（环境科学专业论文）重金属镉对玉米种子萌芽及生长的影响.pdf

a b s t r a c t i nt h i sp a p e r ，t h ec o n t a m i n a t e ds o i lb yh e a v y - m e t a lc di nx i n x i a n gc i t yw a st h es t u d yo b j e c t ，c o r n i st h eg e n e r a l l yp l a n ti nn o r t h e r nc h i n a ，w h i c hw a sp l a n t e d t h r o u g hs i m u l a t i n gt h eh e a v ym e t a l c o n t a m i n a t e ds o i l t h et o x i c o l o 百c a le f f e c to fc dp o l l u t i o no nt h ec o r n - p l a n ts y s t e mw a ss t u d i e d ，w h i c h 删d 伪as c i e n t i f i cb a s i sf o rt h es o i le n v i r o n m e n tc a d m i u mp o l l u t i o np r e v e n t i o na n dc o n t r o lo ft h e i ti su n d e r s t o o dt h a tt h ei r r i g a t i o nf a r m l a n di nx i n x i a n gs e r i o u s l yp o l l u t e db yh e a v ym e t a l st h r o u g h t h ep r e p a r a t o r yt e s t ，a n dt h ed i r e c td i s c h a r g eo fs l u d g et ol a n di sam a j o rc a u s eo fs o i lp o l l u t i o n t h e h e a v ym e t a lc o n t e n to f t h r e ei n d u s t r i a le m i s s i o n ss l u d g ei nb e i z h a nd i s t r i c to f x i n x i a n gw a sd e t e r m i n e d a n dt h ee x t e n to fh e a v ym e t a lp o l l u t i o nw a se v a l u a t e da so u rc o u n t r y a g r i c u l t u r a ls l u d g ep o l l u t a n t d i s c h a r g es t a n d a r d s ”( g b 4 2 8 4 8 4 ) t h er e s u l t ss h o wt h a tw h i t es l u d g ea n db l a c ks l u d g ea m o n gt h e t h r e es l u d g es a m p l e sc o u n t r yw c l ei nl i n ew i t hs t a n d a r d so ff a r ms l u d g ea n dz i n ci so v e ri ny e l l o w s l u d g e ；r e s e a r c hh a ss h o w nt h a ts o m ec r o p so i lt h ea b s o r p t i o no fz i n ca r et h eh i g h e s th e a v ym e t a l f i r s t ，t os t u d yt h et o x i c o l o g i c a le f f e c to fc a d m i u mp o l l u t i o no nt h eg e r m i n a t i o na n dg r o w t ho f m a i z e ，t h ea n a l o gs o l u t i o no fd i f f e r e n to o n c e n t r a t i o u so fh e a v ym e t a l sc a d m i u mp o l l u t i o nw a s s i m u l a t e di r r i g a t i o nw a t e r t h er e s u l t ss h o wt h a t ，t h eg r o w t ho fm a i z er o o t sh a sas t i m u l a t i n ge f f e c t w h e nt h ec dc o n c e n t r a t i o nw a sl e