（环境科学专业论文）镉污染土壤的植物修复研究.pdf

但向叶片转运的能力却很小 4 鸡冠花地上部和地下部对c d 的吸收富集的量虽然不大 但是当 土壤c d 浓度在5m g k 时 地上部富集的c d 含量大于地 g 5 0m g k g 下部的c d 含量 说明在这一浓度区域内鸡冠花地上部的转运艟力较 好 把重金属c d 都已经从地下转移至地上部 当土壤中c d 浓度为 5 0 m g k g 1 0 0 m g k g 时 其地上部 地下部的富集规律满足地下部 地 上部 也说明了随着土壤镉浓度的不断升高 鸡冠花地下部向地上部 转移c d 的能力在不断降低 5 茶花风仙虽然地下部的含c d 量都超过了c d 超富集植物的标准 但是地上部的含c d 量较低 而且地上部的富集系数和转运系数也都较 小 不能将其用于修复c d 污染的土壤 6 本试验所研究的2 0 种植物当中 向日葵 人苋菜 蓖麻 紫花 苜蓿 白萝卜 金鱼草 须苞石竹 绿豆 荷兰豆 茼蒿 生菜以及 圆叶菠菜地上部和地下部富集c d 的含量都比较少 尤其是蓖麻 绿豆 以及荷兰豆 这三种植物富集c d 的含量为最高为3 8 7 m g k g 8 4 7 m g k g 和5 2 2 m g k g 因此 这十二种植物不能作为富集植物修复 c d 污染的土壤 7 黄心乌地上部和地下部积累的c d 含量虽然没有达到或者超过 l o o m g k g 但是 随着土壤中c d 浓度的不断升高 黄心乌地上部和地 下部对c d 的富集含量在不断增加 而且当 壤c d 浓度为i o o m g k g 时 黄心乌地上部c d 含量为9 4 9 7 m g k g 接近c d 超富集植物的临界 浓度 因此 还需要更进一步的试验来判断黄心乌对c d 污染土壤的修 复能力 8 通过实验发现大部分植物对c d 吸收积累的量随土壤中c d 处理浓 度的增大而增加 而少数几种植物在高浓度时的变化规律不明显 这 是因为高浓度下过量的 c d 对植物的生理生化产生了毒害作用 并且植 物会改变对c d 的吸收来保证自身的正常生长 例如 向日葵体内c d 含量在o m g k g5 0 m g k g 时随土壤中c d 浓度的升高而增加 但在 5 0 m g k g l o o m g k g 时 随土壤中c d 浓度的升高而降低t 说明了向日 葵在o m g k g 5 0 m g k g 时对c d 污染的土壤的修复效果较好 9 c d 在一定的低浓度范围时对修复植物的生长有促进作用 而在 高浓度时 对植物的生长会产生抑制作用 由于不同植物种类其生理 特性不同 c d 对植物产生毒害作用的临界浓度以及对植物生长产生的 抑制程度也有差别 例如 茶花凤仙 人苋菜 紫花苜蓿以及苘蒿受 c d 毒害的l 临界浓度为5 m g k g 百日草 向日葵的l 临界浓度为2 5 m g k g 而蓖麻和圆叶菠菜受c d 毒害的浓度为5 0 m g k g 关键词 植物修复 超积累植物 重金属 c d 土壤污染 n i r e s e a r c ho nt h ep h y t o r e m e d i a t i o no fs o i l p o l l u t i o nb yc d w e i l i a n g h u a n a b s t r a e t t h er e p a i ro ft h es o i lp o l l u t i o n n o to n l yi sah o tr e s e a r c hf i e l d o ft h ec u r r e n te n v i r o n m e n t a ls c i e n c e b u ta l s oo n eo ft h em o s tc h a l l e n g e d r e s e a r c hd i r e c t i o n s t h ep o l l u t i o no fh e a v ym e t a lt os o i lh a st h ec h a r a c t e r s o fd i s g u i s i n g l a g g i n g a c c u m u l a t i n ga n di r r e v e r s i b l e w h i c hw a se v e n h a r d e rt h a nt h a tt oa i ra n dw a t e r a n da l s oh a r dt ob ef i n do u t s oi t sv e r y e s s e n t i a lt of i n di to u ti ne a r l yd a y sa n dr e p a i ri ti nt i m e n o w d a y s t h e t e c h n i q u eo fp h y t o r e m e d i a t i o n b e c a u s eo fi t ss a f e l o w p r i c e dc h a r a c t e r s i s b e c o m i n gah o ts u b je c t a n d i s r e l a t i v e l ys u i