外源磷对镉、锌复合污染土壤修复的机理研究

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正文:重金属污染土壤具有累积性、滞后性、隐蔽性和不可逆性,是目前国内亟待解决的环境问题。本研究针对我国农田土壤污染现状,在综合分析国内外研究的基础上,结合国内农业生产实际。应用农艺措施(施用不同浓度外源性磷)对镉、锌复合污染的农田土壤进行修复机理研究,为重金属镉、锌复合污染的农田土壤修复提供科学依据。 首先利用109Cd、65Zn双标记核素示踪技术研究不同浓度磷水平下,玉米对镉、锌单一及镉、锌复合污染的吸收动力学,探索磷、镉、锌之间的交互作用,取得以下试验结果:(1)随着时间的延长,根系对镉、锌的吸收存在两个过程,即快速吸收过程和缓慢的吸收过程,直至达到一个相对稳定的平衡状态;(2)无论是单一元素污染还是复合污染,随着外源性磷浓度的升高,植物根系及地上部对重金属镉、锌的吸收量都呈现先增加后降低的趋势,而且根系积累的重金属的量显著高于地上部(p<0.05);(3)在外源性磷浓度相同条件下,当植物受到镉、锌复合污染时,根系及地上部对重金属镉、锌的吸收量明显高于单独施加镉、锌时植物对它们的吸收,这一结果说明复合污染条件下镉、锌之间存在着加和协同作用,即重金属元素的复合污染大于单元素污染对玉米产生的毒害效应;(4)外源性磷浓度达到一定水平后,土壤中镉、锌的有效态减少,从而使植物根系对重金属的吸收和积累得到调控。 应用电镜分析技术,研究了镉、锌复合污染条件下外源性磷对植物细胞超显微结构的影响。首先用透射电镜(Transmission electron microscope,TEM)对受重金属复合污染的植株的叶绿体、细胞核和植物根的细胞壁进行观察,发现外源性磷能在一定程度上缓解镉、锌对植物细胞器所造成的损害,并在叶绿体、细胞壁上有沉积物的存在;用扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)对植物的根尖进行观察,在根尖表面发现了磷酸盐的沉积物,即磷与重金属离子形成的磷酸盐在根系的沉积,降低了重金属离子通过木质部向地上部运输,减少了地上部对有毒元素的吸收和积累。 以盆栽模拟试验研究重金属镉、锌与不同浓度磷交互作用的环境化学及生理机制,实验结果表明,外源性磷浓度为2500mg/kg时,植株的干重高于对照及其它浓度磷处理,土壤中有效态的镉、锌的含量以及植株所吸收的镉、锌的量最少,表明高浓度磷可以将大量的重金属离子固持在土壤中,减少了植物对重金属离子的吸收和积累。但在镉浓度为5mg/kg时,土壤pH呈现降低趋势,叶绿素和土壤磷酸酶含量减少;外源性磷浓度为500mg/kg时,对土壤中重金属离子的固定及减少植物对重金属的吸收效果明显,使土壤的pH和土壤磷酸酶含量均显著升高(p<0.05);外源性磷浓度为50mg/kg时,土壤中有效态的镉在低磷浓度范围内含量增加,促进了植株对镉的吸收,但对锌有一定的抑制作用;高浓度的磷可以降低镉和锌之间产生的协同作用,并且磷与锌之间的拮抗作用强于磷与镉之间的拮抗作用;通过扫描电镜观察,在土壤表层及根尖的表面有晶体颗粒沉淀物,推测为磷与镉和锌所形成的磷酸盐沉淀。 综合以上研究可知:针对不同浓度镉、锌复合污染的农田土壤,外源性磷能够改变土壤中镉和锌的吸附-解吸、转化和固持,并且能与活性镉和锌形成磷酸盐类化合物,降低土壤中镉和锌的迁移特性及生物有效性,从而实现在施用磷肥过程中对重金属污染土壤的有效修复。
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