、1 5 、4 8 倍。根据污水综合排放标准( g b8 9 7 8 1 9 9 6 ) ， 渗滤液中z n 、c d = 种元素超标1 1 3 5 倍和1 5 倍。 6 在重金属矿区附近及其尾矿库上调查的植物有禾本科、豆科等2 2 科共计4 9 种植物。其中p l a n t l 0 、p l a n t l 、p l a n t 7 、p l a n t 9 、p l a n t l l 这五种植物地上部分的 p b 含量均达到超富集植物临界标准p l a n t l 0 中p b 含量最高，达到1 8 1 8 4 m g k g 1 。 p l a n t l 、p l a n t l o 、p l a n t l l 对元素铅的转运系数均大于1 ，符合超富集植物的相关标 准，属于p b 的超富集植物。聚类分析表明：p l a n t l o 、p l a n t l 、p l a n t 9 、p l a n t l l 、 p l a n t 7 五种植物对重金属m n 、z n 、p b 、c d 的富集有着相似性，可以划为一类，对重 金属有着较强的富集能力可以用于污染较重土壤重金属的污染冶理。p l a n t 9 、 p l a n t l l 、p l a n t 7 、p l a n t l 除对p b 具有较高的富集能力外对、z n 、c d 也有一定 的富集能力，可应用于污染程度较轻的土壤重金属的污染修复。其次是p l a n t 6 ，而 p l a n t 5 、p l a n t l 3 、p l a n t 2 、p l a n t 3 、p l a n t 4 、p l a n t 8 、p l a n t l 2 等可划为一类，这 些植物可以用于修复污染较轻土壤重金属污染。 7 在城市垃圾填埋场上生长的植物有茄科、菊科等8 种植物。聚类分析表明： 商陆与无芒稗可划为一类，其特点为对重金属元素有着较强的富集吸收能力，对、 z n 、p b 、c d 、c r 、n i 的吸收与富集特征相似千里光一绿穗苋一繁缕一蘑菇一龙葵一山莴 2 福建农林大学2 0 0 5 届硕士研究生论文 苣等为一类，这几种植物对重金属的吸收能力较整。 8 通过田间与室内模拟试验表明：整合剂对降低茶树、果树、蔬菜土壤中的、 z n 、p b 、c d 、c r 有效态含量有显著的作用，在室内模拟试验的稳定效果最为明显， 其降低效果因土壤类型不同而不同。在室内模拟试验中，整合剂对茶树土壤中有效态 重金属的稳定效果捧序为tc r ( 6 0 6 ) z n ( 5 5 6 ) p b ( 5 0 8 ) c d 3 9 8 p m n ( 3 8 9 ) ；螯合剂对果树土壤中有效态重金属的稳定处理效果捧序为：c k 4 5 9 ) p b ( “i ) m n ( 3 6 1 p z n ( 3 5 6 p c d ( 2 5 1 ) ；整合剂对蔬菜土壤中有效态重金属的稳定处 理效果排序为：c r ( 4 5 9 ) z n ( 4 2 1 p m n ( 2 0 6 1 ) p b 0 8 4 ) c c l ( 1 1 6 ) 其对各 种重金属有效态稳定效果与螯台剂用量呈线性负相关关系方差分析及回归分析表 明整合剂对各种重金属有效态的处理效果达到显著或极显著水平 9 活性炭对模拟污水中重金属的吸附作用研究表明：对吸附污水中c d 的四种活 性炭( 分为a 、b 、c 、d 四种活性炭) 组合中，最佳组合为a 晶c n ；对吸附c r 的四 种活性炭组合中，其最佳组合为a 出，c 籼；对去除的四种活性炭组合中，最佳组合 为a 4 9 c 。d ，对去除n i 的四种活性炭组合中，最佳组合为 8 矗d ；对吸附p b 的四种 活性炭组合中，其最佳组合为a , b , g d 4 ；对吸附z n 的四种活性炭组合中，其最佳组合 为a ( b c 2 d 3 ； 1 0 单种活性炭对六种重金属元紊的吸附作用研究表明：粉末状活性炭对c r 的 吸附能力最大，最高达6 9 3 9 k g - 。对c d 、n i 、p b 、z n 元素的吸附能力则相当对 m n 的吸附能力最差。颗粒状活性炭对p b 的吸附能力最好，对c d 、n i 、z n 、m n 的吸 附能力相当而对c r 的吸附能力则最差。在正交实验中复合活性炭对重金属吸附 的影响大小与其各自的吸附能力没有必然的关系。 关键词：超富集植物；重金属污染； 植物修复；聚类分析；垃圾渗滤液：活性炭： 螯台荆 主题词：超富集植物；植物修复；活性炭；整合剂 福建农林大学2 0 0 5 届硕士研究生论文 s t u d y o rs c r e e n i n go u to fh e a v ym e t a lh y p e r a c c u m u l a t o r sa n d c h e l a t i o n - a d s o r p t i o no f h e a v ym e t a l s a b s t r a c t ：h e a v ym e t a lp o l l u t i o ni sa c c u m u l a t i v e ，l a g g i n g , d o r m a n t , a n di r r e v e r s i b l e ，w h i 曲i