t a b l e f o ra d o p t i n gi n d e v e l o p i n gc o u n t r i e s s oi t s av e r yn e wp r o m i s i n gt e c h n o l o g y o nt h e b a s i so ft h er e s e a r c ha b o u tt h i ss u b j e c tb o t ha th o m ea n da b r o a d w e s e l e c t e d2 0d i f f e r e n tk i n d so fp l a n t si nd i f f e r e n td e n s i t yo fc dp o t s e x p e r i m e n ti no u t d o o r s t h r o u g hd e t e r m i n i n gb i o m a s s c o n c e n t r a t i o no f c d t h ee n r i c h m e n tc o e m c i e n ta n dt r a n s f o r m a t i o nt o e f f i c i e n to fp l a n ta n d a n a l y s i n gt h er e g u l a t i o f io fi t sg r o w t ha n de n r i c h m e n t t oc h o o s ep l a n t w h i c hc o u l dr e p a i rt h es o i lo fc dp o l l u t i o n t h em a j o rr e s u l t so ft h i ss t u d ya r ea sf o l l o w s 1 t h e r ea r et h r e ei n d e x e sw h i c hw e r es e l e c t e df o rt h es c r e e n i n gi n d e x t h ef i r s ti st h ec o n c e n t r a t i o no fc di na b o v e g r o u n dt i s s u ea n d d o w n g r o u n dt i s s u eo fp l a n t s t h es e c o n di st h ee n r i c h m e n tc o e f f i c i e n ti n r o o t s c a u d i c e sa n dl e a v e s t h et h i r di st h et r a n s f o r m a t i o nt o e f f i c i e n ti n a b o v e g r o u n dt i s s u ea n dd o w n g r o u n dt i s s u eo fp l a n t s a c c o r d i n gt ot h e s e l e c t i n gi n d e x e s e i g h tp l a n t sw e r es e l e c t e do u tf r o m2 0p l a n t sw h i c h m a yb eu s e d f o rr e p a i r i n gt h es o i lo fc dp o l l u t i o n a c c o r d i n gt ot h e e n r i c h m e n tc a p a b i l i t yo fp l a n t s t h es e q u e n c ei sv i o l at r i c o l o rv a r h o r t e e a r h o r t e n s i sd c g r e e nv e g e t a b l e s t a g e t e sp a t u l a 上 z i n n i ae l e g a n s j a c q c e l o s i sc r i s t a t a i m p a t i e n s b a l s a m i c a h u a n gx i n c r o wa n d c h r y s a n t h e m u ms o r o n a r i u ml 2 t h ec o n c e n t r a t i o no fc di na b o v e g r o u n d t i s s u eh a se x c e e d e d i v 1o o m g k g w h e nt h e d e n s i t y o fc di nt h es o i li s 7 5 m g k g t h e c o n c e n t r a t i o no fc do fv i o l at r i c o l o rv a r h o r t ev a r h o r t e n s i sd c a n d d a q i n g c a ia r e1 0 8 3 