鎘-多環(huán)芳烴復(fù)合污染土壤植物修復(fù)的強(qiáng)化作用及機(jī)理.pdf

1、隨著我國工業(yè)化和城市化進(jìn)程的發(fā)展，環(huán)境中重金屬和有機(jī)污染物的排放量在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)會(huì)保持在比較高的水平，我國土壤污染也將因此趨向嚴(yán)重化和復(fù)雜化。根據(jù)近年來的一些報(bào)道，我國許多區(qū)域的土壤中存在重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染。針對我國土壤污染治理出現(xiàn)的新的問題和挑戰(zhàn)，發(fā)展環(huán)境友好、成本低廉且的原位修復(fù)技術(shù)是亟待解決的問題。本研究以我國土壤典型污染物鎘(cadmium，Cd)和多環(huán)芳烴(polycyclicaromatichydrocarbons，P

2、AHs)為代表，研究了Cd和PAHs在復(fù)合污染過程中的相互作用及其對我國原生Cd超積累植物東南景天(Sedumalfredii)對復(fù)合污染修復(fù)效應(yīng)的影響，并通過農(nóng)藝、化學(xué)和微生物等措施開展了Cd-PAHs復(fù)合污染土壤植物修復(fù)強(qiáng)化技術(shù)及機(jī)理的研究，取得的主要研究結(jié)果如下:
　　 (一)采用室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)?zāi)MCd和PAHs在土壤復(fù)合污染過程中的對彼此環(huán)境行為的影響。研究結(jié)果表明，土壤中苯并[a]芘(benzo[a]pyrene，B[a

3、]P)的消散主要是通過微生物降解途徑。高Cd濃度(25mgkg-1)對土壤中B[a]P的降解有明顯的抑制作用，加入初始濃度為250mgkg-1的芘(pyrene，PYR)能顯著促進(jìn)B[a]P的降解，縮短其半衰期并緩減高Cd濃度對B[a]P的降解的抑制。解吸態(tài)和非解吸態(tài)B[a]P對其在土壤中的降解均有貢獻(xiàn)且可以相互轉(zhuǎn)化，其中解吸態(tài)B[a]P的貢獻(xiàn)率較大，而殘留態(tài)B[a]P對總降解量的貢獻(xiàn)可以忽略。因PYR的加入而促進(jìn)降解的那部分B[a]P

4、主要為解吸態(tài)。加入PYR在250天的培養(yǎng)過程中未對土壤中水提取態(tài)和有效態(tài)(醋酸銨提取態(tài))Cd濃度產(chǎn)生顯著影響，高Cd濃度土壤中水提取態(tài)和有效態(tài)Cd濃度受到老化作用的影響，在培養(yǎng)后期有下降趨勢。
　　 (二)采用盆栽試驗(yàn)研究了我國原生Cd超積累植物東南景天在Cd-PHE(phenanthrene，菲)/PYR復(fù)合污染土壤中的生長及其對兩類污染物的去除能力。供試土壤為輕度Cd污染的菜地土壤(0.92mgkg-1)，分別指設(shè)置2個(gè)Cd

5、污染濃度(0.92，6mgkg-1)和3個(gè)PHE/PYR污染濃度(0，25，150mgkg-1)，并將各個(gè)Cd和兩種PAHs的污染水平分別進(jìn)行交叉處理。在各個(gè)復(fù)合污染濃度土壤中種植東南景天并設(shè)置無植物對照。研究結(jié)果表明，土壤Cd濃度的提高促進(jìn)了東南景天的生長，但是PAHs的存在抑制了這種促進(jìn)作用。同時(shí)，在高濃度Cd污染土壤中PAHs還抑制了東南景天對Cd的吸收積累并降低了Cd的植物提取效率。經(jīng)過60天的種植，土壤Cd的植物去除率在低、高

6、濃度Cd污染土壤中分別為5.8～6.7％和5.7～9.6％。PHE和PYR的去除率在種植東南景天后的土壤和無植物對照土壤中并無顯著差異。土壤Cd濃度的提高抑制了PYR在土壤中的降解消散，同時(shí)也抑制了脫氫酶活性，這說明Cd對PYR降解的抑制可能是由其對土壤微生物活性的抑制作用引起的。本試驗(yàn)的結(jié)果說明東南景天可以在PHE或PYR存在下，從土壤中有效提取Cd，但是在高濃度Cd污染土壤中，其提取效率受到兩種PAH的抑制。另一方面，僅種植東南景天