sn o te a s y t od e c o m p o s e i n t h eb i o l o g yc i r c l ea n de n e r g ye x c h a n g e b u t i t i s e a s y t ob e a c c u m u l a t e da n dm a g n i f i e db yf o o dc h a i n ，f i n a l l yp o s e sat h r e a tt om a n k i n d sh e a l t h s oh e a v ym e t a lp o l l u t i o nh a sb e c o m eo r ”o ft h ee n v i r o n m e n t a l p r o b l e m st h a ts h o u l db er e s o l v e du r g e n o y a tp r e s e n t a m o n gt h ew a y sa b o u td e a l i n gw i t hh e a v ym e t a lp o l l u t i o n ：p h y t o r e m e d i a t i o n , w h i c hi sp r o p o s e d d u et ob r i g h tf u t u r ea sa c o s t - c f f e c t i v ea n dg r e e nt e c h n o l o g y t h em e t h o do fc h e l a t i o n - a d s o r p t i o ni sa l s oaf e a s i b l es h o r t c u tf o re x p e d i t ea n de f f e c t i v e i nt h ep r e s e n tc o n d i t i o n i nt h i sp a p e rt h eh e a v ym e t a lp o l l u t i o ni si n v e s t i g a t e da n da s s e s s e di nt h eh e a v ym e t a tm i n i n ga r e a so ff u j i a np r o v i n c e 、n a n p i n gm u n i c i p a lm f h a n dl a n d f i l ls i t el e a c h a t e t h e nt h ef i l t r a t i o no fh y p e r a c c u m u l a t o r sw a sc a r d e do u tb a s e do nt h ec o n t e n to fh e a v ym e t a l si np l a n t s ；t h eu s eo fc h e l a t ea g e n tt or e d u c et h ec o n t e n to ft h ea v a i l a b l eh e a v ym e t a l si ns o i l a n dt h er e s e a r c ho fa c t i v a t e dc a r b o nt oa b s o r bt h eh e a v ym e t a l si nt h es i m u l a t e dp o l l u t e dw a t e ri se x p l o r e di nt h i sp a p e r , t o o t h ei t i a i nr e s u l t so b t a i n e da r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： l 、t h ei n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i so fs o i l si nt h eh e a v ym e t a lm i n i n ga r e a si nf u j i a np r o v i n c es h o w e d ：t h es o i li sm a i n l yp o l l u t e db ye l e m e n t so fm n 、z n 、p b 、c d t h ec o n c e n t r a t i o no fm n 、z n 、p b 、c dm a yr e a c h9 2 5 4 6 m g k g 2 7 4 5 4 m g k 9 1 、2 3 7 9 2m g k 9 1 、2 4 8 1 9m g , k g 1 b a s e do nt h ee n v i r o n m e n t a lq u a l i t ys t a n d a r df o rs o i l s ( i i i ) ，t h es i n g l ef a c t o rp o l l u t i o no fm n 、z n 、p b 、c di ns o i la r ea l ls e r i