重金屬污染土壤植物修復(fù)ppt課件VIP

重金屬,重金屬Cd污染土壤的植物修復(fù)研究,。,結(jié)論與展望,材料與方法,結(jié)果與分析,目錄：,摘要,土壤是人類賴以生存的主要自然資源之一，也是人類生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。然而近年來(lái)，隨著工業(yè)“三廢”和機(jī)動(dòng)車尾氣的排放、污水灌概及農(nóng)藥、除草劑和化肥的使用，土壤污染迅速蔓延，污染程度也逐漸加深。尤其是重金屬污染不僅范圍廣、易累積，而且隱蔽性和毒性強(qiáng)，它能影響作物的正常生長(zhǎng)發(fā)育，直接導(dǎo)致糧食減產(chǎn)，并可通過食物鏈影響人類健康。因此重金屬污染土壤的治理已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)外的廣泛重視。治理土壤污染有許多傳統(tǒng)的方法，但是這些方法成本昂貴，操作復(fù)雜，而且容易破壞土壤結(jié)構(gòu)，改變土壤性質(zhì)，易造成二次污染，且往往并不能達(dá)到徹底清除重金屬的目的。目前興起的植物提取修復(fù)技術(shù)能利用植物將土壤中的重金屬吸收、轉(zhuǎn)移到植物的可收獲部分，通過收獲植物來(lái)減少土壤重金屬含量。具有成本低、簡(jiǎn)便易行、安全可靠、環(huán)境友好等諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外重金屬污染環(huán)境治理研究的熱點(diǎn)和前沿領(lǐng)域。,本試驗(yàn)將以油料作物甘藍(lán)型油菜“秦油八號(hào)”、向日葵“新葵雜四號(hào)”為研究材料，采用盆栽試驗(yàn)，研究其對(duì)重金屬Cd的耐性以及富集效應(yīng)，并施加不同水平螯合劑對(duì)其修復(fù)效果進(jìn)行強(qiáng)化，同時(shí)初步探討了這些植物在重金屬Cd污染土壤修復(fù)實(shí)踐中的應(yīng)用前景，以期為深入研究植物對(duì)重金屬Cd的耐性和富集的分子機(jī)理及Cd污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用等提供科學(xué)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。,引言,（一）油菜對(duì)Cd的耐性和富集特性研究,油菜是我國(guó)主要農(nóng)作物之一，有研究表明某些油菜具有修復(fù)鉛鎘污染土壤的能力且在污染條件下具有高生物量。但目前對(duì)油菜的研究多集中在芥菜型油菜上，對(duì)甘藍(lán)型油菜的Cd富集效果以及Cd在油菜籽實(shí)中的積累報(bào)道較少。本試驗(yàn)以關(guān)中地區(qū)普遍種植的甘藍(lán)型油菜“秦油8號(hào)”為供試材料，采用盆栽試驗(yàn)研究了土壤不同濃度梯度重金屬Cd污染下油菜的生長(zhǎng)行為和累積效應(yīng)，并對(duì)螯合劑輔助下油菜的修復(fù)效果進(jìn)行了初步探討，以期為受Cd污染土壤的植物修復(fù)提供理論參考。,1材料與方法,1.1供試材料,土壤樣品：試驗(yàn)土樣采自陜西省楊凌示范區(qū)南莊村農(nóng)田020cm的表層土。土樣經(jīng)自然風(fēng)干后，混合均勻，過4mm篩，室溫保存?zhèn)溆谩Ｍ寥阑纠砘再|(zhì)：pH7.9（水土比為2.5:1），陽(yáng)離子交換量161.8mmol/kg，有機(jī)質(zhì)14.7g/kg，堿解氮58.2mg/kg，有效磷575.98mg/kg，速效鉀1.11g/kg，全Cd含量0.38mg/kg。