（环境工程专业论文）麻疯树复垦大宝山矿区及周边多金属酸性污染土壤的技术与机理研究.pdf

中山大学博士学位论文 量随c d 、p b 和多金属处理浓度的增加基本上呈增加趋势，从而不同程度地缓解 了单金属或多金属对麻疯树的毒害，提高了其对重金属的耐性；另外，麻疯树能 够在低酸和矿山多金属污染的环境中存活，是一种具有潜力的植物复垦材料。 2 增施石灰石和有机肥均能显著提高矿山多金属污染酸性土壤的p h 值和降低 金属有效态含量，其中增施低剂量的改良剂就能显著降低麻疯树体内的金属含 量，促进其生长，o 2 5 和o 5 石灰石分别是低污土和高污土的合适剂量，或 2 5 有机肥是高污土的适宜剂量；大宝山矿酸性土壤中的复合重金属毒性及由强 酸引起的a l 毒是抑制麻疯树生长的主要因子；多金属活性被抑制后，麻疯树可 以在p h ；一3 7 8 的矿山多金属酸性污染土壤中良好定植。 3 石灰石、粉煤灰和白云石在室内实验中均显著提高土壤p h 、降低其金属有效 态含量、增加麻疯树叶绿素含量和提高其生物量；3 种改良剂可同等程度地降低 麻疯树体内金属浓度；也降低了麻疯树叶抗氧化酶活i 生( s o d 、p o d 、c a t ) 、m d a 、 脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖、酸性s h 及谷胱甘肽含量，这表明3 种改良剂均 有效地缓解了多金属对麻疯树的毒害；综合考虑，石灰石是麻疯树复垦矿山污染 土壤的合适改良剂。 4 石灰石、粉煤灰和白云石改良在田间试验中显著降低了重金属可交换态，使 c d 、p b 和z n 主要向弱专性吸附态、铁锰氧化态及有机合结态转化，而c u 则向 铁锰氧化态及有机结合态转化，但对重金属残渣态无影响；同时提高了土壤p h 和降低金属有效含量，并明显增加了土壤中的过氧化氢酶、脲酶和酸性磷酸酶活 性；且土壤酶活性基本上与金属有效态含量呈显著负相关性；主成分析结果表明 在多金属矿山污染酸性土壤中，a 1 、c u 和p b 是影响土壤酶活性的主要因素，其 中舢的贡献最大。 5 石灰石、粉煤灰和白云石在田间试验中基本上不同程度地降低麻疯树各部位 金属浓度( 除茎材中c u 、p b 和z n 的含量外) ，显著地促进麻疯树生长和增加其生物 量，且促生效果随时间增加更显著；麻疯树细根中金属含量最高，且其累积金属 所占比例随时间的增加而增加；改良增加茎材累积重会属( c u 、p b 和z n ) 所占比例； 同时也增加麻疯树对金属的累积量，并随处理时间的增加而增加；金属主要储存 在麻疯树的茎材和根部。 6 从矿山多金属污染土壤中所筛选出两株伯克霍尔德菌属菌b u r k h o l d e r i a n 麻疯树复垦大宝山矿区及周边多金属酸性污染十壤的技术与机理研究 s p y n m 和b u r k h o l d e r i as p d b m 都具有溶解磷酸盐、分泌铁载体、产生吲哚乙 酸以及利用a c c 作为唯一氮源的特性。室内接种b u r k h o l d e r i as p y n m 和 b u r k h o l d e r i as p d b m 对土壤中的重金属无显著活化或钝化效果，增加了麻疯树 对p 的吸收及其叶绿素含量，从而使生物量分别增加了6 3 6 和3 7 1 。同时增 加了麻疯树对重金属的累积量和转运。另外，它们显著降低麻疯树叶中的p o d 活性，而b u r k h o l d e r i as p y n m 显著降低麻疯树叶片的m d a 和脯氨酸含量，缓 解了重金属对麻疯树的毒害。总之，接种伯克霍尔德菌属菌有利于麻疯树在污染 土壤中定植，但b u r k h o l d e r i as p y n m 的促生效果好于b u r k h o l d e r i as p d b m 。 7 b u r k h o l d e r i as p y n m 和b u r k h o l d e r i as p d b m 都增加了田间麻疯树的生物量；其 中在石灰石改良的土壤中接种b u r k h o l d e r i as p y n m 使麻疯树的生物量显著增加 了9 6 5 ；促生效果呈现微生物 一3 7 8 ) 3 i nt h eg r e e n h o u s ep o te x p e r i m e n t ，l i m e s t o n e ，f l ya s ha n dd o l o m i t es i g n i f i c a n t l y v 中山大学博十学位论文 i m p r o v e ds o i lp h ，d e c r e a s