o u sd e g r e ea c c o r d i n ga st h ep o l l u t i o ni n d e x t h ec o m p r e h e n s i v ep o l l u t i o nd e g r e ei ss e r i o u s , t o o 2 、t h ea n a l y s i so ft h ec o n t e n to ft h es o i la n dl a n d f i l ls i t el e a c h a t ei nn a n p i n gm u n i c i p a lr e f u s ei n d i c a t e s ：t h ep o l l u t i o nd e g r e eo fh e a v ym e t a l si nl a n d f i l ls i t eh a sag r e a ts o m c t h i n gt od ow i t ht h et i m e t h ec o n t e n to fh e a v ym e t a l si nm u n i c i p a lr e f u s eo ft w oy e a r s a g ea r e1 4 6 - 2 2 6t i m e so fn 碡c o n t e n to ft h ec o m p a r i s o n t h ec o n t e n to fh e a v ym e t a l si nm u n i c i p a ir e f u s eo ft e ny e a r s a g ea r e2 7 6 - 8 8 3t i m e so ft h ec o n t e n to ft h ec o m p a r i s i o n t h ec o n t e n to f t h eh e a v ym e t a l s i ns o i l i n f l u e n c e db yl a n d f i l ls i t ef o rt w oy e a r s a r e1 4 福建农林大学2 0 0 5 届硕士学位论文 1 2 - 1 4 8t i m e so f t h a t o f t h ec o m p a r i s o n a n dt h ec o n t e n to f t h eh e a v ym e t a l si ns o i li n f l u e n c e db yl a n d f i l ls i t ef o rt e ny e a r sa r e4 1 9 8 3t i m e so ft h a t o ft h ec o m p a r i s o n b a s e do nt h ee n v i r o n m e n t a lq u a l i t ys t a n d a r df o rs o i l s ( i i ) ，t h es i n g l ef a c t o rp o l l u t i o no fz ni sl i g h td e g r e ei ns o i li n f l u e n c e db yl a n d f i l ls i t el e a c h e t ef o rt w oy e a r sa c c o r d i n ga st h ep o l l u t i o ni n d e x + t h ec o m p r e h e n s i v ep o l l u t i o nd e g r e ei sa l s os l i g h td e g r e e ；t h es i n g l ef a c t o rp o l l u t i o no fz na n dc ri ss e r i o u si nt h es o i li n f l u e n c e db yl a n d f i l ls i t el e a c h a t ef o rt e ny e a r s ；t h ec o m p r e h e n s i v ep o l l u t i o ni ss e r i o u sd e g r e e t o o 3 、t h ea n a l y s i so ft h ec o n t e n to ft h eh e a v ym e t a l sl a n d f i l ls i t el e a c h a t ei n d i c a t e s ：b a s e do ne n v i r o n m e n t a lq u a l i t ys t a n d a r d ( g b3 8 3 8 - 8 8 ) ，t h ec o n t e n to f z n 、p b 、c di sb e y o n dt h es t a n d a r d b a s e do ni n t e g r a t e dw a s t e w a t e rd i s c h a r g es t a n d a r d ( g b 一8 9 7 8 1 9 9 6 ) t w ok i n d so fe l e m e