供試作物：甘藍(lán)型油菜秦油8號(hào)（購(gòu)自楊凌示范區(qū)金道種業(yè)有限公司）螯合劑：EDTA+乙酸（c/c=2:1）,1.2主要儀器自動(dòng)控溫電爐、721型分光光度計(jì)、101-2型電熱鼓風(fēng)干燥箱、6400A型火焰光度計(jì)、DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器、PHS3C型精密pH計(jì)（雷磁）、尼龍篩、FW100型高速萬(wàn)能粉碎機(jī)、電子天平、TDL-60C臺(tái)式離心機(jī)、MDS-6型微波消解儀、日立Z-5000型原子吸收分光光度計(jì)。,1.3試驗(yàn)方法采用盆栽土培試驗(yàn)，用直徑36.5cm、高26cm帶有托盤的塑料盆，每盆盛過篩風(fēng)干土7.5kg，按照盆栽植物對(duì)養(yǎng)分的需求比例，分別加入尿素、磷酸二氫鉀和硫酸鉀2000、400、400mg/kg作為底肥，并充分混勻。以分析純CdCl22.5H2O作作為Cd污染試劑，用去離子水配成母液，再逐級(jí)稀釋配成溶液，按照Cd添加量為0、5、20、40、80mg/kg的設(shè)計(jì)水平，噴灑到盆栽試驗(yàn)的土壤中，邊噴邊攪拌，以保證Cd的均勻分布，保持土壤濕度為田間持水量的6070%，并在溫室中穩(wěn)定3個(gè)星期，每處理重復(fù)3次。2008年3月20日，選擇生長(zhǎng)健壯，長(zhǎng)勢(shì)和個(gè)體大小一致的油菜幼苗分別移栽至盆中，每盆6株。植物在自然光照下生長(zhǎng)，定期以稱重法加自來(lái)水澆灌，保持土壤濕度為田間持水量的6070%。幼苗移栽生長(zhǎng)40天后測(cè)定株高，并采集葉片測(cè)定葉綠素、游離脯氨酸含量；移栽50天后以Cd添加量40mg/kg為例，添加螯合劑（分別為0、2、6和10mmol/kg四個(gè)水平），進(jìn)行螯合強(qiáng)化試驗(yàn)；加入螯合劑10天后收獲所有植株，用蒸餾水洗凈整個(gè)植株，晾干，再將地上部和地下部分開，在105下殺青0.5h，70烘干至恒重，用電子天平稱取各部分干重。烘干樣品粉碎過40目篩，用于測(cè)定重金屬Cd含量。,2結(jié)果與分析,2.1Cd對(duì)油菜生物量的影響某些重金屬是植物生長(zhǎng)的必需元素，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育起著十分重要的作用。無(wú)論是必需元素還是非必需元素，當(dāng)超過某一數(shù)值時(shí)，都會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生一定的毒害作用。當(dāng)外界重金屬濃度超過植物的生長(zhǎng)極限值時(shí)，植物各種生理生化過程、生長(zhǎng)環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)狀況受到不同程度的傷害，最后使植物的生長(zhǎng)發(fā)育受到不同程度的抑制，輕則植物體的代謝過程發(fā)生紊亂，生長(zhǎng)發(fā)育受阻，重則導(dǎo)致植物死亡。從試驗(yàn)中可以看出，土壤添加外源Cd在一定程度上對(duì)油菜的生長(zhǎng)造成了影響。試驗(yàn)中當(dāng)Cd處理濃度大于20mg/kg時(shí)，油菜逐漸出現(xiàn)了植株細(xì)小、葉片失綠、脫落等癥狀，但并沒有死亡。所加的重金屬量不同，油菜的株高、地上部和根部干重都有所不同。表3-1為各水平Cd處理下油菜的生物量指標(biāo)的平均值及5%水平下不同水平處理平均值之間的差異顯著性檢驗(yàn)結(jié)果。,2.2Cd對(duì)油菜葉綠素和脯氨酸含量的影響,葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的重要物質(zhì)，其含量的多少直接標(biāo)志著生長(zhǎng)能力的強(qiáng)弱。