e dm e t a la v a i l a b l ec o n t e n t s ，i n c r e a s e dc h l o r o p h y l lc o n t e n t s a n dt h eb i o m a s so fj = c u r c a s t h em e t a lc o n t e n t si nt h et i s s u e so f c u r c a sw e r e r e d u c e dt ot h es a m ee x t e n tb yt h et h r e ea m e n d m e n t s ，a n da n t i o x i d a n te n z y m e a c t i v i t i e s ( s o d ，p o d ，c a t ) ，m d a ，p r o l i n e ，a c i d i ct h i o la n dg s h c o n t e n ti nt h e l e a v e sw e r ed e c r e a s e dw i t ht h es o i li m p r o v e m e n t ，w h i c hs u g g e s t e dt h a tm e t a lt o x i c i t y t ot h ep l a n tw a se f f e c t i v e l ya l l e v i a t e d a l lt h et h i n gc o n s i d e r e d ，l i m e s t o n ew a st h e r e a s o n a b l ea m e n d m e n tf o r c u r c a sr e c l a m a t i o no fd a b a om o u n t a i nm i n ep o l l u t e d s o i l s 4 i nt h ef i e l de x p e r i m e n t ，l i m e s t o n e ，f l ya s ha n dd o l o m i t ec o u l ds i g n i f i c a n t l yd e c r e a s e h e a v ym e t a le x c h a n g e a b l ef r a c t i o n ，c d ，p ba n dz nw e r em a i n l yt r a n s f o r m e di n t ot h e f o r mo fb o u n dt oc a r b o n a t e ，b o u n dt of e - m no x i d e sa n db o u n dt oo r g a n i cm a t t e ra n d ， c uw a st r a n s f o r m e di n t ot h ef o r mo fb o u n dt of e - m no x i d e sa n db o u n dt oo r g a n i c m a t t e r , h o w e v e r , h a dr i od i f f e r e n c e si nm e t a lr e s i d u a lf r a c t i o n ；t h r e ea m e n d m e n t s c o u l di m p r o v es o i lp h ，d e c r e a s eb i o a v a i l a b l em e t a lc o n t e n t sa n de n h a n c es o i le n z y m e a c t i v i t i e ss u c ha sc a t a l a s e ，u r e a s e ，a c i dp h o s p h a t a s e ，a n dt h es o i le n z y m ea c t i v i t i e s b a s i c a l l yc o r r e l a t e ds i g i n i f i c a n t l yn e g a t i v e l yw i t hb i o a v a i l a b l em e t a lc o n t e n t s r e s u l t o fp r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i ss h o w e dt h a ta i , c ua n