n t so fz n 、c de x c e e dt h es t a n d a r d d u et ot h i s ，i ti su r g e n tp r o b l e mt or e m o v et h eh e a v ym e t a l sf r o mt h el a n d f i l ls i t el e a c h a t e 4 、i n t h eh e a v ym e t a lm i n i n ga r e a st h ec o n t e n to fh e a v ym e t a l so ff o r t yn i n ek i n d so fp l a n t sw a sa n a l y z e d ：t h e r ea r ef i v ek i n d so fp l a n t si n c l u d i n g p l a n t l o 、p l a n t l ， p l a n t 7 、p l a n t 9 ，p l a n t1 1 、i nt h em i n i n ga r e a ，w h o s ec o n c e n t r a t i o no fp bi nt h e i ra b o v eg r o u n dt i s s u em a ya c c o r dw i t ht h ec r i t i c a ls t a n d a r do fh y p e r a c c u m u l a t o r t h e r e i n t ot h ec o n t e n to f p bi n p l a n t1 0m a yr e a c h1 8 1 8 4 m g k 9 1i na b o v ef r o n d s t h et r a n s p o r tc o e f f i c i e n t so f p l a n t i o ，p l a n t ，p l a n t l ia r eb i g g e rt h a n1 e s p e c i a l l yt h et r a n s p o r tc o e f f i c i e n t so fp l a n t l o m a yr e a c h6 5 f o r t h e r m o r ep l a n t l om a ya l s oa c c u m u l a t ez na n dc dw e l l s oi th a sag o o dp o t e n t i a lt ot r e a tt h es o i lc o n l a m i n e db yh e a v ym e t a l s p l a n t 9 、p l a n t1 t p l a n t 7 ，p l a n t l n o to n l ym a ya c c u m u l a t ep b ，b u ta l s om a ya c c u m u l a t em n 、z n 、c d ，w h i c hm a ya l s ob ea p p l i e dt ot r e a tt h el i g h t e rh e a v ym e t a lp o l l u t e ds o i l 5 、f o u rk i n d so f d i f f e r e n ts t a n d a r d so f a c t i v a t e dc a r b o n i sa p p l i e dt oa b s o r bt h eh e a v ym e t a l so f t h ei m i t a t e dp o l l u t e dw a t e r t h er e s u l t si n d i c a t e s ：a m o n gf o u rk i n d so f a c t i v a t e dc a r b o n ，t h es e q u e n c eo fi n f l u e n c eo fa c t i v a t e dc a r b o nt oa b s o r bc di sb d c a t 5 福建农林大学2 0 0 5 届硕士研究生论文 h eo p t i m u ma s s o c i a t i o ni sla 3 b ( c 3 d 4 , t h es e q u e n c eo fi n f l u e n c eo fa c t i v a t e dc a r b o nt oa b s o r b c ri s d c b a ，t h e o p t i m u m a s s o c i a t i o ni sa 2 b l i c 4 d 4 ：t h es e q u e n c e o f i n f l u e n c eo f a c t i v a t e dc a t h o nt oa b s o r bm n i sb a d c ，t h eo p t i m u ma s s o c i a t i o ni sa 4 8 4 c 4 d l ：t h e s e q u e n c eo f i n f