脯氨酸是植物細(xì)胞內(nèi)最重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一。在正常環(huán)境下生長(zhǎng)的植物體內(nèi)脯氨酸含量較低，但在干旱、高鹽、高溫、冰凍、紫外線以及重金屬等脅迫條件下，脯氨酸的含量可增加10100倍。因此可將二者作為油菜對(duì)重金屬Cd污染的耐性指標(biāo)。,2.3油菜對(duì)重金屬Cd的積累作用,油菜對(duì)Cd的吸收總量則呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，在土壤Cd添加量為40mg/kg時(shí)達(dá)到最高值，大于土壤Cd添加量為80mg/kg時(shí)的吸收總量，這主要是由于油菜受Cd脅迫生物量顯著下降而引起的。,2.4螯合劑對(duì)油菜吸收Cd的影響試驗(yàn)所用的螯合劑為EDTA與乙酸的混合試劑。與乙酸混合，一方面可以降低土壤的pH，有利于植物對(duì)重金屬的吸收；另一方面，乙酸具有解毒作用，可降低重金屬離子對(duì)土壤微生物和植物的毒性。試驗(yàn)中以土壤Cd添加量為40mg/kg作對(duì)照，在油菜收獲前10天加入不同濃度的螯合劑，進(jìn)行螯合強(qiáng)化試驗(yàn)。,3本章小結(jié),（1）本試驗(yàn)利用甘藍(lán)型油菜“秦油8號(hào)”對(duì)堿性土壤重金屬Cd污染的修復(fù)效果進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，甘藍(lán)型油菜“秦油8號(hào)”對(duì)土壤Cd污染具有一定的耐性，低濃度的Cd處理對(duì)油菜的生長(zhǎng)表現(xiàn)促進(jìn)作用，高濃度Cd處理抑制油菜生長(zhǎng)。同時(shí)，重金屬Cd可以引起油菜的抗性反應(yīng)，表現(xiàn)在油菜體內(nèi)的游離脯氨酸含量隨Cd濃度的升高而上升，二者之間呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)性。但這種耐性是有一定限度的，高于這個(gè)限度則會(huì)受到傷害，從而表現(xiàn)出植株矮化、葉片失綠等癥狀。實(shí)驗(yàn)證明，甘藍(lán)型油菜“秦油8號(hào)”受Cd毒害的可能臨界濃度為20mg/kg。（2）本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Cd在油菜體內(nèi)的累積量分布大小為：根部地上部籽實(shí)，其含量也隨著土壤重金屬濃度的增加而提高，但這種增加是有限度的，超過限度就會(huì)對(duì)油菜造成傷害，使生物量下降，從而使Cd吸收總量降低。（3）本試驗(yàn)中對(duì)“秦油8號(hào)”輔助以螯合強(qiáng)化措施后，增加了重金屬的生物有效性，明顯提高了油菜對(duì)Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)效率，地上部Cd含量分別比對(duì)照增加了近9倍。試驗(yàn)中對(duì)于Cd添加量為40mg/kg的污染土壤，加入螯合劑質(zhì)量摩爾濃度為6mmol/kg時(shí)，油菜有較高的Cd提取效率。,（二）向日葵對(duì)Cd的耐性和富集特性研究,向日葵是一種生物量大、生長(zhǎng)迅速的一年生草本植物，同時(shí)他也是一種經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高的油料作物，其油籽含油率一般都在38%-45%。它種植簡(jiǎn)便，易于機(jī)械化收割，適應(yīng)范圍廣，增產(chǎn)潛力大，以及抗鹽堿、耐干旱等特性在世界油料作物生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。本項(xiàng)目所在地楊凌地處關(guān)中平原腹地，是向日葵的適生區(qū)。