7、不足以同時(shí)修復(fù)土壤中的PAH，其他強(qiáng)化措施需要被引入以達(dá)到共同去除Cd和PAH的目的。
　　 (三)通過盆栽試驗(yàn)，研究了有機(jī)肥(豬糞蚯蚓堆肥產(chǎn)物，pigmanurevermicompost)強(qiáng)化東南景天修復(fù)Cd-PAHs復(fù)合污染土壤的潛力。在Cd濃度為5.53mgkg-1的土壤中添加三種代表性的PAHs(PHE、PYR和蒽(anthracene，ANT)，每種目標(biāo)濃度均為250mgkg-1)。試驗(yàn)設(shè)置四個(gè)處理:1)無植物且不施用

8、有機(jī)肥的土壤;2)種植東南景天但不施用有機(jī)肥的土壤;3)施用有機(jī)肥但不種植東南景天的土壤;4)施用有機(jī)肥且種植東南景天的土壤。研究結(jié)果表明，施用有機(jī)肥使東南景天地上部和根部的干物質(zhì)重分別是未施肥處理的2.17和3.93倍，但沒有對植物地上部Cd濃度產(chǎn)生顯著影響。施肥處理中Cd的植物提取效率是未施肥處理的1.97倍。施用有機(jī)肥不但對土壤酶活沒有抑制作用，反而增高了土壤微生物生物量碳。與無植物無肥料對照相比，施用有機(jī)肥且種植東南景天分別將P

9、HE、PYR和ANT的去除率提高了0.26％、3.21％和4.00％，但是單獨(dú)施用有機(jī)肥或種植東南景天對PAHs的消散沒有促進(jìn)作用。土壤中的PAH降解菌的相對豐度與PAHs的去除率沒有顯著相關(guān)性。施用有機(jī)肥且種植東南景天顯著改變了土壤總細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性，相對較高的PAHs去除率可能是由于有機(jī)肥與植物根系相互作用改變了根際土壤的微生物群落結(jié)構(gòu)使其更有利于PAHs降解。綜上所述，種植東南景天并施用有機(jī)肥能有效去除Cd-PAHs復(fù)合污染土

10、壤中的兩類污染物。
　　 (四)通過盆栽試驗(yàn)比較了東南景天-黑麥草(Loliumperenne)、東南景天-蓖麻(Ricinuscommunis)套作體系與東南景天單作體系對Cd-PAH復(fù)合污染土壤中Cd、鋅(Zn)和鉛(Pb)的提取效率和PHE、PYR和ANT的去除率。研究結(jié)果表明，與蓖麻套作降低了東南景天地上部的生物量。與黑麥草和蓖麻套作分別使東南景天地上部的Cd濃度比單作處理中下降了64.3％和47.4％，相反，與黑麥草和

11、蓖麻套作分別使東南景天地上部的Zn濃度比單作處理中提高了19.8％和25.6％。與黑麥草套作的東南景天地上部Pb濃度顯著高于單作處理。總體上，三種植物系統(tǒng)對Cd、Zn和Pb的總提取量沒有顯著差異(除了東南景天-黑麥草套作系統(tǒng)對Pb的提取量最高)。兩種套作體系中土壤PYR和ANT的去除率顯著高于東南景天單作體系和無植物對照。與無植物對照相比，東南景天-黑麥草和東南景天-蓖麻套作系統(tǒng)分別把土壤中PYR的去除率提高了2.3％和3.5％，而AN

12、T的去除率則分別提高了8.5％和9.1％。這可能是因?yàn)樘鬃黧w系促進(jìn)了土壤微生物的生長和主要氧化還原酶活性。綜上所述，東南景天-黑麥草、東南景天-蓖麻套作體系是從復(fù)合污染土壤中同時(shí)去除重金屬和PAHs的有效措施。
　　 (五)通過盆栽試驗(yàn)研究了非離子表面活性劑Tween80、B[a]P降解菌劑及兩者聯(lián)合施用對東南景天修復(fù)Cd-B[a]P復(fù)合污染土壤的影響。研究結(jié)果表明，Tween80、B[a]P降解菌劑和兩者聯(lián)合作用均未對植物生長

13、和Cd提取效率產(chǎn)生顯著影響。東南景天對低、高兩個(gè)Cd水平的Cd-B[a]P復(fù)合污染土壤中Cd的提取效率分別為16.8～20.8％和6.4～7.6％?？傮w上，施用菌劑能促進(jìn)土壤中B[a]P的降解，而Tween80對B[a]P去除率的影響受到土壤Cd濃度水平和植物相互作用的影響。在高Cd濃度(4.71mgkg-1)土壤中，菌劑-表面活性劑協(xié)同作用能最有效地去除B[a]P。東南景天-菌劑聯(lián)合修復(fù)能同時(shí)并有效地去除土壤中的Cd和B[a]P，而T