表面活性剂与螯合剂强化植物修复镉污染土壤的研究
表面活性剂与螯合剂强化植物修复镉污染土壤的研究
【摘要】：已有研究表明，在过去20年内，重庆市蔬菜基地已遭受了镉、铅、铜、砷、汞等重金属污染，其中以镉污染最为突出。镉是一种潜伏期长、移动性强、危害浓度低、污染面积广、呈慢性积累且不易为人们察觉的有毒重金属，必须予以优先去除。 对于重金属污染的土壤，目前可采用物理、化学和生物方法进行修复，其中以化学修复和生物修复效果最为显著。但化学修复的环境风险较大，容易导致二次污染；而生物修复的时间又嫌过长，因此采用化学修复与生物修复相结合的化学强化植物修复(Chemical-enhanced phytoremediation)便应运而生。化学强化植物修复的原理是，一方面利用化学物质提高土壤中重金属的移动性和植物可利用性，促进植物吸收，提高植物体内重金属浓度；另一方面提高植物体生物量，尤其是地上部分的生物量，从而增加植物对重金属的吸收总量。 在所用的化学强化物质中，表面活性剂和螯合剂以其特有的增溶、增流、螯合、络合等特性而倍受人们青睐。人们根据表面活性剂的增溶和增流特性，将其用于重金属污染的治理，发现表面活性剂对修复重金属污染的土壤与沉积物效果不错，加入螯合剂EDTA后效果更显著。利用表面活性剂润滑、增溶、分散、洗涤等特性，改变土壤表面电荷和吸收位能，或从土壤表面将重金属置换出来，以络合、螯合物的形式存在于土壤溶液中，加快重金属在自然环境中的可流动性，从而加速重金属的去除。 利用表面活性剂，特别是表面活性剂与螯合剂联合强化植物萃取土壤或沉积物中重金属的研究报道尚不多见。当前对表面活性剂去除土壤中重金属污染的研究多处在实验室阶段，且主要是用在实验室柱淋洗和批试验中，不能有效地应用于实际。基于上述原理和设想，本研究采用盆栽试验、土壤培养试验、化学热力学与动力学吸附—解吸试验相结合的方法，通过表面活性剂与螯合剂的复配技术，选择最优的表面活性剂／螯合剂组合及其合适浓度，为化学强化植物修复提供科学依据，为土壤重金属污染的治理提供新途径。 第一，采用混合正交设计L_(18)(6~1×3~6)的盆栽试验对六种表面活性剂十二烷基硫酸钠(SLS)、十二烷基苯磺酸钠(DBSS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、溴代十六烷吡啶(CPB)、聚山梨醇(Tween80)、叔辛基酚聚氧乙烯醚(TX-100)以及螯合剂乙二胺四乙酸钠(EDTA)进行复合筛选。结果表明，影响植物吸收镉的主要因子是表面活性剂类型，阴离子型与非离子型表面活性剂的强化修复效果要优于阳离子型表面活性剂。表面活性剂与EDTA复合使用，可以促使根镉向地上部转移，有利于强化重金属的植物修复。采用对比设计的盆栽试验研究了两种螯合剂EDTA和乙二醇双(2—氨基乙基)四乙酸(EGTA)对雪里蕻吸收镉的影响，发现螯合剂EGTA对促进雪里蕻吸收镉影响效果显著，EGTA、EDTA添加剂量对植物生物量、镉吸收量没有明显的差异，但它们施用的时间则明显影响到植物体内镉的积累，基本趋势是施用时间越延后，积累量越高。从试验成本考虑，可选用螯合剂EDTA与表面活性剂SLS、TX-100复合强化植物修复镉污染土壤的治理。 第二，以上述试验中选出的两种代表性表面活性剂SLS、TX-100与EDTA，采用正交设计L_8(2~7)的盆栽试验，对不同目标重金属(镉、铅、铜)和不同修复植物类型(玉米和雪 西南农业大学硕士学位论文 摘要 里麒)进行了筛选。试验结果表明，从植物体内重金属浓度考虑，作为C4植物的玉米有着更 高的生物量，而作为C3植物的雪里麒则容易积累重金属。在表面活性剂与EDTA作用下，锡 最易被植物富集，铜次之，而铅最不易富集，其平均富集系数分别为70.31%、67.42%和28.92%。 植物体内Cd、Pb、Cu的浓度与其在土壤中的有效态含量呈显著性正相关关系(相关系数分别 为0.733*、0.978**、0.909**)，表面活性剂与EDTA促进植物吸收重金属的主要机理是其提 高了土壤重金属的生物有效性。 第三，根据以上两次试验，选取雪里麒作为供试植物，锅作为目标重金属，进一步探讨 表面活性剂SLS、CTAB、TX一100和鳌合剂EO了人强化植物修复福污染土壤的植物生理效应。 采用完全设计的盆栽试验，固定sAA、EDTA添加剂量为2.0 mm。Ikg一’，考察化学物质类型、 SAA与EDTA添加时间三个因素，采用破坏性取样，研究了植物吸收隔及其相应土壤的pH、 有效态锅浓度的动态变化，分析了植物叶绿素含量、丙二醛(MDA)含量等。结果表明，影 响植物茎叶吸收锅量的主要因子是土壤pH值、土壤有效锅浓度和根福浓度，其贡献率分别为 55.46%、20.37%和24.17%，且均以直接作用为主。表面活性剂与EDTA处理的植物叶绿素含 量随着时间推移和锡的积累，而呈现逐步下降趋势。表面活性剂与EDTA对细胞膜的作用使 得锡更容易进入植物体内，随着植物体内锡浓度的升高，细胞膜脂被过氧化，MDA含量上升。 第四，在实验室内，采用静态批试验，研究了三种不同类型表面活性剂DBSS、CTAB、 Tx一100与鳌合剂EDTA单独及复合作用下对紫色土锅的溶出效应、吸附动力学效应及吸附一 解吸作用的影响，进而探讨其化学强化植物修复福污染土壤的化学机理及其对重金属在土壤 中的迁移转化行为的意义。结果表明，
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