含磷物質誘導重金屬在水-植物根界面的遷移轉化過程.pdf

1、化學穩(wěn)定化方法作為重金屬污染土壤主要修復方法之一是向污染土壤中添加化學穩(wěn)定劑,使重金屬離子發(fā)生吸附、沉淀等穩(wěn)定化過程,從而有效降低重金屬在土壤中的迀移性和生物可利用性。含磷物質作為此類化學穩(wěn)定劑中具有代表性的一種,可以誘導土壤溶液中重金屬形成穩(wěn)定的磷酸鹽沉淀。目前,關于含磷物質修復土壤重金屬的研究主要針對單一重金屬,而實際污染以復合重金屬污染居多,因此,開展含磷物質對復合重金屬污染土壤修復效果與機理的研究更有現(xiàn)實意義。另一方面,重金屬污

2、染土壤修復效果的評價指標之一就是重金屬的植物可利用性,那么,含磷物質如何影響重金屬植物可利用性特別是含磷物質怎樣引起重金屬在植物根表面的迀移轉化需要深入探討。
　　本研究采用水培實驗,以Hoagland培養(yǎng)液作為土壤溶液替代介質,選取敏感性植物小白菜CSraw/ca暴露單一重金屬Pb以及復合重金屬Pb+Cu+Zn,通過外添加磷灰石尾料(PR)、重過磷酸鈣磷肥( T S P)以及它們的混合物(P+T),研究Pb、Cu、Z n在水-植

3、物根界面的形態(tài)變化及其植物體內的迀移過程,并用Visual-MINTEQ模型模擬含磷物質對重金屬的影響與機理。主要結果如下:
　　(1)添加含磷物質促進了小白菜對P的吸收,且根部的增加量多大于地上部,植物體內吸收P的量與P材料溶解性正相關,即TSP> P+T>PR。除了TSP,其它含磷處理均未影響培養(yǎng)液以及植物體內Pb的含量,然而TSP處理卻使小白菜根部與地上部的P b分別增加了25.3％與255%,其可能的原因是可溶性的T S

4、P處理使植物吸收了過多的P形成了富P剌激,導致向培養(yǎng)液中釋放了大量的小分子有機物,這些有機物絡合了Pb使之迀移性大大增強,引起植物吸收了更多的Pb以“穩(wěn)定”體內的P。XRD分析顯示不添加含磷物質的對照處理,其培養(yǎng)液及植物根表面有氯磷酸鉛[PbKXPOACh]和羥基磷酸鉛[Pb1Q(P04)6(0H)2]沉淀生成,說明遭受P b脅迫后,植物通過根系主動向根表面及培養(yǎng)液中釋放了含磷物質來阻擋Pb的侵入,這就造成了PR和P+T處理與對照結果相

5、同。添加含磷物質的處理,植物根表面有更多的氯磷酸鉛和羥基磷酸鉛沉淀生成,說明外源添加的P誘導了更多的Pb在根表面沉淀。
　　(2)小白菜受到Pb+Cu+Zn復合脅迫時,其體內P的含量因含磷物質的添加而顯著增加,且根部的增加量要大于地上部。添加含磷物質使培養(yǎng)液中Pb和C u的含量較對照組都有所下降,分別為34.7%-61.7%和13.6%-41.6%,植物地上部P b和C u的含量也有所下降,分別為21.6%-44.9%和10.5%

6、-30.02%,但根部P b和C u卻分別上升了5.87%-31.89%和5.17%-25.0%,其可能的原因是由于P誘導了更多的Pb和Cu富集在根部,從而使根部的Pb和Cu含量升高,但由于P與Pb在根部形成了磷酸鹽沉淀以及Cu被吸附,其向地上部分迀移的量減小,地上部Pb、Cu含量降低。對于Zn,考慮重金屬的競爭吸附與植物的選擇性吸收,其更容易被植物轉移到地上部,PR、TSP和P+T處理使地上部分Zn分別增加22.26%、12.18%和

7、1.05%。XRD分析表明對照組培養(yǎng)液及植物根表面有氯磷酸鉛[Pb1Q(P04>Cl2]和羥基磷酸鉛[Pb1Q(P04)6(0H)2]沉淀生成,說明遭受重金屬脅迫后,植物通過根系主動向根表面及培養(yǎng)液中釋放P形成難溶性磷酸鹽沉淀,阻擋重金屬的侵入,但不如單一鉛脅迫強烈。添加含磷物質誘導培養(yǎng)液及植物根表面有更多氯磷酸鉛和羥基磷酸鉛沉淀生成,有助于植物體內重金屬吸收總量下降。
　　(3) Visual-MINTEQ模型計算表明:對于單一

8、 Pb暴露,含磷物質有效沉淀95%左右的P b并唯一生成沉淀Pb5(P04)3C l;對于復合Pb+Cu+Zn暴露,含磷物質的添加能夠以Pb5(P04)3Cl的形式沉淀99.99%的Pb,還能以Cu3(P04)2和Zn3(P04)2:4H20的形式分別沉淀Cu和Zn。植物的存在會顯著影響這些反應,其吸附重金屬于根表面或吸收至體內,使得上述作用的主要場所由培養(yǎng)液轉移到植物根表面及體內。實際實驗時,當植物暴露單一 Pb時,添加PR、TSP以

9、及P+T后,57.8%、55.2%以及46.6%的P b被植物吸收。當植物暴露復合Pb+Cu+Zn時,添加P R、T S P以及P+T后,55.4%、64.2%以及52%的P b被植物吸收;65.4%,64%以及55%的Cu被植物吸收;55%,46.4%以及32.9%的Zn被植物吸收。無論是對于單一 Pb添加還是復合Pb+Cu+Zn添加的培養(yǎng)液,消耗的H2P04-的量最多占到溶解總量的21.73%,培養(yǎng)液中仍然會存在有大量的h2po4-