0 m g k ga n d1 0 2 7 0 m g k g w h e nt h ed e n s i t yo fc di n t h es o i li s lo o m g k g t h ec o n c e n t r a t i o no fc do ft a g e t e sp a t u l ali s 1 0 1 7 0 m g k g t h et r a n s f o r m a t i o n c o e f f i c i e n t c h a n g e l i k et h e s e t h e t r a n s f o r m a t i o nt o e f f i c i e n to fv o l at r i c o l o rv a r h o r t ev a r h o r t e n s i sd ci s b i g g e r t h a n0 9 e x c e p tw h i c h i so 4 7w h e nt h e d e n s i t y o fc di s 1 0 0 m g k g a n dt h et r a n s f o r m a t i o nc o e f f i c i e n to fd a q i n g c a ii sb e t w e e no 4 9 a n d1e x c e p tw h e nd e n s i t yo fc a d m i u mi s5 m g k gw h i c hi sb i g g e rt h a n1 t r a n s f o r m a t i o nc o e f f i c i e n to ft a g e t e sp a t u l a i sb i g g e rt h a n1 o n l yw h e n t h ed e n s i t yo fc a d m i u mi s5 m g k g o t h e rc a d m i u md e n s i t yi ss m a l l e rt h a n 1 t h e r e f o r e t h ep h y t o r e m e d i a t i o ne f f i c i e n c yo ft h e s et h r e ek i n d so f p l a n t s i sv i o l at r i c o l o rv a r h o r t ev a r h o r t e n s i sd c d a q i n g c a i t a g e t e sp a t u l a 三 3 w h e nt h ed e n s i t yo fc di nt h es o i li s5 0 m g k g t h ec o n c e n t r a t i o no f c di nd o w n g r o u n dt i s s u eo fz i n n i ae l e g a n sj a c qi s 110 7 9m g k g w h e n t h ed e n s i t yo fc di nt h es o i li s10 0 m g k g t h ec o n c e n t r a t i o no fc di n a b o v e g r o u n dt i s s u ei s9 4 51m g k g a p p r o a c ht ot h ec r i t i c a lc o n c e n t r a t i o n o fh y p e r a c c u m u l a t o r t h et r a n s f o r m a t i o nc o e f f i c i e n to fi na b o v e g r o u n d t i s s u e 地上部 而且随着土壤种c d 处理水 平的增大 地上部和地下部曲线之间的距离也逐渐增大 表明在高浓度 区域时茶花凤仙地上部的转运能力受到c d 的抑制而有所下降 鸡冠花地上部和地下部对c d 富集积累的浓度曲线见图1 8 鸡冠花 对c d 的富集量不高 没有达到超富集植物的标准 但是其富集c d 的曲 线变化图与其它的植物种类稍有不同 6 0 0 0 摹5 0 0 0 篓舍4 0 0 0 墨毫3 0 o o 基5 2 0 0 0 帮1 0 o o 0 0 0 一地下 口一地上 05 2 5 5 07 51 0 0 土壤中镉浓度 m g k g 圈1 8 鸡冠花对诵富集的浓度曲线 从图中可以看出 当土壤中c d 浓度为5 m g k g 5 0 m g k g 时 鸡冠 花地上部 地下部对c d 的富集规律是地上部 地下部 也就是说当土壤 中c d 浓度为5 m g k g 5 0 m g k g 时 鸡冠花体内的c d 含量已经开始从地 下部向地上部转移 但是转移的效率随着c d 浓度的不断升高而降低 当 土壤中c d 浓度为5 0 m g k g l o o r s g k g 时 其地上部 地下部的富集规律 是地下部 地上部 也说明了鸡冠花地下向地上转移c d 的能力在不断降 低 因此 鸡冠花在土壤c d 浓度为5 m g k g 5 