l u e n c eo f a c t i v a t e dc a g o o nt oa b s o r b n i i s a d b c ，t h eo p t i m u ma s s o c i a t i o ni sa 4 8 4 c 4 d 4 ；t h es e q u e n c eo fi n f l u e n c eo fa c t i v a t e dc a r b o nt oa b s o r bp bi sa b c c ：t h eo p t i m u ma s s o c i a t i o ni sa & b 4 c 3 d 4 t h es e q u e n c eo fi n f l u e n c eo fa c t i v a t e dc a r b o nt oa b s o r bz ni sa b p d t h eo p t i m u ma s s o c i a t i o ni sa 4 8 4 c 2 d 3 6 、a tt h e 辎l m et i m et h er e s u l t ss h o w e d ：t h ef a c t o ro fi n f l u e n c eo f a c t i v a t e dc a r b o na s s o c i a f i o nh a sn oc e r t a i nr e l a t i o nw i t ht h ea b i l i t yo fa b s o r p t i o no fs i n g l ea c t i v a t e dc a r b o n t h er e s u l t so ft h ef i e l da n dt h es i m u l a t e dt e s ti nt h el a bi n d i c a t e sa b o u tt h es o i l so ff r u l tt r e e 、v e g e t a b l e sa n dt e at r e e s t h i sc h e l a t o rh a sam a r k e da c t i o ni nr e d u c i n gt h ec o n t e n to fa v a i l a b l em n 、z n 、p b 、c r 、c d 、n ii nt h es o i l so ft e at r e e s 、f r u i tt r e e s 、v e g e t a b l e s , o fc o u r s et h ee f f e c to fs t a b i l i z a t i o nv a r yw i 出t h ed i f f e r e n c eo fs o i l 7 、i nt h es i m u l a t e dt e s to ft h el a b ，t h es e q u e n c eo fe f f i c i e n c yo fs t a b i l i z a t i o no fc h e l a t o rt oh e a v ym e t a l si nt e at r e e si sc r ( 6 0 6 ) z n ( 5 5 6 p p b ( 5 0 8 ) c d ( 3 9 3 _ l m n ( 3 8 9 ) ；i nt h es i m u l a t e dt e s to ft h el a b 。t h es e q u e n c eo fe f f i c i e n c yo fs t a b i l i z a t i o no fc h e l a t o rt oh e a v ym e t a l si nf r u i tt r e e si sc r ( 4 5 9 ) p b ( 4 4 1 ) m n ( 3 6 1 胁 ( 3 5 6 ) c d ( 2 5 1 ) ；i nt h es i m u l a t e dt e s to ft h el a b ，t h es e q u e n c e o fe f f i c i e n c yo fs t a b i l i z a t i o no fc h e l a t o rt oh e a v ym e t a l si nt h es o i lo fv e g e t a b l ei so r ( 4 5 9 ) z n ( 4 2 1 ) m n ( 2 0 6 t ) p b ( 1 8 4 p c d ( 1 1 6 ) k e yw o r d s ：h y p e r a c c u m u l a t o r , h e a v ym e t a lp o l l u t i o n ；p h y t o r c m e d j a t i o n ；c l u s t e r a n a l y s i s ；l a n d f i l ls i t el e a c h a t e ；a c t i v a t e dc a r b o n ；c h e l a t o r s u b j e e tw o r d s ：h y p e r a c e u m u l a t o r ；h e a v ym e t a lp o l l u t i o n ；p h y t o r c m e d i a t i o n ；a c t i v a t e d c a r b o n ；c h e l a t o r 6 福建农林大学2 0 0 5 届硕士研究生论文 1 前言 由于现代工业的发展。