s st h a n2 r a g l ；a n d2 0 r a g lw a st h eb e s tc o n c e n t r a t i o nf o rt h e g r o w t ho fc o r ns h o o t s i tc a nb es e e nt h r o u g hc o n t r a s t i n gr o o t sa n ds h o o t s ；t h es t r e s so fc do nt h e m a i z er a d i c l ei s g r e a t e rt h a nt h a t o nt h es h o o t a st h ec a d m i u mc o n c e n t r a t i o n i n c r e a s i n g ，t h e p e r f o r m a n c ew a sm a i n l yi n h i b i t i o no nt h eg r o w t ho fm a m e s e c o n d l y t os t u d yt h ee f f e c to fc a d m i u mp o l l u t i o no nt h ep r o t e i nc o n t e n ta n dc h l o r o p h y l li nm a i z e s e e d l i n g s ，t h ea n a l o gs o l u t i o no fd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so fh e a v ym e t a l sc a d m i u mp o l l u t i o nw a s s i m u l a t e di r r i g a t i o nw a t e r t h er e s u l t ss h o w e dt h a tl o w e rc o n c e n t r a t i o n ( 1 m g l ，2 m g l ) s o l u t i o no f c a d m i u mc a np r o m o t et h ep r o t e i nc o n t e n to f c o r ns e e d l i n g s ，h i g h e rc o n c e n t r a t i o n s ( 5 m g l ) s o l u t i o n o fc a d m i u mc a nc a u s et h ei n h i b i t i o ne f f e c t i i i i m p a c to nc h l o r o p h y l li s a sf o l l o w s ：i nt h es h o r t - t e r mp e r i o do ft i m e ，l o wc o n c e n t r a t i o n so f c a d m i u mo nc h l o r o p h y l laa n d c h l o r o p h y l lbh a v eas t i m u l a t i n ge f f e c t ，h i g hc o n c e n t r a t i o n so fc a d m i u m 0 1 1t h ei n h i b i t o r ye f f e c tw a sp l a y e d t h ep o i s o n i n go fc dh e a v ym e t a lo nc o r nc o n s t r a i n e db yt h et i m e f a c t o r ；u n d e rt h el o n gt i m es 缸嘲o fc d ，c h l o r o p h y l ls 缸- u c t u r ew a 8d a m a g e di nm a i z em e s o p h y l l o r g a n i z a t i o na n dc h l o r o p h y l lc o n t e n td e c r e a s e d c h l o r o p h y l law a ss e n s i t i v et h a nc h l o r o p h y l lba n d c h l o r o p h y l lah a v er e l a t i v e l yl a r g eh u r tu n d e rt h e 戳l l l l ep r o c e s s i n gc o n d i t i o m i f i n a l l y ，t os m a yt h el a wo ft r a n s f e ra n da c c u m u l a t i o nw h i c hh e a v ym e t a lo a d m i u l l li nt h e s o i l - m a i z es y s t e m ，t h ea