dp bb i o v a i l a b l ec o n t e n t sw e r e l i m i t i n gf a c t o r so ft h es o i le n z y m ea c t i v i t i e s ，i nw h i c ha 1a c t i v i t yo c c u p i e dt h el a r g e r c o n t r i b u t i o n 5 i nt h ef i e l de x p e r i m e n t m e t a lc o n t e n t si nt h ep a r t so fzc g l r c o sw e r eb a s i c a l l y d e c r e a s e dt ot h ed e f f e r e n te x t e n t ( e x c e p tc u ，p ba n dz nc o n t e n t si nt h ew o o d s ) ，a n d r e m a r k a b l yi m p r o v e dt h eb i o m a s so fzc u r c a s ，t h eg r o w t hp r o m o t i n ge f f e c t i v e n e s s w a sm o r es i g n i f i c a n tw i t ht h et i m e ；m e t a lc o n c e n t r a t i o n si nt h ef i n er o o t sw e r et h e m a x i m u ma n dt h er a t i oo fm e t a la c c u m u l a t i o nw e r ei n c r e a s e dw i t ht h et i m e ；a n dt h e r a t i oo fh e a v ym e t a l ( c u ，p ba n dz n ) a c c u m u l a t i o ni nt h ew o o d sw a si n c r e a s e db yt h e s o i la m e n d m e n t s ；m e a n w h i l e ，m e t a la c c u m u l a t i o ni nzc u r c a sw a se n h a n c e da n dw a s i n c r e a s e dw i t ht i m e ；t h em e t a l sw e r em a i n l ys t o r e di nt h ew o o d sa n dr o o t so fz 6 b u r k h o l d e r i as p y n ma n db u r k h o l d e r i as p d b mw e r es c r e e n e df r o m m i n e p o l l u t e ds o i l s ，w h i c hc o u l dd i s s o l v ep h o s p h a t e ，s y n t h e s i z es i d e r o p h o r e s ，p r o d u c ei a a v i 麻疯树复垦大宝山矿区及周边多金属酸性污染土壤的技术与机理研究 a n du t i l i z e1 - a m i n o c y c l o p r o p a n e - 1 - - c a r b o x y l i ca c i d ( a c c ) a sas o l es o u r c eo f n i t r o g e n m e t a lb i o a v a i l a b l ec o n t e n t si ns o i lh a d n7 tb e e ne f f e c t e d b yi n o c u l a t i o ni n t h e g r e e n h o u s e t h eb i o m a s so f j c u r c c i sw a si n c r e a s e db yt h ei n c r e a s eo f pa c c u m u l a t i o n a n dc h l o r o p h y l lc o n t e n t sb yt h em i c r o b e s ，i nw h i c ht h eb i o m a s so f c u r c a sw a s i