油菜在楊凌生育期為當(dāng)年10月至次年5月，向日葵在楊凌生育期為6月至10月，因此，采用油菜向日葵連作的重金屬污染土壤修復(fù)模式可以延長(zhǎng)植物對(duì)土壤中污染重金屬的吸收時(shí)間，提高對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)效率。油菜和向日葵均為油料作物，重金屬在種子中累積較少，即使種子產(chǎn)品中的重金屬含量超標(biāo)，也可用于工業(yè)油生產(chǎn)。因此，油菜向日葵連作不僅可以有效去除土壤中的重金屬，種子還可作為生物柴油的重要原料，秸稈可作為優(yōu)質(zhì)薪柴、集中供熱的氣化燃料。是土壤重金屬污染治理難得的生物材料，兼有經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)多重效益。本試驗(yàn)通過研究不同濃度Cd重金屬污染對(duì)向日葵生長(zhǎng)的影響以及重金屬在向日葵各器官的積累量，來(lái)探討向日葵對(duì)Cd的積累效應(yīng)。,1材料與方法1.1供試材料土壤樣品：采用種植油菜后的土壤直接種植向日葵供試植物：向日葵（新葵雜四號(hào)），由楊凌示范區(qū)農(nóng)友種苗有限公司提供。螯合劑：EDTA二鈉鹽1.2盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用收獲油菜后的盆栽土壤進(jìn)行模擬作物連茬修復(fù)。試驗(yàn)于2008年6月在楊凌區(qū)楊村鄉(xiāng)崔東溝試驗(yàn)田內(nèi)進(jìn)行。分別加入尿素、磷酸二氫鉀和硫酸鉀2000、400、400mg/kg作為底肥，并充分混勻。待模擬土壤平衡后，于2008年6月10日在每個(gè)花盆播種向日葵籽若干粒，將其埋入大田。待向日葵出苗后，選擇長(zhǎng)勢(shì)一致、個(gè)體均一的幼苗，每盆定苗1株。植物在自然光照下生長(zhǎng)，用自來(lái)水澆灌，保持土壤濕度為田間持水量的6070%，幼苗生長(zhǎng)60天后測(cè)定株高，并采集葉片測(cè)定葉綠素、游離脯氨酸含量；生長(zhǎng)90天后分別以土壤Cd添加量40mg/kg為例，添加螯合劑EDTA（分別為0、2、6和10mmol/kg四個(gè)水平），進(jìn)行螯合強(qiáng)化試驗(yàn)；加入螯合劑10天后收獲所有植株，用蒸餾水洗凈整個(gè)植株，晾干，再將植株各部位分開，在105下殺青0.5h，70烘干至恒重，用電子天平稱取各部分干重。烘干樣品粉碎過40目篩，用于測(cè)定重金屬Cd含量。,2結(jié)果與分析,2.1Cd對(duì)向日葵生物量的影響從試驗(yàn)中也可以看出，土壤添加外源Cd在一定程度上對(duì)向日葵的生長(zhǎng)造成了影響。當(dāng)Cd處理濃度大于20mg/kg時(shí)，向日葵也逐漸出現(xiàn)了植株細(xì)小，莖稈發(fā)黑，葉片失綠、脫落等癥狀。表4-1為各水平Cd處理下向日葵的生物量指標(biāo)的平均值及5%水平下不同濃度處理平均值之間的差異顯著性檢驗(yàn)結(jié)果。,2.2Cd對(duì)向日葵葉綠素和脯氨酸含量的影響,2.3向日葵對(duì)重金屬Cd的富集作用外源重金屬進(jìn)入土壤后，植物通過根系代謝吸收土壤中的重金屬，重金屬被植物吸收后大部分殘留在根部，還有一部分隨著原生質(zhì)的流動(dòng)運(yùn)移給臨近的細(xì)胞，并通過細(xì)胞間的運(yùn)輸，橫穿過根的中柱鞘輸送到導(dǎo)管中，隨植物蒸騰作用向地上部分遷移，甚至累積在植物的莖葉和籽實(shí)部分，從而產(chǎn)生了有害于人體健康的農(nóng)產(chǎn)品。所以重金屬對(duì)植物及對(duì)人、畜的危害及對(duì)植物體內(nèi)各部位重金屬的累積分布有密切關(guān)系。本試驗(yàn)中向日葵不同部位的重金屬富集量以及富集總量見圖4-2、4-3。