金属制品和农用化学物质明显增加，加上城市污染加剧， 导致自然环境中重金属污染日益严重。目前我国受重金属污染的耕地面积近2 0 0 0 万 公顷，约占总耕地面积的1 5 1 ”，由此造成每年粮食减产1 0 0 0 万多吨，被重金属污染 的粮食每年达到1 2 0 0 万吨。每年经济损失至少2 0 0 亿元嘲。重金属污染不仅影响农 作物的生长，造成严重经济损失，更为严重的是重金属污染可通过食物链危害人类健 康。日本由于汞污染引发的“水俣病”和由镉污染造成的“骨痛病”就是典型例证。 由于重金属在环境中具有相对稳定性和难降解性，不能被微生物降解，在土壤中难以 迁移，具有累积性、滞后性、隐蔽性和不可逆性等特点，一旦进入环境就很难从环境 中清除，使得土壤重金属污染治理十分困难，因此重金属污染的治理已成为国内外科 学家们急需解决的重大课题 虽然长期以来国内外学者对重金属污染治理进行了大量研究，取得了一定的治理 效果。但目前传统的吸附固定法、络合浸提法、玻璃化、土壤冲洗及电动修复等重金 属污染治理方法投资昂贵。修复成本极高需要打扰土壤结构，只能小面积污染治理， 根难大面积推广应用1 3 】。在这种背景下近年来对环境扰动少、修复成本低且能大面积 推广应用的重金属污染植物修复技术应运而生，为重金属污染治理提供了新途径。具 有广阔的应用前。植物修复技术是利用重金属超富集植物( h y p e r a c c u m u l a t o r s ) 吸收去 除土壤中的重金属，即通过重复种植和收获超富集植物将污染土壤中的重金属浓度降 到可接收的水平f 4 j 。 植物修复技术应用的前提是要发现重金属超富集植物，目前世界上已发现了许多 重金属超富集植物，有些已进入商业化运行。但是目前国内发现的重金属超富集植物 比较少，而引种国外的超富集植物要考虑到植物的气候适生性、是否会引起生物入侵 和知识产权等一系列问题，因此立足从我国众多野生植物中筛选重金属超富集植物， 以满足我国重金属污染治理的需要具有重要的现实意义。 由于大部分城市垃圾缺乏分类收集，大量的电池等重金属垃圾进入垃圾场，中国 电池的年消耗量达1 4 0 亿节，回收量不到消耗量的1 ，导致垃圾填埋场重金属污染严 7 福建农林大学2 0 0 5 届硕士研究生论文 重垃圾分解产生渗滤泣，多数未经处理便捧入涎中。对下游及周围环境造成极大污 染 5 - 6 1 ；另一方面一些垃圾场为了增加收入，把经简单分选的垃圾当成有机肥料，出 售给菜农和果农使用，使这些垃圾中的重金属很快通过食物链进入人体t 同时我国南 方分布着大量铅锌矿和铜锌矿等重金属矿，这砦等重金属矿厂选矿后的大量废弃物均 堆放在矿区边的尾矿库上，由于这些尾矿中含有大量的重金属元素在地表生物地球 化学作用下通过释放和迁移引起了土壤及河流严重的重金属污染【7 l ，对周围的环境、 人民的生活及健康构成严重的威胁。 有鉴于此，本研究针对目前我国南方地区重金属污染状况日趋严重的现实，在对 我国南方垃圾填埋场和重金属矿区重金属污染状况进行全面调查基础上，进行适应南 方垃圾填埋场程重金属尾矿区生长的重金属超富集植物筛选，研究可供我国南方地区 应用的重金属污染植物修复技术 同时对于可以稳定固化重金属的螯合剂进行田问 与室内模拟研究，探讨利用重金属螯合剂降低污染土壤中有效态重金属的应用潜力 在此基础上，利用正交试验设计进行四种不同活性炭组成的复合活性炭对重金属m n 、 z n 、p b 、c d 、n i 、c r 的吸附效果研究，为我国南方垃圾填埋场和重金属矿区重金属 污染治理提供科学依据。 2 国内外研究概况 由于重金属污染植物修复技术的巨大应用前景，目前国内外众多学者对重金属污 染植物修复技术进行了大量研究。根据图内外的研究成果，在此分别从重金属污染植 物修复技术研究、整合剂对土壤有效态重金属稳定固化研究及活性炭对重金属的吸 附作用研究三方面对目前国内外的研究进展进行综述。 2 1 重金属污染植物修复技术研究进展 2 1 1 植物修复技术的概念 植物修复也称为生物修复( b i o r c m c d i s t i o n ) 、植物生物修复( b o m n i c a lb i o 睁m e d i a t i o n ) 和绿色修复( g r nr e m e d i a t i o n ) ! ”。植物修复是以植物忍耐和超量积累某种或菜 8 福建农林太学2 0 0 5 届硕士研究生论文 些重金属元素的理论为基础乖j 用植物及其共存微生物体系清除环境中的重金属。广 义的植物修复技术包括利用植物修复土壤，空气和水体中的有机和无机污染，如土壤 中的熏金属污染和放射性棱索引起的污染、水体中有机化台物及重金属引起的污染、 空气中的烟雾污染等。狭义的植物修复主要指利用植物修复土壤中的污染，包括有机 和无机污染。