0 m g k g 时的修复效果会 比较好 但随土壤c d 浓度的继续增加 修复效果也会随之降低 百日草体内各部位c d 含量与土壤中c d 浓度之间的关系曲线见图 1 9 x 地下 o 一地上 o52 55 07 51 0 0 土壤中镉浓度 m g k g 圈1 9 百日草富集镉的旅度曲线 从图中可以看出 随土壤中c d 浓度的增加 百日草根 茎 叶中 的c d 含量呈上升趋势 当土壤中c d 浓度为7 5m g k g i o o m g k g 时 百日草 地下部c d 含量在土壤c d 浓度为5 0 m g k g 时就已经超过了i o o m g k g 达到1 1 0 7 9m g k g 而地上部的c d 含量在土壤中c d 浓度为i o o m g k g 时才达到9 4 5 1 m g k g 而国际上对超富集植物的定义是必须满足植物地 上部重金属含量达到或者超过所要求的临界值含量以及转运系数 l 的 条件 面对c d 的超富集植物的定义具体为植物叶片或地上部 干重 中含c d 量达到或超过1 0 0 m g l k g 同时满足转运系数 1 的条件 也就 是说百日草并没有达到c d 超富集植物的标准 但是从图中曲线走势可 以看出 随着土壤中c d 浓度的继续增加 百日草体内富集吸收c d 的含 量也有可能继续升高 因此 百日草能否作为修复植物用于c d 污染的 4 0 o 0 0 o o o o o o 0 o o o o 0 o o o 0 o o o 0 o o o o o 5 o 5 o 5 o 5 4 3 3 2 2 l l 兰裔m 一郇曙爱葚s靶 土壤 还需进一步的试验来证明 孔雀草各部位富集c d 的浓度曲线如图2 0 所示 分析图中变化规律可知 孔雀草地上部和地下部的c d 含量随土壤 c d 处理水平的增大而增加 并且在土壤c d 浓度为1 0 0 m g k g 时 孔雀草地 上部富集的c d 含量为1 0 1 7 0 m g k g 已经很超过c d 超富集植物的标准 孔雀草各部位含c d 量与大部分植物对重金属的富集规律地下部 地上 部相符合 可见孔雀草将重金属c d 主要存储在根部 但是当土壤c d 浓 度为1 0 0 m g k g 时 其根种富集c d 的含量有所下降 当土壤中c d 浓度为5 m g k g 5 0 m g k g 时 孔雀草地上部和地下部 富 x 一地下 o 一地上 o52 55 07 5l o o 土壤中镉浓度 m g k g 图2 0 孔雀草富集镉的浓度曲线 集c d 的浓度曲线之间的距离比较近 也就是说地上部的转运能力比较 好 但是当土壤中c d 为5 0 m g k g l o o m g k g 对 孔雀草从地下向地上 转运c d 的能力在不断降低 由此可见 当土壤c d 浓度处于5 m g k g 5 0 m g k g 时 孔雀草作为 一种c d 的修复植物对污染土壤的修复效果会比较好 但是随着浓度的 继续升高 孔雀草的修复c d 污染的能力也在不断下降 大青菜地上部和地下部吸收c d 含量与土壤中c d 浓度之间的变化曲 线如图2 l 所示 4 l o 0 0 o o 0 0 0 0 0 0 o o 0 o 0 o 0 o o o o 5 0 5 o 5 3 2 2 l l 呈 a山 一舡爨最肇霉辑 x 地下十地上 52 55 07 51 0 0 土壤中镉浓度 m g k g 图2 l 大青菜富集镉的浓度曲线 从图中可以看出 大青菜地下部和地上部富集c d 的含量在土壤中 c d 浓度为1 0 0m g l k g 时分别为2 0 4 3 6 m g k g 和1 0 8 4 9 m g k g 符合国际 上对c d 超富集植物的定义 但是随着土壤中c d 浓度的增加 地上部与 地下部曲线之间的差距越来越大 表明大青菜地上部的转运能力随着土 壤中c d 浓度的不断上升在逐渐降低 2 第二批的十种植物 从表6 可以看出 金鱼草 须苞石竹 绿豆 荷兰豆 生菜以及圆 叶菠菜根 茎 叶中的含c d 量都比较少 与超富集植物的标准相差很 远 在此就不再多做赘述 而将其余四种植物的体内c d 含量与土壤中 c d 浓度的关系曲线作以详细说明 蒸卜二二 x 霎1 0 0 0 0 0 艺二 一 辩 0 0c 么 土壤中镉浓度 m g k g 图2 2 茶花凤仙富集镉的浓度曲线 o 0 o o o o o 0 o o o o o 0 0 0 o 0 5 o 5 o 5 2 2 1 1 硼 扣晕罡棼s靶 第二批种植的茶花风仙地上部和地下部富集c d 含量的多少随土壤 中c d 浓度变化的趋势如图2 2 所示 从图中可以看出 当土壤中c d 浓度为2 5 m g k g 时 地下部吸收的 c d 已经达到了1 1 2 2 1 m g k g 而地上部的c d 含量为5 0 4 1 m g k g 当土 壤中c d 浓度达到1 0 0 m g k g 时 地下部积累的c d 含量升高到了 2 0 3 3 0 m g k g 而地上部的c d 含量仅为7 4 9 4 m g k g 表明和大部分植物 一样 茶花风仙也是把重金属c d 大部分富集在根部 而且满足地下部 地上部的规律 第二批种植的茶花凤仙与第一批的比较 第二批的茶花风仙地上部和地下部的含c d 