n c r e a s e db y6 3 6 a n d3 7 1 c o m p a r ew i t ht h a to ft h ec o n t r 0 1 r e s p e c t i v e l y ；t h e a m o u n to fm e t a la c c u m u l a t i o na n dt r a n s f e rf a c t o r sw e r ei n c r e a s e d ；p o da c t i v “i e si n t h el e a v e si ni n o c u l a t i o nt r e a t m e n ti ss i g n i f i c a n t l yl o w e rt h a nt h a to ft h ec o n t r o l ，a n d m d aa n dp r o l i n ec o n t e n t si nt h el a v e so f c u f c a si nb u r k h o l d e r i as p y n m t r e a t m e n tw e r es i g n i f i c a n t l yl o w e rt h a nt h a to ft h ec o n t r o l ，w h i c hm e t a lt o x i c i t yt ot h e p l a n tw a sm i t i g a t e db yb u r k h o l d e r i as p y n m i naw o r d ，i n o c u l a t i o no f b u r k h o l d e r i a s p w a sf a v o r a b l ef o rj c u f c a sg r o w i n gi nm i n ep o l l u t e ds o i l s ；a n dt h eg r o w t h p r o m o t i n ge f f e c to fb u r k h o l d e r i as p y n mo nzc u f c a sw a sb e t t e rt h a nt h a to f b u r k h o l d e r i as p d b m 7t h eb i o m a s so f j c u f c a $ w a ss i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e db yi n o c u l a t i o no f b u r k h o l d e r i a s p y n ma n db u r k h o l d e r i as p d b mi nt h ef i e l de x p e r i m e n t ，i nw h i c ht h eb i o m a s so f d c u r c a sw a si n c r e a s e db y9 6 5 c o m p a r et ot h a to f t h ec o n t r o li nl i m e s t o n et r e a t m e n t ； t h eo r d e ro ft h eg r o w t hp r o m o t i n ge f f e c t i v e n e s si sm i c r o o r g a n i s m s l i m e s t o n e 5 ( 格默尔，1 9 8 7 ；m u n s h o w e r , 1 9 9 4 ) 。通常认为在土壤p h = 6 5 时植物的营养成分可利用性是最大的且金属的毒 性最低( w o n g ，2 0 0 3 ) 。 另一种固定重金属的方法是向土壤中接种专性微生物( m o r e le la l 。，2 0 0 2 ) 。尽 管这些微生物数量较少，但由于它们的比表面积大，能富集土壤中相当多的金属。 研究者从金属污染的土壤中分离得到一种耐金属细菌r a l s t o n i ae u t r o t r p h ac h 4 ， 这种菌表面存在金属硫蛋白，可以生物吸附土壤浸提液中的c d ，并利用基工程 增强其吸附c d 能力，将这种细菌基因改良后接种到c d 污染土壤中可以降低c d 对烟草( n i c o t i a n ab e n t a m i a n a ) 毒害( v a i l se ta 1 ，2 0 0 0 ) ，但对田间土壤处理还没有 直接证据。