而我们通常所指的是利用超富集植物( h y p e r a c c u m u l a t o r s ) 的提取作用去 除土壤中的重金属，即通过重复种植和收获超富集植物将污染土壤中重金属浓度降到 可接收的水平1 4 】 2 1 2 植物修复的类型 根据植物修复的作用过程和机理，植物修复技术可以分为以下4 种类型： ( 1 ) 植物提取技术( p h y t o e x t r a t i o n ) ：利用重金属积累植物或超积累植物将土壤中的 重金属萃取出来，富集并搬运到植物根部可吸收部位和植物地上部分待植物收获后 再行处理。s a l t 等把利用超富集植物来吸收壤重金属并降低其含量的方法称为持续 植物提l 玻( c o n t l n u o u sp h y t o e x t r a e t i o n ) ，而把利用螯台剂来促进普通植物吸收土壤重金 属的方法称为诱导植物提取( i n d u c e dp h y t o e x t r a c t i o n ) 例。 ( 2 ) 植物挥发技：求( p h y l o v o l a t i t i z a t i o n ) ：利用一些植物来促进土壤熏金属转变为可 挥发的形态，挥发出土壤和植物表面以减少土壤重金属污染。 ( 3 ) 植物固化技术( p h y t o s t a b i l i z a t i o n ) ：利用耐重金属植物或超积累植物降低重金属 的活性，从而减少重金属被淋滤到地下水或通过空气扩散进步污染环境的可能性。 ( 4 ) 根系过滤( r h i 趵f i l 仃a t i o n ) ：利用植物根系的吸收能力和巨大的表面积来去除废 水中的重金属。 2 1 3 重金属超富集植物的特征 重金属超富集植物的定义目前采用较多的是b a k e r 和b r o o k s l 9 8 3 年提出的参考 值，印把植物叶片或地上部分中含c d 量达蛩 l o o m g k 9 1 ，含c o 、c u 、n i 、p b 达到 1 0 0 0 m g k g 。m n 、z n j , 拯l j l 0 0 0 0 m g k g 1 以上的植物称为重金属超富集植物也称超富 集体或超积累植物0 i 。一般情况下重金属超富集植物的认定要考虑三个条件：( 1 ) 植 9 福建农林大学2 0 0 5 届硕士研究生论文 物地上部上富集重金属的量要达到一定的| l 盎界标准，在较低的污染水平下也有较高的 吸收速率；( 2 ) s r 1 ( s 和r 相应代表植物地上部分与地下部分的重金属含量) ，即植 物应有较强的转运能力。而许多非超富集植物的s r 0 1 ；( 3 ) 超富集植物能够忍耐 较高浓度重金属的毒害，而一般植物则会发生毒害甚至死亡l l i j 。现已发现的c d 、c o 、 c u 、p b 、n i 、s e 、f i n 、z n 超富集植物有4 0 0 余种。其中7 3 为n i 超富集植物l l ”。重金 属在壤和普通植物中平均含量以及超富集植物的一般标准觅表2 【”i 。 袁1 土壤与植物中重金属浓度典型敛值及耐毒极限值( m g 埘1 ) t a b l elt h cb p i c a ic o i l n t r a t i o no fh e a v ym e t a l si ns o i la n dp l a n t sa n dt h em a x i m a lt o l e r a n t v a l u et oh e a v ym e t a l so f p l n n b ( m s k g 。) 表2 重金属在壤和普遥植物中的平均浓度及超富集植物的临界标准( 且g k g l d w ) t a b l e2t h e c o n t c n i so f h c a v ym e t a l si ns o i l s 、t h eo r d i n a r y 口1 t 3a n dt l l ec i t i c a i s t a n d a r di nh y p c r a c c u m u l a t o r s 2 1 4 重金属污染植物修复的作用机制研究进展 2 1 4 1 螯台作用 通常情况下一般普通植物根的重金属含量比其茎叶中相应元素含量要高，但超富集植 l o 福建农林大学2 0 0 5 届硪士研究生论文 物地上部分重金属台璧则大于其地下部分的含量。通过与植物中对重金属具有高亲和 力的大分子( 如苹果酸、柠檬酸、重金属结合肽等) 结合形成螯合物，可使土壤中自 由重金属的浓度降低从而降低重金属的毒性f 1 】。目前研究比较多的主要是两种重金 属蟹合肽：植物螯合素( p c s ) 和金属硫蛋白叫r ) 。p c s 在重金属离子区室化中起着重 要作用，已明确p c s 在植物解c d 毒中起到重要作用，p c s - c d 复合物是c d 由细胞质 进入液泡的主要形式【l s l 。金属硫蛋白与植物对c u “，、z n 2 + 的抗性机制有关。m u r p h y 等证实盯2 表达强度与不同基因型抗胁迫的能力密切相关【。n a t h a l i e 等研究证 实c u 的耐性植物s y l e n ev 1 4 1 9 a 2 j s 耐c u 胁迫的特性与k f 2 b 的表达紧密联系l ”l 。王 剑虹将重金属耐性植物紫羊茅草( f e s t u c ar e b r a ) 中克隆到m cm t l 转入到酵母m t 基 因缺失突变株中发