量总体比第一批的多 而 且曲线变化趋势表明 第二批的地上部和地下部之问的积累差距要比第 一批的大 分析原因可能是第一批的茶花凤仙是在其长出四片真叶时从 别处移植的 受c d 影响的时阃较短 而第二批的是直接把花籽种植在 含c d 的土壤中 受c d 影响的时间较长导致的 o52 55 07 51 0 0 土壤中镉浓度 m g k g 图2 3 三色堇富集镯的浓度曲线 三色堇地上部和地下部吸收的c d 含量随土壤中c d 浓度变化的曲线 见图2 3 从图中可以看出 当土壤浓度为o m g k g 2 5 m g k g 时 地上部和地 下部吸收的重金属c d 随土壤c d 浓度的增加而增加 当土壤中c d 浓度 为5 0 m g k g 时 各部位含c d 量均有所下降 分析原因可能是由于试验 误差引起的 但是当土壤中c d 浓度继续上升 地上部和地下部的含c d o o o o o o 目 0 9 o 5 z z i l e趟爱器丑母霉靶 量也继续增加至1 0 8 3 0 m g k g 和2 1 4 2 1 m g k g 达到国际上对重金属c d 超富集植物的要求 但是 超积累植物还必须满足生物量大 转运系数 都大于1 的条件 因此 三色堇是不是超积累植物还需要进一步的验证 o 1 0 0 0 0 音8 0 0 0 醚6 0 0 0 藿4 0 0 0 星 拉2 0 0 0 薹o o o i d 地下十地上 052 55 07 5 土壤镉浓度 1 9 k s 图2 4 黄心乌富集镉的浓度曲线 l 052 55 0 7 51 0 0 土壤中镉浓度 m g k g 圈2 5 苘蒿富集镉的浓度曲线 黄心乌和茼蒿体内不同部位富集c d 的浓度曲线如图2 4 和图2 5 所 示 与大部分植物类似 植物体内的c d 含量随土壤中c d 浓度的升高而 增加 并且接近了c d 超积累植物的重金属含量标准 从图中可以看出 变化趋势也遵循地下部 地上部的变化规律 舭 n 3 扣幂茁肇髯霉 1 一 二 一 二一 r r r r l 占 4 4 富集系数和转运系数 对于超积累植物的筛选 富集系数 b c f 和转运系数 t f 也是 确定修复植物能否应用于重金属c d 污染土壤的重要标准 富集系数能够反映某种植物对重金属的富集能力 表7 和表8 分别 给出了第一批和第二批各种植物的富集系数 转运系数可以反映出重金 属在植物体内的运输和分配情况 表9 和表l o 分别给出了第一批和第二 批各种植物的转运系数 从上面分析可以知道 初次筛选的l o 种植物体内各部位c d 含量相 对比较高 有可能是c d 的超富集植物 通过富集系数和转运系数的进 一步比较 确认它们是否为重金属c d 的超积累植物 4 4 1 富集系数 富集系数能够反映某种植物对重金属的富集能力 表6 和表7 中列 出了第一批和第二批各类植物的富集系数 主要针对通过c d 含量筛选 出的9 种植物 包括第一批的茶花风仙 鸡冠花 百日草 孔雀草以及 大青菜和第二批的茶花凤仙 三色堇 黄心乌以及茼蒿 根 茎 叶的 富集系数进行分析 在5 个c d 处理浓度水平下 这9 种植物富集系数 的变化趋势有两种情况 第一种随着土壤中c d 处理浓度的增加 植物根 茎 叶的富集系 数不断降低 即土壤中c d 浓度在5m g k g 1 0 0m g k g 之间 随c d 浓 度不断增加 富集系数逐渐降低 这类变化的植物居多数 主要有第一 批的茶花凤仙 鸡冠花 孔雀草 大青菜和第二批的茶花凤仙 三色堇 黄心乌以及苘蒿 尤其是第二批种植的茶花风仙以及三色堇 如图2 6 和图2 7 所示 茶花风仙根 茎 叶对c d 的富集峰值在土壤c d 浓度为 5 m g k g 已经高达1 8 5 8 9 7 0 和8 1 7 而三色墓地下部和地上部对c d 的富集峰值在土壤c d 浓度为5 m g k g 时分别为1 5 6 6 和l5 0 5 完全符 合了超富集植物富集系数大于l 的要求 但是 这八种植物对c d 的富 表7 第一批l o 种植物不同部位富集系数 表8 第二批l o 种植物不同部位富集系数 积累能力较好 可应用于修复 一旦土壤中c d 浓度增加 这八种植物 4 7 修复被c d 污染的土壤的能力将会下降 2 0 0 0 1 5 0 0 赫 豢l o 0 0 5 0 0 x 根廿茎十叶 o52 55 07 5 1 0 0 土壤中镉浓度 m g k g 圈2 6 茶花凤仙 第二期 体内富集系教的变化曲线 1 8 0 0 1 6 o o 1 4 0 0 巅1 2 0 0 幡1 0 0 0 嚣 4 0 0 2 0 0 0 0 0 o5 2 55 07 5 土壤镉浓度 r n g k g 图2 7 三色堇体内富集系数的变化曲线 1 0 0 第二种随着土壤中c d 浓度的增加富集系数在某一个临界浓度时出 现一个高峰 即单峰富集型1 2 6 1 如图2 8 所示是向日葵根 茎 叶中的 富集系数随土壤c d 浓度升高而变化的曲线图 当土壤c d 浓度为 5 m g k g 2 5 m g k g 时 向日葵根 茎 叶的富集系数随土壤c d 浓度的 升高而降低 当土壤c d 浓度为2 5 m g k g 5 0 m g k g 时 其富集系数曲 线有所上升 而当土壤c d 浓度继续上升到1 0 0 m g k g 时 