n a l o gs o l u t i o no fd i f f e r e n tc o n c e n t r a f i o n ao fh e a v ym e 切1 sc a d m i u mp o f i u t i o n w a ss i m u l a t e dp o te x p e r i m e a tt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a t ：t h eg r o w t ha n dd e v e l o p m e n to f m a i z ew a si m p a c t e du n d e rc a d m i u mp o l l u t i o ne n v i r o n m e n t ，a n d 谢t ht h ec o n c e n t r a t i o no fc a d m i u m i n c r e a s i n gi nt h es o i l ，t h ec o mr o o tl e n g t h p l a n th e i g h ta n dr o o td r yw e i # ts h o w e dd e c r e a s i n gt r e n d t h ed e g r e eo fp a r t so fc o r nn u t r i t i o n a la c c u m u l a t e dh e a v ym e t a l sc a d m i u mw a sd i f f e r e n t t h ec a d m i u m c o n t e n ti nt h ep l a n ts i t ea sf o l l o w s ：r o o t s t e m l e a f t h ee n r i c h m e n tf a c t o ro fc o r np l a n t si nd i f f e r e n t p a r t si sa sf o l l o w s ：r o o t s t e m l e a f k e yw o r d s ：c d m i u m ( c d ) ，m a i z e ，g e r m i n a t i o ni n d e x ，v i g o ri n d e x ，p r o t e i n c o n t e n t ，p l a n t e n r i c h m e n tf a c t o r i v 独创性声明 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河南师范大学或其他教育机构的学 位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：密静 日期 伽7 。 日期：竺：! ：! 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河南师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 河南师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用 本授权书) 签名：导师签名：日期：型? 矽 第一章绪论 第一章绪论 以前对于环境污染，我们关注较多的是大气、污水、噪声等方面。近年来，世界 各国开始重视污染土壤治理技术的研究。1 9 9 5 年，德国投资6 0 多亿美元进行土壤治理。 美国已投入1 0 0 多亿美元的1 万多个政府超级基金项目中，有上千个项目是针对土壤 ( 包括地下水) 的治理技术研究。世界上最早对土壤进行大面积修复的是日本。1 9 5 6 年，日本神通川下游出现一种患者全身骨痛的病一骨痛病”。直到1 9 6 1 年才查明，该 病与日本神冈炼锌厂排放的含镉废水有关。1 9 7 1 年，日本实施土壤污染防治法， 对重度污染地区( 米中含镉 1 0 m g k f f l ) 实行客土和土地它用的措施；对中、轻度污 染地区( 米中含镉0 4 - 1 0m g k 9 1 ) 实施以水分管理和施用土壤添加剂等措施抑制重 金属吸收，开发抑制镉等重金属向作物迁移的技术。目前，我国全国人大正考虑就保 护土壤方面进行专门立法：“十一五”将要填补的法律空白包括“土壤污染防治法 等 多部法律。 目前，世界各国的土壤均存在不同程度的重金属污染，全世界平均每年排放h g 约1 5 万吨、c u 约3 4 0 万吨、p b 约5 0 0 万吨、m n 约1 5 0 0 万吨、n i 约1 0 0 万吨【1 1 。我国受 c d 、c r 、p b 、n i 、h g 等重金属污染的耕地面积已达2 0 0 0 多万h m 2 ，约占总耕地面积 的1 5 t 2 1 ，每年出产重金属污染的粮食约1 2 0 0 万吨【3 1 ，合计经济损失至少2 0 0 亿元。其 中工业“三废”污染耕地达1 0 0 0 万h m 2 ，污水灌溉的农田面积已达3 3 0 多万h m 2 。污水灌 溉等废弃物对农田已造成大面积的土壤污染。 