微生物可以辅助金属固定和植物发育，它们的功能值得进一步研究。 ( 3 ) 成功复垦评价 目l j 关于植物复垦金属矿山高污染地方面的研究多集中在植物生长参数( 植 物生物量和覆盖百分比) ，其它方面也必须考虑：植物如何能够自我繁殖； 家畜动物毒性的极限，因植物地上部可能是进入食物链的一个主要来源 ( c a s t r o l a r r a g o i t i ae ta 1 ，1 9 9 7 ) ；矿山复垦中微生物群落变化往往被忽略 ( m u m m e y e ta 1 ，2 0 0 2 ) 。非自养型微生物群落与植物定植有关，植物一微生物之间 的关系在促进营养循环、土壤团聚和植物营养吸收等方面起着重要作用( b e a r d e n e ta 1 ，2 0 0 0 ；m o y n a h a ne ta 1 ，2 0 0 2 ；m e n d e ze la 1 ，2 0 0 7 ；r o s a r i oe ta 1 ，2 0 0 7 ) ，在矿 山废弃中非自养型微生物数量必须增加，取代占优势的产酸的自养型铁和硫氧化 细菌，且土壤结构随异养型微生物群落的恢复和有机物质的循环恢复而得到改 善；对植物复垦进行长期研究和调查。 1 3 4 植物复垦存在问题 目前植物复垦主要存在以下几个问题：( 1 ) 植物复垦实际应用较少，对重金 属的长期固定了解甚少；( 2 ) 适合在高污染地中生长的耐多金属型植物品种较少； ( 3 ) 采用合适改良剂改善植物生长环境提高植物成活率，就每个废弃地而言，有 必要优化选择植物品种、探索植物生长条件并优化改良剂用量以降低修复成本； ( 4 ) 植物复垦后，土壤中的金属形态及变化动态尚需进一步较系统的研究。 7 中山大学博士学位论文 1 4 植物的解毒机制研究进展 土壤中的重金属对植物的生长、发育、繁殖等造成一定影响。然而，尽管 重金属对植物产生毒害作用，但还有大量植物能在含有重金属的土壤中生长。在 这种土壤中生长的植物本身会发生一系列生理生化以及分子生物学方面的变化， 形成特定的耐性机制，以适应变化了的环境。 1 4 1 酶和非酶物质调节作用 重金属对生物体主要有两种不同的消极影响过程：( 1 ) 金属通过与s h 基结 合使这些酶钝化( s i n h ae ta 1 ，2 0 0 5 ；m i s h r ae ta 1 ，2 0 0 8 ；m i s h r ae ta 1 ，2 0 0 9 ) ；( 2 ) 重 金属引起植物体内活性氧的产生( s e t he ta 1 ，2 0 0 8 ) 。这两个过程破坏了细胞结构 和新陈代谢，同时相互联系和刺激，导致酶失活或电子传递系统失效，从而使得 细胞活性氧快速产生，活性氧主要包括超氧自由基、羟基自由基和过氧化氢等， 这些自由基能够快速与d n a 、膜脂、蛋白质反应伤害细胞。 在植物长期进化过程中，逐渐形成清除这些活性氧自由基的防御系统( r u l e y e ta 1 ，2 0 0 4 ) 。酶清除剂主要有超氧化歧化酶( s o d ) 、过氧化氢酶( c a t ) 、过氧化物 酶( p o d ) 、抗坏血酸过氧化物酶( a p x ) 、脱氢抗坏血酸酶( d h a r ) 和谷胱甘肽还原 酶( g r ) 等酶。非酶性抗氧化剂主要包括：抗坏血酸( a s a ) 、谷胱甘肽( g s h ) 、类 胡萝b 素( c a r ) 、半胱氨酸( c y s ) 等( s h r ie ta 1 ，2 0 0 8 ) 。其中谷胱甘肽( g s h ) 含有巯 基，具有很强的氧化还原特性，可有效地缓解重金属离子对植物毒害，如清除活 性氧等自由基，使植物在重金属的胁迫下能正常的生长( m i s h r ae ta 1 ，2 0 0 9 ) 。 1 4 2 重金属区室化 细胞壁和液泡是植物积累重金属的主要场所。其中细胞壁是重金属离子进 入植物第一道屏障，对重金属有沉淀作用能阻止重金属进入细胞原生质，从而减 轻重金属对植物的毒害( b r u n n e re ta 1 ，2 0 0 8 ；w a im u ne ta 1 ，2 0 0 8 ；o l i v ae ta 1 ， 2 0 0 9 ) 。如超富集植物长柔毛委陵菜体内的重金属z n 、p b 和c d 主要分布在细胞 壁和可溶性部分，即细胞固持、液泡区室化是其耐受重金属污染的机制之一( 周 小勇等，2 0 0 8 ) 。 1 4 3 螯合作用 8 麻疯树复垦大宝山矿区及周边多金属酸性污染i ：壤的技术与机理研究 植物螯合素( p c s ) 螯合重金属。植物螯合素( p c s ) 由植物体内一系列低分子 量、能够结合金属离子的多肽组成( m i s h r ae ta l ，2 0 0 9 ) 。