,由圖可知，隨著土壤Cd添加量的升高，向日葵不同器官對(duì)Cd的富集量也逐漸增加，向日葵對(duì)Cd的富集量既與向日葵器官有關(guān)，又受土壤重金屬處理?xiàng)l件的影響。重金屬Cd在低濃度時(shí)在向日葵體內(nèi)分布規(guī)律為：葉根籽實(shí)莖；高濃度時(shí)為：根葉籽實(shí)莖。由此可知，向日葵根是富集Cd的主要器官，但與油菜相比，低水平Cd處理下根富集的重金屬Cd較易通過植物運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)角o葉，其毒害作用較強(qiáng)。,每盆向日葵重金屬積累總量總是隨土壤Cd添加量的增加而增加，只是增加幅度逐漸變小，這是由向日葵各部位的干重和重金屬含量共同決定的。,2.4螯合劑對(duì)向日葵吸收Cd的影響,試驗(yàn)中以土壤Cd添加量為40mg/kg作對(duì)照，在向日葵收獲前10天加入不同濃度的螯合劑，進(jìn)行螯合強(qiáng)化試驗(yàn)。由圖4-4可知，螯合劑的施用有效地活化了土壤中的Cd，增強(qiáng)了Cd的生物可利用性，使其移動(dòng)性大大增加。在3種濃度螯合劑處理下的向日葵根部、莖、葉和籽實(shí)重金屬含量較對(duì)照均有顯著提高。在最大濃度時(shí)根、莖、葉部Cd含量分別比對(duì)照增加了11.1、53.5、13.7倍，而籽實(shí)中的重金屬含量增加遠(yuǎn)沒有其他部位明顯。當(dāng)添加螯合劑濃度為6mmol/kg時(shí)，向日葵體內(nèi)各部位Cd含量均達(dá)到最大值，添加螯合劑濃度過高時(shí)（10mmol/kg），向日葵出現(xiàn)了死亡癥狀，因此，考慮到螯合劑的毒性，建議采用中等濃度的螯合劑添加量。,3本章小結(jié)（1）研究表明，向日葵“新葵雜四號(hào)”對(duì)土壤Cd污染具有一定的耐性，但重金屬Cd對(duì)其株高、干重、葉綠素等生理效應(yīng)的抑制作用較明顯。（2）重金屬Cd在向日葵體內(nèi)的分布規(guī)律是低濃度時(shí)葉根籽實(shí)莖，高濃度時(shí)根葉籽實(shí)莖。且各部位Cd含量均隨著土壤重金屬濃度的增加而增加，與油菜相比，Cd在向日葵體內(nèi)更易向地上部遷移。（3）加入螯合劑EDTA后，明顯提高了向日葵對(duì)重金屬的吸收量。向日葵體內(nèi)Cd比對(duì)照均有較大幅度的提高。其中根、莖、葉部含量增加幅度較大，籽實(shí)增加較少。當(dāng)螯合劑添加量為6mmol/kg時(shí)，向日葵體內(nèi)各部位Cd含量最大。,結(jié)論,有關(guān)重金屬植物修復(fù)方面的研究，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)取得了重要進(jìn)展，但有些問題仍待解決。本試驗(yàn)利用油菜、向日葵和蒲公英對(duì)重金屬Cd污染土壤進(jìn)行修復(fù)研究，得出結(jié)論如下：（1）試驗(yàn)中所用的修復(fù)植物甘藍(lán)型油菜“秦油8號(hào)”、向日葵“新葵雜四號(hào)”都對(duì)土壤Cd污染具有一定的耐性，低濃度的Cd處理對(duì)油菜的生長(zhǎng)表現(xiàn)促進(jìn)作用，高濃度Cd處理抑制油菜的生長(zhǎng)；而對(duì)向日葵的影響主要為抑制作用。重金屬Cd可以引起油菜和向日葵的抗性反應(yīng)，表現(xiàn)在植物體內(nèi)的游離脯氨酸含量隨Cd濃度的升高而上升，二者之間呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)性。但這種耐性是有一定限度的，高于這個(gè)限度則會(huì)受到傷害，從而表現(xiàn)出植株矮化、葉片失綠等癥狀。實(shí)驗(yàn)證明，甘藍(lán)型油菜“秦油8號(hào)”和向日葵受Cd