1 1 土壤环境中重金属污染的来源与分布 土壤中重金属的来源是多途径的，首先是成土母质本身含有重金属，不同的母质、 成土过程所形成的土壤含重金属量的差异很大。此外，人类工农业生产活动也会造成 重金属对大气、水体和土壤的污染。其来源主要包括1 大气中重金属的沉降；2 农药 化肥和塑料薄膜的使用；3 污水灌溉；4 污泥施肥；5 含重金属废弃物的堆积；6 金 属矿山酸性废水的排放。 重金属镉对玉米种子萌芽及生长的影响 1 1 1 大气中重金属的沉降 随着经济水平和人们生活水平的提高，大量的三废排入到大气中，引起了环境的 污染，工业生产际汽车尾气排放的气体主要集中在公路，铁路的两侧。而大气中的重 金属污染物主要是由于自然沉降进入到土壤中的【4 1 。如瑞典某市区的铅污染就是由于 工厂产生的废物在风的作用下扩散到四周【5 1 。在我国南京市某重工业厂的铬污染程度 已超过南京市北京值的4 4 倍，污染范围大，扩散范围广【6 】。 铁路、公路两侧的重金属污染物主要有来自汽油燃烧的铅污染，轮胎磨损产生的 粉尘造成大气的锌污染以及镉、铬、铜等重金属污染。这些污染呈带状分布，随着时 间的推移具有叠加性。研究表明，公路铁路两侧的重金属污染程度是自道路中央向两 侧呈递减的趋判7 埘。铅除了分布在道路两侧外，还受到地形地貌以及当地盛行风向 的影响，高地铅量较少，地势较低的地方含铅量高，背风的地区含铅量高。【9 】 进过自然沉降引起的重金属污染还与距离城市的远近及人口密度和当地经济发 展有关，离城市越近、人口密度越大，重工业发展越发达污染情况越严重。 1 1 2 农药、化肥和塑料薄膜的使用 农民为了追求粮食的高产，施用含有p b 、h g 、c d 、a s 等的农药和不合理地施用 化肥，都可以导致土壤的重金属污染。一般过磷酸盐中含有较多的重金属h g 、c d 、 a s 、z n 、p b ，磷肥次之，氮肥和钾肥中含量较低，但氮肥中p b 含量较高，其中a s 和 c d 污染严重【l o 】。有研究表明，施用了化肥后，土地重金属的含量有了不同程度的提 高【3 1 。 1 1 3 污水灌溉 污水灌溉是以经过处理并达到灌溉水质标准要求的污水为水源所进行的灌溉。污 水一般包括生活污水、工业废水以及商业用水。利用污水灌溉稻田，是否会引起土壤 变坏，与污水含有物的种类、浓度有关。污水灌溉后对土壤微生物的影响，据初步分 析结果，土填耕层中氮化细菌增多，因此氨态氮相应增多。但由于长期灌用污水，加 剧了土壤中的还原作用，一些嫌气性细菌，如反硝化、反硫化等细菌显著增加，而好 气性细菌，则相对受到抑制。污水灌溉稻田，虽然还未发生土壤变坏和水稻受害事例， 但是随着城市工业类型的发展，污水水质的变化、以及更长时期的利用，会发生如何 2 第一章绪论 变化，仍应成为今后观察，研究和重视的课题。 随着城市工业化进程的加快，大量含有重金属的工业废水排入到河道，随 着污水灌溉进入到了土壤，造成土壤的重金属污染。远离城市工业区或污染源 头的地区污染情况明显没有工业区的污染严重，并且随着污灌的实行，各个污 灌地区的土壤重金属污染情况日益严重。 1 4 - 1 5 】 1 1 4 污泥施肥 污泥中含有大量的有机质和氮、磷、钾等营养元素，同时，污泥中也含有大量的 重金属。随着大量市政污泥进入农田，使农田中的重金属含量不断增加。污泥施肥可 导致土壤中c d 、h g 、c r 、c u 、z n 、n i 、p b 的含量增加，且污泥施用越多，污染就越 严重，c d 、c l l 、z n 引起水稻、蔬菜的污染；c d 、h g n - - - 弓 起小麦、玉米的污染；污泥 施用量增加，青菜中c d 、c u 、z n 、n i 、p b 的含量也增加【1 6 1 。a n t h o n y 研究表明，用 城市污水、污泥进行土壤的改良，会造成土壤中重金属h g 、c d 、p b 等的含量的增加 【1 7 】 o 1 1 5 含重金属废弃物的堆积 含重金属废弃物的种类繁多，不同种类其危害方式和危害程度都不一样。污染的 范围一般以废弃物堆为中心向四周扩散。通过对杭州某铬渣堆存区【1 8 】、城市生活垃 圾场【19 】及车辆废弃场【2 0 1 附近土壤中重金属污染的研究，这些区域的重金属c d 、h g 、 c r 、c u 、z n 、n i 、p b 、a s 、s b 、v 、c o 、m n 的含量高于当地土壤背景值。重金属在 土壤中的含量和形态分布特征受其在垃圾中释放率的影响，且随距离的增加其含量降 低。 1 1 6 金属矿山酸性废水的排放 金属矿山的开采、冶炼、重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣堆放等，可以被酸溶出含 重金属离子的矿山酸性废水，随着矿山废水的排放和降雨使之带入水体或直接进入土 壤，都可以间接或直接地造成土壤重金属污染。1 9 8 9 年我国有色冶金工业向环境中排 放重金属h g5 6 9 屯、c d8 8 吨、a s1 7 3 9 屯、p b2 2 6 吨t 2 1 1 。废水的重金属污染一般位于河 流的下游，河流中不同河段的重金属污染一般收到污染源控制，由于水体有自净的能 力，随着河流向下移动，在水体自净能力的情况下重金属迁移能力减弱，重金属污染 3 重金属镉对玉米种子萌芽及生长的影响 强度减小。