（环境工程专业论文）短毛蓼超富集锰的机理及对锰污染土壤的修复效应研究.pdf

i 呲 嗍 i m i l i i q l l i 1 u q v 2 2 7 0 0 6 3 论文作者签名 圣2 聋 指导教师签名 妄渤星玺 答辩委员会主席 塑丝建熬援浙江太堂生佥整堂堂暄 委员1 矍塞猩熬援逝江太堂丕境曼逄塑堂瞳 委员2 拯塞壬熬援浙江太堂巫境童资塑堂瞳 委员3 里迸明数援浙江太堂丕境生盗塑堂瞳 委员4 旌塑煎熬援逝选太堂巫境生资塑堂瞳 m nc o n t a m i n a t e ds o i l a u t h o r ss i g n a t u r e s u p e r v i s o r ss i g n a t u r e 1 坦丛i e x a m i n i n gc o m m i t t e ec h a i r p e r s o n 圣鱼曼旦gs h 鱼q ii i 塑 里 q 鱼墨墨q e x a m i n i n gc o m m i t t e em e m b e r s l 坠q 迪 鱼h 星堕g 里 q 堡墨墨q 垒垒g i 廷g 二卫i 旦g 墅q l 堡墨墨q 丑垦坠鱼旦望盟g 坠i 垒g q 鱼墨墨q 曼h i i 二y 坌 旦 q 鱼墨墨q d a t eo f o r a ld e f e n c e 2 0 1 2 9 1 7 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果 据我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果 也不包含为获得逝鎏盘堂或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意 学位论文作者签名 签字日期 知 二 年 学位论文版权使用授权书 月 7 日 本学位论文作者完全了解逝姿盘堂有关保留 使用学位论文的规定 有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘 允许论文被查阅和借阅 本人授 权逝姿盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用 影印 缩印或扫描等复制手段保存 汇编学位论文 保密的学位论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名 僻 签字日期 加7 年夕月f7 日 导师虢茹昝耋 签字日期 w 抄年彳月7 日 浙江大学博士学位论文 致谢 本论文完稿之际 回首几年来的学 j 和生活 心中不免感慨万千 首先衷心感谢我的导师陈英旭教授对我的谆谆教导 陈老师渊博的专业知识 精髓 的学术造诣 敏锐的思维 坚韧的探索精神令我敬仰 陈老师严肃求实的科学态度 诲 人不倦的高尚师德 精益求精的工作作风深深感染着我 感谢陈老师为我提供了宝贵的 学习机会 也感谢他一直以来对我的关心和照顾 感谢施积炎教授对我论文的认真指导 感谢他在课题选择和论文构思等方面给我的 提出宝贵意见 也感谢他一直以来对我的关心和帮助 感谢李明顺教授在论文构思和试 验开展等方面给予我的全力支持和帮助 两位老师孜孜以求的治学精神 宽厚广阔的胸 怀 积极向上的生活态度 是我终身学 j 的榜样 感谢于明革博士在论文撰写和修改过程中给我提出宝贵的建设性意见 感谢沈超峰 副教授多年来对我的支持和帮助 感谢张秋玲同学一直以来对我的关心和鼓励 感谢环 保楼其他各位老师和方晓波 黄向东 傅晓萍 段德超等兄弟姐妹们在我求学期间所给 予我的一切帮助 感谢广西师范大学环境学院的各位同事 谢谢他们多年来对我的信任和支持 帮助 我度过了工作 生活中的一个个难关 感谢我的家人多年来对我无微不至的关爱 在我读博期间他们给了我莫大的鼓励和 支持 有了他们的理解和付出我才能够不断前行 邓华 二零一二年六月 浙江大学博士学位论文 摘要 广西素有 有色金属之乡 的美誉 其中锰矿的开采规模与强度居全国之首 多年 来的锰矿开采使矿区生态遭到严重的破坏 并带来大面积的土壤污染 在锰矿区 锰 镉等重金属含量高已成为限制植物生长的重要因素 阻碍了矿区废弃地生态恢复的快速 健康发展 降低废弃地土壤中的重金属含量成为亟待解决的重要问题 近年来 植物修 复技术以其潜在的高效 廉价及其环境友好性越来越受到各国政府 科技界和企业界的 强烈关注 因其可以通过植物对重金属的吸收 富集作用达到降低土壤重金属浓度的目 标 利用生长快 适应性强的超富集植物实施植物修复而更具优势 通过对广西全州锰矿的野外调查 发现短毛蓼具有锰超富集植物的特征 进而结合 营养液培养试验对它的锰耐性和超富集能力进行了验证 此外 从短毛蓼对锰的生理响 应 锰在短毛蓼体内的化学形态和分布特征等方面对短毛蓼的锰富集机理进行了探讨 并考察了短毛蓼对锰污染土壤的修复效应 还初步探索了利用短毛蓼与经济作物间作体 系对锰矿区废弃地土壤进行修复 通过研究取得了以下主要结果 短毛蓼对生长介质中的锰有很强的耐性和富集能力 是一种锰超富集植物 短毛蓼 各部分锰含量特征为 叶 茎 根 在锰含量高达2 5 x1 0 5 m g k g 的锰矿废弃地上短毛蓼生 长良好 叶锰含量高达1 6 6 x 1 0 4 m g k g 营养液培养条件下 随着生长介质中m n 浓度的 升高 短毛蓼根 茎 叶的锰含量逐渐增加 锰供应水平为1 0 0 0 1 j j n o l l 时 叶锰含量就 超过了1 0 0 0 0 m g k g 当锰供应水平3 勺8 0 0 0 9 m o l l 时 茎锰含量亦超过了1 0 0 0 0 m g k g 动 态吸收实验结果表明 短毛蓼具有很强的锰吸收能力 