c u 、c d 、z n 、p b 和a s 等多种重金属均可诱导植物p c 的合成( m i s h r ae la 1 ，2 0 0 9 ；a n d r ae ta 1 ，2 0 0 9 ) ， p c s 与金属离子螯合后形成无毒的化合物，降低了细胞内游离的重金属离子浓 度，从而能够减轻重金属对植物的毒害作用( r a u s e he ta 1 ，2 0 0 5 ；m i s h r ae ta 1 ， 2 0 0 9 ) 。 金属硫蛋i 兰t ( m t s ) 结合重金属。金属硫蛋白是自然界中普遍存在的一种低分 子量、富含半胱氨酸的蛋白质。与p c s 一样，金属硫蛋白能够通过半胱氨酸的巯 基与多种重会属配位结合，使重金属离子以无害的蛋白结合形式存在，从而降低 重金属离子的毒性，它对于z n 2 + 和c u 2 + 的解毒效果尤为明显( n a t h a l i ee ta 1 ，2 0 0 1 ) 不过，目前大部分耐性植物往往只对某种金属具有耐性，而对多金属耐性 植物品种较少( y ee ta 1 ，1 9 9 7 a ，1 9 9 7 b ；唐世荣，2 0 0 0 ) ，且对植物吸收、运输、富 集和耐受重金属的生理生化和分子机理还不完全清楚。现有关植物吸收重金属的 生理及分子机制研究大多集中在超富集植物t h l a s p i 属对吸收z n 和n i 机理研究上， 对植物的多金属耐性机制的研究进展缓慢，因此有必要增强这一方面的研究。 1 5 微生物在矿山修复中的应用 1 5 1 重金属对微生物群落的影响 毒性金属对土壤微生物的数量及其活动有严重影响。主要表现在生物量减少 及活动降低，这些变化限制了其它的重要土壤过程如有机物质降解。另外由毒性 金属污染物而引起的微生物群落结构的变化可能导致微生物活性降低如有机污 染物降解能力改变。但是，由于微生物群落对金属的敏感性和隔离能力，微生物 已经应用于生物修复重金属污染土壤中( k a oe la 1 ，2 0 0 6 ) 。虽然目前研究者对金属 污染的土壤中微生物群落进行了大量研究，但是对于生长在由重金属高度污染土 壤中的植物的根际微生物群落的研究仍较少。由于根部分泌物作用，土壤中根围 细菌较多，反过来这些细菌( 包括根际微生物) 促进植物生长( p e n r o s ee la 1 ，2 0 0 1 ) 。 这种植物一细菌系统更能有效地去除重金属。 1 5 2 微生物促进植物生长的相关机理 微生物能够通过合成a c c 脱氨酶促进植物生长。具有a c c 脱氨酶的根际微生 o 巾山大学博+ 学位论文 物能够从各种植物的根际中分离得至u ( b e l i m o ve ta 1 ，2 0 0 0 。这些细菌能够产生水 解和降低乙烯前驱物a c c 的含量的a c c 脱氨酶，减少植物合成乙烯( g l i e k ， 2 0 0 3 ) ，从而刺激不同植物品种的根系生长如印度芥菜( b u r de ta 1 ，2 0 0 0 ；b e l i m o v e ta 1 。2 0 0 1 ) 。如果植物受到病原体的侵害，植物体内的乙烯浓度会增加。在病原 体存在情况下，外部乙烯增加了病原体侵害程度，而且乙烯合成抑制剂主要降低 了传染性的程度。同样，在重金属胁迫下，具有a c c 脱氨酶活性的促生菌，降低 了重金属对植物的胁迫，缓解了重会属对植物的毒性。 更重要的是，一些根际细菌通过合成其它的化合物，如含铁细胞，吲哚乙酸 ( i a a ) 和重金属的拮抗物质以及通过某些代谢途径的刺激作用，如固定氮和吸收 氮、磷、硫、镁、钙和其他营养元素等，能够促进植物生长。如在c d 2 + 离子的胁 迫下，细菌会合成植物激素o a a ) 使得植物根部吸收更多的c d 2 + ( p i s h c h i ke ta 1 ， 2 0 0 5 ) ，这可能是重金属离子刺激了细菌合成这些生长激素，促进了植物对c d 2 + 的吸收，但是重金属离子浓度过高会抑制这些物质的合成，因为细菌在这种环境 中无法生存。如何提高根际对重金属的耐性及对其相关耐性机制的了解，对根际 微生物在污染环境中的应用具有重要的意义。 根际细菌分泌物在根际细菌联合植物修复的机理中起着重要作用。一方面防 治植物病害，另一方面通过固氮、合成铁载体和产生刺激植物生长的激素如植物 激素和细胞分裂素、溶解磷酸盐等矿物质( k l o e p p e re ta 1 ，1 9 8 9 ；g l i c k ，1 9 9 5 ) 。根 际细菌产生的铁载体是一种金属螯合齐u ( l e o n g ，1 9 8 6 ) ，这些有机物质能够明显 增强土壤铁的生物有效一i 生( k a n a z a w ae ta 1 ，1 9 9 4 ) 。