向日葵的富 集系数又开始上升 因此 向日葵根 茎 叶的富集系数的高峰出现在 土壤c d 浓度为5 0 m g k g 时 分别为1 1 2 1 0 4 和o 4 6 1 6 0 1 4 0 1 2 0 鬈吣1 0 0 钿o 6 0 o 4 0 o 2 0 o 0 0 碳一根 o 茎 叶 05z 55 07 5l o o 土壤中镉浓度 m g k g 图2 8 向日葵体内富集系数变化曲线 第三种随着土壤c d 浓度的增加富集系数出现两个高峰 即双峰富 集型 例如 百日草体内富集系数的变化曲线见图2 9 从图中可以看出 百日草根 茎的曲线在2 5 m g k g 和1 0 0 m g k g 时出 现两个高峰 而叶片的富集系数却随c d 浓度的增加而降低 说明叶片 在c d 处理浓度为5 m g k g 时的富集量已经达到最大值 随c d 浓度的迸 一步增加 百日草对c d 的修复能力将会有所下降 4 0 0 3 5 0 3 0 0 辩 1 0 0 0 5 0 o 0 0 x 根小茎十叶 052 55 07 5 土壤中镉浓度 m g k g 图2 9 百日草体内富集系数变化曲线 1 0 0 4 4 2 转运系数 转运系数可以反映出c d 在各植物体内的运输和分配情况 57 1 表9 和表l o 列出了第一批和第二批各类植物的茎和叶中的转运系数 表9 第一批植物的转运系数 表l o 第二批植物的转运系数 在5 个c d 处理浓度水平下 随着土壤中c d 浓度的不断增加 由植 物体内c d 含量的多少筛选出的9 种植物的转运系数变化趋势有两种情 况 第一种随土壤中c d 处理浓度的升高 转运系效在低浓度时有不同 程度的增加 到高浓度时又有不同程度的降低 这类植物有向日葵 大 青菜 三色堇以及黄心乌 向日葵茎和叶转运系数的高峰分别出现在土 壤c d 浓度为5 0 m g k g 和2 5 m g k g 时 三色堇茎 叶转运系数的高峰均 出现在土壤c d 浓度2 5 m g k g 时 其地上部转运系数的变化曲线见图3 0 黄心乌和鸡冠花茎 叶转运系数高峰则出现在土壤c d 浓度为5 0 m g k g 时 如图3j 所示是黄心乌转运系数随土壤c d 浓度变化的曲线 表明 不同植物对c d 的运输能力不同 即便是同一种植物 茎 叶的运输能 力也有差别 1 4 0 1 2 0 颤1 0 0 懈0 8 0 毂 们6 0 0 2 0 0 1 0 0 0 8 0 饕o 6 0 翌o 4 0 0 2 0 0 0 0 卜地上 o52 55 07 5l 土壤镉浓度 哗 k g 田3 0 三色堇地上部转运系数变化曲线 r 一地上 02 55 07 51 0 0 土壤中镉浓度 m g k g 图3 l 黄心乌地上部转运系数变化曲线 第二种转运系数随c d 处理浓度的升高而降低 例如大青菜地上部 转运系数的变化 见图3 2 1 4 0 i 2 0 凝1 0 0 幡0 8 0 戳笔 o 2 0 0 0 0 一地上 0 52 55 0 7 51 0 0 土壤镉浓度 m g k g 图3 2 大青菜地上部转运系致变化曲线 从图中可以看出 大青菜对重金属c d 的运输能力随土壤中c d 浓度 的升高而降低 而且在土壤中c d 浓度为5 m g k g 时 大青菜地上部的 转运系数大于l 也就是说在5 m g k g 时大青菜把c d 元素较多的运输到 地上部 但当c d 浓度进一步升高时转运系数却在逐渐降低 5 3 5 结语 5 1 主要结论 本文采用室外盆栽试验 人为的给土壤中加入c d 元素 根据国内 外的研究现状 选取前人未研究过的2 0 种植物 花卉和农作物 种植 在不同c d 污染程度的土壤中 通过测定植物各部位的生物量 含c d 量 富集系数以及转运系数 分析其生长及富集规律 从而得出以下结论 1 以植株地上部 地下部含c d 量 根 茎 叶的富集系数以及茎 叶中的转运系数为筛选指标 从2 0 种植物中筛选出了8 种可用于修复 c d 污染土壤的植物 按其富集c d 能力的大小依次是三色堇 大青菜 孔雀草 百日草 鸡冠花 茶花风仙 黄心乌以及茼蒿 2 三色堇 大青菜以及孔雀草地上部c d 含量均超过了l o o m g k g 当土壤c d 浓度为7 5 m g k g 时 三色堇和大青菜地上部c d 含量分别是 1 0 8 3 0 m g k g 和1 0 2 7 0 m g k g 当土壤c d 浓度为l o o m g k g 时 孔雀草 地上部c d 含量为1 0 1 7 0 m g k g 转运系数的变化为 三色堇除了在土壤 镉浓度为l o o m g k g 时地上部的转运系数为o 4 7 外 其它c d 处理浓度之 下的转运系数都大于0 9 而大青菜地上部的转运系数除在土壤镉浓度为 5m g k g 时大于l 之外 其它c d 处理浓度时均大于o 4 9 小于l 孔雀 草地上部的转运系数只有在土壤c d 浓度为5 m g k g 时才大于l 其它c d 处理浓度均小于l 因此 这三种植物对c d 污染土壤的修复效果是三色 堇最好 大青菜次之 孔雀草最差 3 百日草在土壤c d 浓度为5 0 m g k g 时 地下部的c d 含量为1 l o 7 9 m g k g 当土壤中c d 浓度为l o o m g k g 时 其地上部的c d 