根部从生长介质中吸收锰后能够 将其转移并贮存在地上部分 但锰从植物根部往上输送的过程需要一定的时间 起初 0 4 h 根部的锰含量最大 在3 2 h 左右 短毛蓼体内锰含量呈现出叶 茎 根的特征 生理生化实验结果表明 锰处理浓度不超过5 0 0 0 9 m o l l 时 短毛蓼叶片叶绿素含 量与对照相比差异不显著 细胞质膜透性和丙二醛含量与对照相比差异也不显著 表明 细胞膜没有明显地受到锰的毒害 当锰处理浓度高达8 0 0 0 i t m o l l 时 叶绿素含量显著 降低 细胞膜透性和丙二醛含量也显著增大 在抗氧化胁迫作用方面 随着锰处理浓度 的增加 短毛蓼叶片p o d 和s o d 酶活性提高 起到清除活性氧自由基的作用 c a t 酶活性变化则不显著 表明c a t 可能不是锰胁迫下清除h 2 0 2 的关键酶 浙江大学博士学位论文 在锰赋存形态上 短毛蓼茎部以水提取态和氯化钠提取态为主 根部和叶部以水提 取态 氯化钠提取态和盐酸提取态为主 随着锰处理浓度增加 根中锰由水提取态向盐 酸酸提取态和氯化钠提取态转化 叶中水提取态锰和盐酸提取态m n 占总锰的比例逐渐 上升 在亚细胞水平分布上 短毛蓼根 茎 叶中的9 0 以上的锰分布在细胞壁和可 溶性部分 包括细胞质和液泡 叶是短毛蓼体内锰富集量最高的部位 不同锰处理浓 度下 细胞质可溶性物质 包括液泡 中锰的分配率均最高 达5 5 9 2 0 0 6 3 0 9 其次是 细胞壁部分 其比例为3 1 0 1 3 5 5 0 可见 细胞壁和液泡是锰在短毛蓼叶片细胞内中 的主要贮存点位 t e m 实验结果也证实了这一点 土培试验再次证明了短毛蓼对锰的强耐性和富集能力 短毛蓼种植于三种不同土壤 中的试验结果表明 短毛蓼的生长适应性很强 在三种土壤环境中都长势良好 生物量 没有显著差异 而且 三种情况下短毛蓼的锰转移系数均大于1 表现出较好的锰迁移 性 向生物园土中人为添加锰的梯度试验结果表明 在各种锰处理水平下 短毛蓼的锰 生物富集系数和转运系数均大于1 随着土壤中锰浓度的增加 短毛蓼体内 地上部分 和地下部分 的锰含量呈上升趋势 当土壤中锰添加浓度为1 0 0 0m g k g 1 时 地上部锰 含量超过1 0 0 0 0m g k 达到了锰超富集植物的标准 向土壤中添加抗坏血酸可以提高 短毛蓼的耐锰性 在锰添加量为5 0 0 0 m g k g 时短毛蓼仍能存活 而且 较低浓度抗坏血 酸的添加可以显著增加短毛蓼体内的锰累积量 对经济作物和短毛蓼间作体系的研究结果表明 不同经济作物对间种体系植物间互 作效应的影响较大 短毛蓼与玉米间种体系用于修复锰污染土壤比较理想 短毛蓼与大 豆闻种对短毛蓼的锰吸收能力有所抑制 虽然促使短毛蓼生长更快 生物量显著增加 但锰累积量却没有显著变化 而将玉米与短毛蓼间种不仅能显著增大短毛蓼的生物量 而且能够促进它对土壤中锰的吸收 体内锰累积量增大了2 0 8 4 关键词 短毛蓼 锰 超富集植物 植物修复 土壤修复 i i 浙江大学博士学位论文 a b s t r a c t g u a n g x ii sk n o w n a st h et o w no f n o n f e r r o u sm e t a l s a n di tr a n k sf i r s tb e c a u s eo f t h es i z e a n di n t e n s i t yo fm a n g a n e s e m i n i n g t h eo r i g i n a le c o l o g i c a le n v i r o n m e n to fm a n g a n e s em i n e s h a sb e e nd e s t r o y e dh e a v i l y a n dal a r g ea r e ao fs o i lh a sb e e nc o n t a m i n a t e dt h r o u g hm a n y y e a r se x p l o r i n g i nm i n i n ga r e a p l a n tg r o w t hh a sb e e nl i m i t e df o rh i 曲c o n c e n t r a i o no f m a n g a n e s e c a d m i u ma n do t h e rh e a v ym e t a l s w h i c hh i n d e r e dh e a l t h yd e v e l o p m e n go fi t s e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n s o i th a sb e c o m ea ni m o r t a n ti s s u et ob es o l v e dt h a tt h ec o n t e n t so f h e a v ym e t a l si nt h es o i lo fw a s t e l a n ds h o u l db er e d u c e d i nr e c e n ty e a r s p h y t o r e m e d i a t i o n t e c h n o l o g yh a sa t t r a c t e dm o r ea n dm o r ec o n c e r no fg o v e r n m e n t s s c i e n t i f i cc o m m u n i t ya n d b u s i n e s sc o m m u n