1 2 2 之6 】 同一区域土壤中重金属污染物的来源可以是单一的，也可以是多途径的。1 2 7 - 2 s 1 另外，乡镇企业技术、设备落后，原材料利用率低也会造成其周边土壤的重金属污染 总体来讲，土壤的重金属污染程度是城市高于郊区，工业化程度高的地区高于城 市化低的地区，地表大于地下，随着时间的增加污染程度会随之加重。 1 2 重金属污染土壤的现有治理技术 目前国内外已经发展了一系列的土壤重金属修复技术，主要包括物理、化学、 植物、微生物等方面，其中植物和微生物方面在近年来得到了重视并取得了一定的 研究成果。 1 2 1 工程修复 主要有客土、换土、淋洗、去表土、电解、热处理和深耕翻土法等7 种。客土是 在污染的土壤上加入未污染的新土；换土是将已污染的土壤移去，换上未污染的新土； 淋洗法是用淋洗液来淋洗污染的土壤；去表土是将污染的表土移去；电解法是使土壤 中重金属在电解、电迁移、电渗和电泳等的作用下在阳极或阴极被移走；热处理法是 将污染土壤加热，使土壤中的挥发性污染物( h g 、a s ) 挥发并收集起来进行回收或处理。 工程修复土壤能够有效的将土壤与生态系统隔离，减少了对环境的影响，但是工 程修复由于工程量大且花费较高只适用于面积较小、污染严重的区域，如果不将污染 物取出也会对环境产生一定的风险。 1 2 2 化学修复 化学修复就是向污染土壤中投加改良剂、抑制剂，增加土壤有机质、阳离子代换 量和粘粒的含量，改变p h 、氧化还原电位e h ( r e d o xp o t e n t i a l ) 和电导等理化性质，使 土壤中的重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，以降低重金属的 生物有效性。它既是一种传统修复方法，同时随着新试剂、新材料的发展，也是一种 不断得到发展的修复技术。目前主要包括生物淋洗、化学固定和电动修复等，并在土 壤重金属的修复中的应用日趋广泛。 ( 1 ) 生物淋洗 利用化学或者生物试剂来增强重金属在土壤中的移动性，通过化学洗脱的方式将 4 第一章绪论 淋洗液集中，从而将重金属从土壤中去除达到清洁土壤的目的。常用的化学试剂包括： e d t a 、d t p a 、小分子有机酸、无机酸和表面活性剂等。近年来采用生物试剂进行重金 属的淋洗越来越受到人们的重视。如利用给合计与超临界c 0 2 萃取来提取粉煤灰和矿 砂中的重金属z n 2 + 、c u 2 + 、p b 2 + 、c d 2 + 、c r 6 + 被认为是一种非常清洁的方法，甲醇作 为c o z 的共溶剂对修复效果有着显著的影响。e d t a 能在很宽的p h 范围内与大多数重 金属形成稳定的复合物，不但可以溶解不溶性的化合物还可以解吸被土壤吸附的重金 属，是一种有效的提取剂。d e p a 常常被用于铅的土壤提取，提取液可在碱性条件下 与某些阴离子产生沉淀而作为一种方法。但是化学络合剂因为其价格昂贵，易产生次 生污染等问题，并且不适用于密实性的污染土体。 ( 2 ) 化学固定 化学固定就是在土壤中加入化学试剂或者化学材料，利用其与重金属之间的不溶 性或者移动性差、毒性小的物质而降低其在土壤中的生物有效性，减少其向环境的迁 移，从而实现污染土壤的化学修复。目前，大量的改良材料主要包括多种金属氧化物、 有机质高分子聚合材料、粘土矿物、生物材料等，利用这些材料吸附和络合重金属， 改变土壤酸度等性质，并根据重金属的种类、气候条件、土壤性质、耕作制度不同而 分别用在土壤中重金属的固定。但是该法不是一个永久的措施，被固定在土壤中的重 金属在土壤环境条件发生改变时j 依然可从土壤中释放出来变成生物的有效形态。此 外改良剂的使用在一定程度上改变了土壤的结构的同时也可能对土壤微生物产生影 响。因此，进一步研究发展对土壤结构影响小，稳定性好的改良剂。 ( 3 ) 电动修复 土壤电动修复是一种新的经济型的土壤修复技术，是综合环境化学、农业化学、 电化学和土壤化学等而形成的交叉研究领域。主要是通过包含污染土壤的电解池两侧 施加直流电压而形成的电场梯度，土壤中的污染物通过电泳、电渗流或者电迁移的途 径被带到位于电解池两级的处理室中，并通过进一步的处理而实现的污染样品减污或 者清洁的目的。该方法的特点是修复效率高，处理成本低，后处理方便等，特别是在 点污染源或突发性事件等方面具有很好的前景。 污染土壤电动修复方面的研究从2 0 世纪8 0 年代就有报道，到现在很多国家的 科学家陆续开展了其应用和基础方面的研究和探索性的工作。同时将其与生物技术、 高分子化学等新技术相结合来提高土壤污染的修复效率，从而达到进一步降低处理成 5 重金属镉对玉米种子萌芽及生长的影响 本的目的。此外，对污染土壤的现场电动修复也进行了初步的试验，但就其整体情况 而言，该工作还不成熟，尚处于初级阶段。 1 2 3 生物治理 生物治理是指利用生物的某些习性来适应、抑制和改良重金属污染。主要措施有： 利用土壤中的某些低等动物蚯蚓、鼠类等吸收土壤中的重金属；利用土壤中的某 些微生物对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用来降低土壤中重金属的毒性； 利用某些植物能忍耐和超量富集某种或某几种重金属的特性来清除土壤中的重金 属，植物治理可以和根际微生物协同作用，更大地发挥生物治理的效能。