据报道在重金属污染土壤上的 植物往往缺乏铁元素，而由根际促生菌产生的铁载体可以帮助植物吸取足量的铁 ( b u r de ta l ，2 0 0 0 ) ，从而能使植物在重金属的胁迫下良好生长。 1 5 3 存在问题 虽然根际微生物在植物修复重金属污染土壤中应用有大量的报道，但是这 个过程机理以及根际微生物与植物根部和其它细菌之间的关系如何还有待进一 步研究；大部分利用根际微生物的生物修复工作是在实验室和温室中完成的，在 生态复杂的大田中修复应用效果如何，还需有大量的试验来验证；对微生物耐性 机制还需进一步了解，利用根际微生物提高植物对污染物的耐性和优化植物修复 技术还有待进一步研究。 l o 麻疯树复垦大宝山矿区及周边多金属酸性污染十壤的技术与机理研究 1 6 本研究问题提出 矿山开采产生大量的有毒有害废弃物给矿区周边环境造成严重伤害。矿山 污染土壤的植物复垦面临的困难主要有：极端p h 、高浓度金属残留、高盐分含 量、保水能力差和营养元素缺乏( w o n ge ta 1 ，1 9 9 8 ；y ee ta 1 ，2 0 0 0 ) 等造成植被很难 在矿山污染土壤中生存。在矿山污染土壤中的原位修复技术中，植物复垦适用于 长期复垦矿山污染土壤( t o r d o f fe ta 1 ，2 0 0 0 ) 。其能有效地防止风水侵蚀，提高土 壤营养条件。理想中用于植物复垦矿山多金属污染土壤的植物材料应该具有耐金 属、耐盐和耐贫瘠以及耐干旱等特点，同时也应具有非食用性和经济价值等优点。 但目前具有这些特征并用于植物复垦强酸性多金属污染土壤的植物较少，而且金 属耐性植物往往只是对专一金属具有耐性，对多金属具有耐性植物甚少，同时对 植物多金属耐性机理和固定机制还缺乏系统研究。以上的因素严重限制了矿山及 周边多金属污染土壤的植物复垦技术的大面积推广。 广东省大宝山矿区由于长期受到酸性矿山废水的污染，矿区周边地区c d 、 c u 、z n 、p b 等重金属严重超标，严重威胁食品安全和人体健康。由于受经济条 件的限制，首先要考虑土壤的综合利用。针对大宝山矿区及周边被污染的土壤具 有低p h 值和高浓度多金属污染的现状，利用超富集植物来修复是不切合实际的， 有效的办法是可能在土壤改良的基础上进行植物稳定，降低土壤中重金属的移动 性，阻碍重金属离子迁移，从而提高作物生长、增加产量和提高经济效益( l ie ta 1 ， 2 0 0 6 ) ，达到边生产边修复的目的。 1 7 研究目的和意义 矿山重金属污染给矿山周边及水体下游居民的生活质量和重要农副产品的 绿色程度带来隐患污染，治理和修复矿山重金属污染是亟待解决的问题之一。另 外，随着化石能源日渐消耗，生物质能源日益受到许多国家关注。以不进入食物 链的油料作物作为植物修复材料，利用它们来治理和修复矿山重金属污染土壤， 同时减少对人们矿物能源的依赖，保护矿山污染的生态环境，解决矿山污染土地 修复以及能源可持续发展的重要问题，具有广阔的市场和巨大的环境效益、经济 效益和社会效益。 目前，国内对植物修复重金属污染土壤尚处于起步阶段，同时由于修复植物 中山大学博十学位论文 品种资源的限制，能源植物对耐受多金属污染土壤的机理与修复技术的研究甚 少。鉴于此，本研究拟以能源植物麻疯树植物种质资源为研究对象，以建立 重金属污染土壤的综合修复技术为目标，通过研究不同程度重金属污染土壤阐明 麻疯树对重金属的耐性机制、最佳生长条件以及对污染土壤的生物效应；为多金 属复合污染土壤生物修复最佳模式的建立以及植物修复技术在我国的推广应用 提供科学依据。 因此本项目利用能源植物麻疯树修复矿山多金属污染土壤的研究有着 广泛的应用前景。该植物修复技术不仅可解决土壤污染问题，同时产生绿色生物 质能源材料麻疯树种子。由此可见，利用油料植物修复技术不仅有良好的环 境效益和生态效益，且兼具良好的商业化应用前景，更符合我国的国情。 1 8 研究内容和技术路线 因此本研究以非食用性能源植物麻疯树为植物修复材料，通过盆栽土 培试验研究单c d 、p b 及大宝山矿复合重金属污染对其生理生化指标的影响，为 深入研究多金属对麻疯树的毒害及耐金属机制提供参考。同时通过土壤基质改良 ( 石灰石和有机肥) 研究了限制麻疯树的生长因素并优化其生长条件，和研究无机 土壤改良剂和生物改良剂对麻疯树的生长、生理指标、重金属积累、分布和耐性 以及土壤重金属化学形态变化的影响，为进一步开展大宝山矿山多金属污染酸i 生 土壤治理、植物复垦工程示范提供实践经验和理论依据。 