含量为 9 4 5 l m k g 接近c d 富集植物的熵晃浓度 而其地上部的转运系数也小 于1 说明c d 元素大部分都在百日草的根内 部分已经转移至茎内 但 向叶片转运的能力却很小 4 鸡冠花地上部和地下部对c d 的吸收富集的量虽然不大 但是当 土壤c d 浓度在5m g k g 5 0m g k g 时 地上部富集的c d 含量大于地下 部的c d 含量 说明在这一浓度区域内鸡冠花地上部的转运能力较好 把重金属c d 都已经从地下转移至地上 当土壤中c d 浓度为5 0 m g k g l o o m g k g 时 其地上部 地下部的富集规律满足地下部 地上部 也说 明了随着土壤镉浓度的不断升高 鸡冠花地下部向地上部转移c d 的能力 在不断降低 5 茶花风仙虽然地下部的含c d 量都超过了c d 超富集植物的标准 但是地上部的含c d 量较低 而且地上部的富集系数和转运系数也都较 小 不能将其用于修复c d 污染的土壤 6 本试验所研究的2 0 种植物当中 向日葵 人苋菜 蓖麻 紫花苜 蓿 白萝i 金鱼草 须苞石竹 绿豆 荷兰豆 苘蒿 生菜以及圆叶 一菠菜地上部和地下部富集c d 的含量都比较少 尤其是蓖麻 绿豆以及 荷兰豆 这三种植物富集c d 的含量为最高为3 9 7 m g k g 8 4 7 m g k g 和 5 2 2 m g k g 因此 这十二种植物不能作为富集植物修复c d 污染的土壤 7 黄心乌地上部和地下部积累的c d 含量虽然没有达到或者超过 1 0 0 m g k g 但是 随着土壤中c d 浓度的不断升高 黄心乌地上部和地 下部对c d 的富集含量在不断增加 而且当土壤c d 浓度为l o o m g k g 时 黄心乌地上部c d 含量为9 4 9 7 m g k g 接近c d 超富集植物的临界浓度 因此 还需要更进一步的试验来判断黄心乌对c d 污染土壤的修复能力 8 通过实验发现大部分植物对c d 吸收积累的量随土壤中c d 处理浓 度的增大而增加 而少数几种植物在高浓度时的变化规律不明显 这是 因为高浓度下过量的c d 对植物的生理生化产生了毒害作用 并且植物 会改变对c d 的吸收来保证自身的正常生长 例如 向日葵体内c d 含量 在o m g k g 5 0 m g k g 时随土壤中c d 浓度的升高而增加 但在5 0 m g k g l o o m g k g 时 随土壤中c d 浓度的升高而降低 说明了向日葵在o m g k g 5 0 m g k g 时对c d 污染的土壤的修复效果较好 9 c d 在一定的低浓度范围时对修复植物的生长有促进作用 而在高 浓度时 对植物的生长会产生抑制作用 由于不同植物种类其生理特性 不同 c d 对植物产生毒害作用的临界浓度以及对植物生长产生的抑制程 度也有差别 例如 茶花凤仙 人苋菜 紫花苜蓿以及茼蒿受c d 毒害 的临界浓度为5 m g k g 百日草 向日葵的临界浓度为2 5 m g k g 而蓖麻 和圆叶菠菜受c d 毒害的浓度为5 0 m g k g 5 2 研究特色与创新 1 利用植物修复原理 采用室外盆栽试验 人为的给土壤中加入 重金属c d 选用农作物类以及花卉类共2 0 种植物 对重金属c d 污染的 土壤进行修复 以期筛选出c d 的超积累植物 对于重金属c d 污染土壤 的修复起到积极的推动作用 2 选取的2 0 种植物分别为茶花凤仙 鸡冠花 百日草 孔雀草 向日葵 人苋菜 蓖麻 紫花苜蓿 大青菜 白萝卜 金鱼草 须苞石 竹 三色堇 黄心乌 绿豆 荷兰豆 苘蒿 生菜以及圆叶菠菜 其中 茶花风仙在第二批重复种植一次 所选取的这些植物都是前人没有尝试 过的植物 其中农作物一共1 1 种 花卉一共8 种 3 试验过程当中将茶花凤仙 鸡冠花 百日草 孔雀草 向日葵 人苋菜 蓖麻 紫花苜蓿 绿豆 荷兰豆 茼蒿分为根 茎 叶三部分 收获 而将大青菜 白萝i 金鱼草 须苞石竹 三色堇 黄心乌 生 菜以及圆叶菠菜分为地上和地下两部分收获 通过各部位生物量 c d 含 量 富集系数以及茎 叶的转运系数四个标准来筛选植物是否为重金属 c d 的超积累植物 4 本文采取c d 的浓度梯度为0m g k g 5m g k g 2 5m g k g 5 0 m g k g 7 5m g k g l o o m g k g 并对每个浓度梯度都做一个重复 实验结 果采用平均值 5 3 不足之处 由于作者的水平有限以及重金属污染土壤修复本身存在很大的难 度 而植物修复原理自身也存在一定的缺陷 因此 本文在试验以及研 究过程中不可避免的存在一些问题或者有待深入探讨和完善之处 1 本次试验持续的时间较长 过程比较复杂 包括室外的采土 装盆 种植以及收获和室内的研磨 称量 消解以及原子吸收分光光度 计上样品的测量 难免会出现一些人为的或者仪器的误差以及试验本身 也存在一定的误差 可能会造成试验结果的偏离 2 第二批种植的植物由于雨水较多 温度较低 当时的气候条件 不利于植物的生长 而试验本身又没有任何遮雨或遮阳措麓 造成了试 验种植的有的植株细小 生物量较低 原子吸收分光光度计无法测出其 体内c d 含量 使得试验数据不全 这也是影响试验结果的一个重要因 素之一 3 由于不同植物的不同部位在不同的c d 浓度条件下 对c d 的吸 收富集能力不同 