植物治理作 为一种高效生物治理途径正受到越来越多的重视。如蚯蚓在植物修复中就有着很好的 应用前景。 ( 1 ) 蚯蚓对土壤污染物具有生物富集的作用 土壤中的污染物可以通过蚯蚓的吸收作用而在蚯蚓体内富集，进而在食物链中传 递和生物放大【2 9 1 ，其过程取决于化合物的2 个主要化学性质，即持久性和可富集性 【删。蚯蚓可以通过2 种途径富集土壤中的污染物：被动扩散作用( p a s s i v ed i f f u s i o n ) 和摄食作用( p e s o r p t i o n ) ，前者是污染物从土壤溶液穿过体表进入蚯蚓体内，而后 者则是污染物由土壤通过吞食作用进入蚯蚓体内，并在内脏器官内完成吸收作用。 这2 种吸收途径的贡献取决于蚯蚓的品种和类型以及污染物的理化性质。近年来国内 针对蚯蚓重金属毒理研究主要集中在：重金属急性毒性试验及对蚯蚓体内酶活性的 影响：重金属污染对蚯蚓种群的影响；蚯蚓对垃圾和底泥中重金属积累的研究： 重金属对蚯蚓组织、细胞影响的形态观察。这些研究结果一致认为重金属污染会对 蚯蚓产生毒理效应，使蚯蚓的种类和数量减少，其减少程度会随着土壤富集量的增 加而增加。 ( 2 ) 蚯蚓对污染土壤的耐受力 一方面土壤中重金属会对蚯蚓产生毒害作用，另一方面，生存在土壤中的蚯蚓 也会对该作用有所反应。刘德鸿等试验结果表明：土壤中重金属c u 、c d 浓度与赤子 爱胜蚓和威廉环毛蚓的死亡率均呈极显著正相关( p 6 5 ) 酸性土壤( p h 6 5 ) 由图3 1 可以看出，北站工厂污泥的重金属含量因取样点的不同含有不同量的重 金属，白泥中除了镉的含量较低外，其他四种金属含量都是最高；而黄泥则是除了镉、 锌在三种样品中含量最高外，其余金属都是最低；黑泥中铜的含量最高，而铬的含量 居最低。 从图3 1 和3 2 中可以看出，三种污泥样品中的白泥和黑泥中的五种重金属的含量 均远低于我国农用污泥中污染物排放标准( g b 4 2 8 4 - - 8 4 ) 中对污泥农用时中性和 碱性土壤重金属的最高容许限值，说明这两种污泥中各种金属均符合国家农用污泥标 准，这就大大降低了该污水处理厂污泥直接施用或制成商品有机肥后施用的风险。而 黄泥中锌的含量为1 4 6 2 5 m g k 9 1 ，国家规定的最高含量为1 0 0 0m g k 乎1 ，可见锌的含 量严重超标，有些研究表明农作物对锌的吸收是金属中最高的【6 1 1 ，应处理后才能施 用。近几年来发现了许多新的去除锌的方法，以有机酸和无机酸的化学法的去除率最 第三章北站工厂污泥中重金属的污染状况调查 大6 2 】。所以应根据该处理厂的经济和设备条件，选择合适的处理方法；黄泥中其他 金属均符合标准。 3 3 小结与讨论 ( 1 ) 从以上分析结果看出，北站工厂三种污泥样品中白泥和黑泥中的重金属达到 国家标准，而黄泥需要对锌进行处理后才可以施用。污泥中的重金属问题是其土地利 用的主要障碍。 解决污泥土地利用中的重金属污染问题有控制重金属总量和降低有 效性两条途径，但污泥中的重金属很难通过经济可行的手段去除。因此，控制其有效 性成为解决污泥土地利用中重金属污染问题的重要途径【6 3 耐】。 ( 2 ) 近年来，人们对污泥中重金属的去除技术进行了研究，一些去除土壤中重金 属的方法也应用到污泥中。最新研究的去除重金属的技术有：化学方法，生物淋滤法， 电动修复法，超临界流体萃取技术等【6 5 】。传统的处理方法有：堆肥化处理，生熟污 泥填埋，污泥焚化灰填埋，污泥投海等【矧。小城镇应用最多的是堆肥化处理，该处 理方法是污泥无害化、减量化和资源化的重要途径，并在许多国家得到广泛应用和推 广【6 7 1 。近几年，国内外学者开始采用添加钝化剂和改善堆肥技术等手段研究堆肥对 有机废弃物中重金属，并取得了新的进展：经高温好氧堆肥处理，污泥中的c u 、c r 、 n i 、c d 等重金属由有效性较高的结合形态向有效性较低的结合形态转化：堆肥处理 可以降低城市污泥中c u 、c r 、n i 、c d 的有效性，并随着堆肥时间的延长，其效果 更加明显 6 4 1 。 该方法不仅能改变重金属的形态，降低重金属的生物有效性，而且还能改变杀死 污泥中其他的致病菌、虫卵等有害物质【6 8 】。 第四章重金属镉对玉米种子萌芽的影响 第四章重金属镉对玉米种子萌芽的影响 由于某些企业将含有重金属镉的工业污水排放到河道或灌溉系统中以及农民长期 施用含有镉元素的化肥、农药等造成了土壤的严重污染。1 6 9 1 耕地土壤中的镉是农业生 产中一种主要的重金属污染物，因为其毒性较大，已受到广泛的关注。当作物组织中 镉浓度积累到一定水平时，就会出现毒害症状，包括生长迟缓、褪绿、矮化、产量下 降等症状，严重时甚至会导致作物死亡【7 0 1 。随着工业的发展，某些企业将大量的“三 废”直接排入到环境当中，造成大范围的环境污染。金属镉的毒性不强，但是其化合 物毒性很大。作业中的镉污染主要是由于生产过程中使用的镉及其化合物造成，如电 镀、电池生产过程等氯化镉对农作物生长危害也很大，其临界质量浓度为1 0 m g l ，灌 溉水中含镉o 0 4 m g l 时可出现明显污染。