1 2 麻疯树复垦大宝山矿区及周边多金属酸性污染十壤的技术与机理研究 技术路线示意图 1 3 巾山大学博+ 学位论文 参考文献 a l v a r e n g 只g o n 9 a l v e sa 只f e r n a n d e srm ，e ta 1 o r g a n i cr e s i d u e sa si m m o b i l i z i n ga g e n t si n a i d e dp h y t o s t a b i l i z a t i o n ：( i ) e f f e c t so ns o i lc h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c s 【j 】c h e m o s p h e r e ，2 0 0 9 ， 7 4 ( 1 0 1 ：1 2 9 2 - 1 3 0 0 a l v a r e n g a 只g o n 9 a l v e sar f e r n a n d e srm ，e ta 1 e v a l u a t i o no f c o m p o s t sa n dl i m i n gm a t e r i a l si n t h ep h y t o s t a b i l i z a t i o no fam i n es o i l u s i n gp e r e n n i a lr y e g r a 【j 】s c i e n c eo ft h et o t a l e n v i r o n m e n t ，2 0 0 8 ，4 0 6 ( 1 2 ) ：4 3 - 5 6 a i v a r e n g a 只p a l m a 只g o n g a l v e sa 只e ta 1 o r g a n i cr e s i d u e s 够i m m o b i l i z i n ga g e n t si na i d e d p h y t o s t a b i l i z a t i o n ：( i i ) e f f e c t so ns o i lb i o c h e m i c a la n de c o t o x i c o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c s 【j 】 c h e m o s p h e r e ，2 0 0 9 ，7 4 ( 1 0 ) ：1 3 0 1 - 1 3 0 8 a n d r ass ，d a t t a s a r k a rd ，e ta 1 a n a l y s i so fp h y t o c h e l a t i nc o m p l e x e si nt h el e a dt o l e r a n t v e t i v e rg r a s s 【v e t i v e r i az i z a n i o i d e s ( l ) 】u s i n gl i q u i dc h r o m a t o g r a p h ya n dm a s ss p e c t r o m e t r y 【j 】e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n , 2 0 0 9 ，d o i ：10 1016 j e n v p 0 1 2 0 0 9 0 2 014 b e a r d e nbn ，p e t e r s e nl i n f l u e n c eo fa r b u s c u l a r m y c o r r h i z a lf u n g io n s o i ls t r u c t u r ea n d a g g r e g a t es t a b i l i t yo f av e r t i s o l 【j 】p l a n ta n ds o i l ，2 0 0 0 ，2 1 8 ：1 7 3 - 1 8 3 b e l i m o vaa ，s a f r o n o v avi ，s e r g e y e v ata ，e ta 1 c h a r a c t e r i z a t i o no fp l a n tg r o w t hp r o m o t i n g r h i z o b a c t e r i ai s o l a t e df r o mp o l l u t e ds o i l sa n dc o n t a i n i n gl - a m i n o c y c l o p r o p a n e - l c a r b o x y l a t e d e a m i n a s e j 】c