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(guó)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(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)會(huì)保持在比較高的水平，我國(guó)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(lái)的一些報(bào)道，我國(guó)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(duì)我國(guó)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(guó)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(guò)程中的相互作用及其對(duì)我國(guó)原生Cd超積累植物東南景天(Sedumalfredii)對(duì)復(fù)合污染修復(fù)效應(yīng)的影響，并通過(guò)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(guò)程中的對(duì)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(guò)微生物降解途徑。高Cd濃度(25mgkg-1)對(duì)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(duì)B[a]P的降解的抑制。解吸態(tài)和非解吸態(tài)B[a]P對(duì)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(duì)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(guò)程中未對(duì)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(shì)。
　　 (二)采用盆栽試驗(yàn)研究了我國(guó)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(zhǎng)及其對(duì)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(wú)植物對(duì)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(zhǎng)，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(duì)Cd的吸收積累并降低了Cd的植物提取效率。經(jīng)過(guò)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(wú)植物對(duì)照土壤中并無(wú)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(shuō)明Cd對(duì)PYR降解的抑制可能是由其對(duì)土壤微生物活性的抑制作用引起的。本試驗(yàn)的結(jié)果說(shuō)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(guò)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(wú)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(duì)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(duì)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(wú)植物無(wú)肥料對(duì)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(duì)PAHs的消散沒有促進(jìn)作用。土壤中的PAH降解菌的相對(duì)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(duì)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(guò)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(duì)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(duì)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(duì)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(wú)植物對(duì)照。與無(wú)植物對(duì)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(zhǎng)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(guò)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(duì)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(duì)植物生長(zhǎng)

13、和Cd提取效率產(chǎn)生顯著影響。東南景天對(duì)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％。總體上，施用菌劑能促進(jìn)土壤中B[a]P的降解，而Tween80對(duì)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