当镉在人体内的含量较高时，便会引起“骨 痛病。 4 1 材料与方法 4 1 1 供试材料 选择大小均匀的玉米2 0 0 粒，分成1 0 组，其中1 组为空白对照，其余9 组用不同浓度的 c d 溶液处理，每组三个平行试验。 4 1 2 方法 精选大小均匀一致的玉米，用0 0 2 m g l 高锰酸钾消毒后，用蒸馏水将种子清洗数次， 将其铺放在铺有滤纸的培养皿中，每1 1 1 11 0 粒，用不同浓度的c d 溶液浸泡种子。用 3 c o s 0 4 8 h 2 0 配制c d 溶液，浓度分别为1 o m g l 、2 0 m g l 、5 0 m g l 、10 o m g l 、2 0 o m g l 、 5 0 o m g l 、1 0 0 o m g l 、2 0 0 o m g l 、5 0 0 o m g l 。用去离子水作为对照培养，每个处理与对 照均为3 个平行。置室温( 2 5 。c 左右) 自然光照下发芽。【6 9 】 4 1 3 萌芽指标测定 玉米种子萌发的发芽势为处理后s a n 定( 发芽势= 前3 d 内正常发芽的种子数供试种子 重金属镉对玉米种子萌芽及生长的影响 数x1 0 0 ) ，发芽率为处理后7 d 钡1 定( 发芽率= 前7 d 内正常发芽的种子数供试种子数 1 0 0 ) 。待玉米长出真叶( 1 1 d ) 时测芽长与根长，以每l i l l l 0 株计算平均值。发芽指数与活力 指数的计算分别为g 发芽指数= g t d t ( g t 为t 时间内的发芽数，d t 为相应的发芽天数) ： 活力指数= 发芽指数x 芽长度。【6 9 1 4 2 结果与讨论 4 2 1c d 对玉米种子萌芽的影响 c d 是在低浓度下就表现毒性的元素【1 6 2 1 。它对玉米种子萌芽的胁迫作用从试验结果( 表 4 _ 1 ) 可知，当c d 浓度为1 0 m g b - - 2 0 m g l 时，发芽势和发芽率与空白对照基本一致，表 现为玉米对镉有一定的耐受性。当c d 浓度增大时，发芽势则逐渐减小，表现为抑制作用。 对玉米发芽率来讲，当c d 浓度为1 0 m g l - - 2 0 m g l 时，对玉米种子有刺激作用。而当c d 浓度增大时，玉米种子的发芽率则随着c d 浓度的增大而减小，即这时c d 对玉米萌芽表现 为抑制作用，因此，c d 对玉米种子胚的伤害随浓度的增大而增大。 表4 1c d 对玉米种子萌芽的影响 为了更直观的看到系列浓度的c d 溶液对玉米的萌发的影响，对根长和芽长分别 做一柱状图来观察。 从图4 1 中可以看出，当c d 浓度比较小( 小于2 m g l ) 时，根长比空白的稍长， 说明低浓度的c d 对根的生长有一定的促进作用，当c d 浓度大于5 m g l 时，根长越 来越短，当镉浓度为5 0 0 m e l 时，根长甚至为零，说明随着c d 浓度的增大，由促进 作用转变为抑制作用且抑制作用越来越大；从表4 _ 2 和图4 2 的种子芽长比较可以看 2 6 第四章重金属镉对玉米种子萌芽的影响 出，c d 浓度为2 m g l 时的芽长比空白时稍长，说明低浓度的c d 对芽的生长也有一 定的促进作用，当c d 浓度大于5 m g l 时，芽长与空白时芽长的差距开始明显增大， 到5 0 0 m g l 时的芽长与空白时芽长相差了6 厘米，说明随着c d 浓度的增大，c d 会 抑制芽的生长且抑制作用越来越大。此外，可以看出，c d 对玉米幼根的胁迫作用大 于对芽的胁迫作用，因此镉对玉米幼根造成的伤害，势必会影响玉米的生长及产量。 图4 2 不同浓度处理下玉米芽长的变化 4 2 3c d 对玉米种子发芽指数与活力指数的影响 发芽指数与活力指数可反应c d 对玉米萌发的胁迫情况，从表4 3 可以看出低浓 度的c d 对玉米发芽指数的影响不是特别显著，较低浓度( 0 o o m g l - 2 o o m g l ) 时， 发芽指数基本不受影响，而随着c d 浓度的增大，发芽指数逐渐降低，但变化不是太 大，当浓度为5 0 0 m g l 时发芽指数变化很大，说明浓度达到一定程度c d 对玉米萌芽 的胁迫很大。对玉米种子活力指数的影响从图4 3 中可以看出，当处理浓度为l m g l 和2 m g l 时均大于空白值，当镉浓度大于2 m g l 时，玉米的活力指数表现为活力指 数随浓度的增加而下降，即品质趋劣。这说明低浓度镉可以促进种子生长，高浓度镉 重金属镉对玉米种子萌芽及生长的影响 对种子生长起到抑制作用。 表4 - - 3 不同镉处理浓度的发芽指数和活力指数的变化 4 3 结论 研究镉对玉米种子萌发和幼苗生长及其生理生化特性的影响，结果表明， ( 1 ) 不同浓度c 耐玉米萌芽的影响不同，不同萌芽阶段对c d 的胁迫反应也不同。在 种子萌芽的前3 d ，c d 对发芽势的影响随浓度的增大逐渐表现为抑制作用，但作用不明显。 随着时间的增加，低浓度镉对玉米萌芽有刺激作用；随着镉浓度增加，对种子萌芽表现为 抑制作用。 ( 2 ) 从玉米的芽与幼根的生长状况可知，当c d 浓度为o o m g l 2 o m g l 时，对玉米根 的生长有刺激作用，2 0 m g l 为s k 米芽生长的最佳浓度；根与芽对比可知，c ( 耐玉米幼根 的胁迫作用大于对芽的胁迫作用。当镉浓度增大时，则主要表现为对玉米生长有抑制作用。 ( 3 ) 活力指数表现为在高浓度镉的胁迫下呈下降趋势。 第五章重金属镉对玉米蛋白含量的影响 第五章重金属镉对玉米蛋白含量的影响 随着工业得快速发展，重金属污染问题日益严重。镉是环境中危害较大的重金 属之一，由于灌溉、空气污染和化肥施用等引起的镉污染日益严重，给作物生长和人 畜健康造成了很大的危害，因而引起人们的重视和研究。但是很多研究只限于土壤临 界浓度，植物吸收积累等方面，对植物体内生理生化反应的研究较少。因此在镉处理 下，把作物的生长状况与相关的生理指标结合起来系统研究，在探讨镉胁迫机制、监 测作物受害程度和实施有效的保护上有着很大的意义和参考价值。本试验研究了玉米 在不同浓度镉的处理下其蛋白质的变化。 5 1 材料和方法 5 1 1 试验土壤 供试土壤采自校生物试验基地，土壤质地为黄棕壤。风干后过21 1 1 1 1 1 尼龙筛备用。 土壤基本性质如下：p h ( 水与土的重量比为5 ：1 ) 7 6 ，有机质3 6 3 9 k 9 1 ，全钾1 7 4 9 k 9 1 ， c e c ( 阳离子交换量) 2 15 9 m m 0 1 k f l ，全氮2 2 5 9 k 9 1 ，全磷0 7 5 9 k 分1 ，土壤全镉含量 为0 0 7 8 m g k g - 1 。【7 1 1 每盆加入风干过筛土样4 0k g ，向土样中加入营养液补充底肥。两天后分别将1 m g l 、2 m g l 、5 m g l 、1 0 m g l 、2 0 m g l 、5 0 m g l 重金属镉溶液与土样混合。播种 前苗床要浇透底墒水并保持2 m m 左右，每盆5 - 6 粒，待种子全部裂解后，覆盖2 m m 的细土，1 5 天后间苗，每盆选长势良好的一棵幼苗留下。生长期分别用不同浓度的 镉溶液浇灌( 浓度设为0 m g l 、l m g l 、2 m g l 、5 m g l 、l o m g l 、2 0 m g l 、5 0 m g l ) ， 每个处理重复3 次，土壤含水量保持田间持水量的6 0 。 5 1 2 试剂和器材 ( 1 ) 试剂： 1 标准蛋白质溶液：可用牛血清清蛋白预先经微量凯氏定氮法测定蛋白质的氮 含量，根据其纯度配制成l m g m l 的溶液。或根据牛血清清蛋白得紫外消光系数 a l c m i 6 来确定。 重金属镉对玉米种子萌芽及生长的影响 2 蛋白质试剂得配制：称取1 0 0 m g 考马斯蓝亮g 一2 5 0 溶于5 0 r a l9 5 7 , 醇，加 入1 0 0 m l8 5 ( w v ) 磷酸，将溶液用蒸馏水稀释定容倒1 0 0 0 m l 。试剂得最终浓度 为0 0 1 考马斯蓝亮g - 2 5 0 、4 7 ( v v ) 乙醇和8 5 ( w v ) 磷酸。 ( 2 ) 器材： t g l - - 2 0 1 v l b 台式高速冷冻离心机，购自湖南赛特湘仪离心机有限公司； i 一1 8 0 0 紫外可见分光光度计，购自北京瑞利分析仪器有限公司；微量注射器；试 管及试管架；刻度吸管 5 1 3 测试分析和统计方法 采用考马斯亮蓝染色法测定蛋白质含量 实验原理：1 9 7 6 年，b a d f o r d 建立了利用考马斯亮蓝5 0 与蛋白质结合得原 理，迅速、敏感的定量测定蛋白质的方法。染料与蛋白质结合后引起染料最大吸收峰 得改变，从4 6 5 n m 变为5 9 5 n m ，光吸收值增加。蛋白质一染料复合物具有高的消光 系数，因此大大提高了蛋白质测定得灵敏度，最低检出量为l u g 蛋白质。染料与蛋白 质的结合是很迅速的过程，大约只需要2 分钟，结合物得颜色在1 小时内保持稳定。 一些阳离子如k + 、n a + 、m 矿、( n h 4 ) z s 0 4 、乙醇等物质不干扰测定。由于染色法简 单迅速，干扰物质少，灵敏度高，现已广泛应用于蛋白质含量的测定。 5 1 4 操作步骤 ( 1 ) 标准方法 取含l 卜1 0 0 u g 蛋白质的溶液于小试管中，用双蒸水或缓冲液调体积至0 1 m l ， 然后加入5 m l 蛋白试剂，充分振荡混合，2 m i n 后于5 9 5 n m 测定光吸收值。以0 1 m l 双蒸水或缓冲液及5 m l 蛋白试剂作为空白对照。 ( 2 ) 微量蛋白质分析法 取含1 - 1 0 u g 蛋白质的溶液，用双蒸水调体积至0 8 m l ，加0 2 m l 蛋白质试剂，充 分振荡混合，2 m i n 后于5 9 5 n m 测定光吸收值，以0 8 m l 双蒸水及0 2 m l 蛋白质试剂 作为空白对照。 5 1 5 标准曲线的绘制 取6 支试管，按照表5 1 进行编号并加入试剂，充分混匀。用不同浓度得标准 第五章重金属镉对玉米蛋白含量的影响 蛋白质溶液作标准曲线，以蛋白质浓度为横坐标，光吸收值为纵坐标，绘制标准曲线 作为定量得依据。 表5 - 1 不同浓度下蛋白质的吸光度 5 1 6 蛋白质含量的计算 由样品液得吸光值查标准曲线及可求的蛋白质含量 5 2 结果与讨论 通过标准溶液