根据试验所得结果 本试验中c d 浓度梯度的确定不 太精确 c d 的浓度梯度应该再增加一个 1 2 5 m g k g 这也是下一步试验 应该改进的一个问题 参考文献 1 陈同斌 我国土壤环境闯题巫待重视 n 2 区自清 根据我国污灌现状建设污水处理系统 j 农业环境保护 1 9 8 9 8 0 4 2 4 4 3 林肇信 刘天齐 刘逸农 环境保护概论 m 4 孙敬亮 武文钧 赵瑞雪 张晓霞 重金属土壤污染及植物修复技 术 j 长春理工大学学报 2 0 0 3 2 6 4 4 6 4 8 5 s i m o nl c a d m i u ma c c u m u l a t i o na n dd i s t r i b u t i o ni ns u n f l o w e rp l a n t j j o u r n a lo fp l a n tn u t r i t i o n 1 9 9 8 2 1 2 3 4 1 3 5 2 6 1m o r e n o c a s e l l e sj m o r a lr p e r e ze s p i n o s aa e t a l c a d m i u m a c c u m u l a t i o na n dd i s t r i b u t i o ni nc u c u m b e rp l a n t j j o u r n a lo fp l a n t n u t r i t i o n 2 0 0 0 2 3 2 2 4 3 2 5 0 7 沈拯国 刘友良 重金属超量积累植物研究进展 j 植物生理通讯 1 9 9 8 3 4 2 1 3 3 1 3 9 8 k u m a rpban d u s h e n k o vv m o t t t oh e ta 1 p h y t o e x t r a c t i o n t h e u s e o f p l a n t t or e m o v e h e a v y m e a lf r o m s o i l s j e n v i r o n s c i t e c h n o l 1 9 9 5 2 9 1 2 3 2 1 2 3 8 9 利峰 c d 污染土壤的植物修复 j 广东微量元素科学 2 0 0 4 1 1 8 2 2 2 6 1 0 顾继光 周启星 c d 污染土壤的治理及植物修复 j 生态科学 2 0 0 2 2 l 4 3 5 2 3 5 6 l l 曹仁林 贾晓葵 关于我国土壤重金属污染对农产品安全性影响的 思考 c 第七次全国土壤与环境学术讨论会文集 厦门 l l 2 5 1 2 王激情 高积累c d 油菜品种的筛选及其吸收累积c d 特征研究 d 中国农业大学学位论文 2 0 0 3 f 1 3 蒋先军 骆永明 赵其国 重金属污染土壤的微生物学评价f j 土 壤 2 0 0 0 3 2 3 1 3 0 1 3 4 1 4 任继凯 陈清朗 陈灵芝等 土壤c d p b z n 及相互作用对作物 的影响 j 植物生态学与地植物学丛刊 1 9 8 2 6 4 3 2 0 3 2 8 5 8 1 5 吴双桃 c d 污染土壤治理的研究进展 j 广东化工 2 0 0 5 4 4 0 4 1 1 6 张志杰 王志盈 风眼莲对铅c d 废水净化能力的研究 j 环境科 学 1 9 8 5 l o 5 1 4 1 7 黄会一 蒋德明 木本植物对土壤中c d 的吸收积累和耐性 j 中 国环境科学 1 9 8 9 9 5 3 2 3 1 8 林匡飞 张大明 李秋洪 项雅玲 苎麻吸c d 特性及c d 土的改良 试验 j 农业环境保护 1 9 9 6 1 5 1 l 4 一 f 1 9 刘云国 尹志平 土壤c d 污染生物整治研究 j 湖南大学学报 自 然科学版 2 0 0 0 2 7 3 3 4 2 0 苏德纯 黄焕忠 油菜作为超累积植物修复c d 污染土壤的潜力 j 中 国环境科学 2 0 0 2 2 2 1 4 8 5 1 2 l 刘威 束文圣 蓝崇钰宝山堇菜 v i o l ab a o s h a n e n s i s 一一种新的 c d 超富集植物 j 科学通报 2 0 0 3 4 8 1 9 2 0 4 6 2 0 5 0 2 2 陈玉成 董姗燕 熊治廷 表面活性剂与e d t a 对雪菜吸收c d 的 影响 j 植物营养与肥料学报 2 0 0 4 1 0 6 6 5 l 6 5 6 2 3 姜虎生 c d 胁迫对玉米生理特性的影响 j 辽宁石油化工大学学报 2 0 0 4 2 4 2 3 5 3 9 2 4 王激清 茹淑华 苏德纯 印度芥菜和油菜互作对各自吸收土壤中 难溶态c d 的影响 j 环境科学学报 2 0 0 4 2 4 5 8 9 0 8 9 5 2 5 1 曹德菊 周世杯 项剑 苎麻对土壤中c d 的耐受和积累效应研究 j 中国麻业 2 0 0 4 2 6 6 2 7 2 2 7 5 2 6 王松良 郑金贵 芸苔属蔬菜的c d 富集特性及其修复土壤c d 污染 的潜力f j 福建农转大学学报 自然科学版 2 0 0 4 3 3 1 9 4 1 0 0 f 2 7 吴双桃 美人蕉在c d 污染土壤中的植物修复研究f j 工业安全与 环保 2 0 0 5 3