i t yf o ri t sp o t e n t i a le f f i c i e n c y l o wc o s ta n de n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l y c h a r a c t e r i s t i c s f o rt h i st e c h n o l o g y f a s t g r o w i n ga na d a p t a b l eh y p e r a c c u m u l a t o r sa r eu s e dt o r e m o v eh e a v ym e t a l sf r o ms o i lb ye x t r a c t i o no ft h eh e a v ym e t a l st ot h e i ra e r i a lp a r t s i tw a sf o u n dt h a tp o l y g o n u mp u b e s c e n sb l u m eh a dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fm a n g a n e s e h y p e r a c c u m u l a t o rt h r o u g hf i e l di n v e s t i g a t i o no ft h em a n g a n e s em i l l ei nq u a n z h o u a n di t s m a n g a n e s et o l e r a n c ea n dh y p e r a c c u m u l a t i o nw a sv e r i f i e db yn u t r i e n ts o l u t i o nc u l t u r e e x p e r i m e n t b e s i d e s m ne n r i c h m e n tm e c h a n i s m so fp o l y g o n u mp u b e s c e n sb l u m ew a s d i s c u s s e db ym e a n so fs t u d y i n gi t sp h y s i o l o g i c a lr e s p o n s et os t r e s so fm a n g a n e s ea n d c h e m i c a ls p e c i a t i o na n dd i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c so fm a n g a n e s ei ni t m o r e o v e r t h ep l a n t w a sp l a n t e di nm n c o n t a m i n a t e ds o i lt oi n v e s t i g a t ei t sa c c u m u l a t i o no fm n a l s o p o l y g o n u m p u b e s c e n sb l u m ew a si n t e r p l a n t e dw i t he c o n o m i cc r o p si ns o i lc o l l e c t e df r o mw a s t e l a n do f m a n g a n e s em i n et oi n v e s t i g a t et h e i rr e m e d i a t i o ne f f e c tt ot h es o i l t h ef o l l o w i n gr e s u l t sw e r e o b t a i n e df r o mt h e s es t u d i e s p o l y g o n u m p u b e s c e n sb l u m eh a s h i g h t o l e r a n c et o m a n g a n e s e a n di tc a n h y p e r a c c u m u l a t i n gm n f r o mi t sg r o wm e d i u m w h i c hs h o wt h a ti ti sam nh y p e r a c c u m u l a t o r m nc o n t e n t si ni t so r g a n sa r el e a f s t e m r o o t w i t ht h em a x i m u mm nc o n c e n t r a t i o ni nl e a f r e a c h i n g1 6 6 x10 4 m g k g t h ep l a n tg r e ww e l lo nm nm i n ew a s t e l a n do fg u a n g x iw i t hm n c o n c e n t r a t i o nb e 吨a sh i g ha s2 5x10 5 m g k g u n d e rh y d r o p o n i cc o n d i t i o n s w i t ht h em n c o n c e n t r a t i o ni nt h em e d i ai n c r e a s i n g t h em a n g a n e s ec o n c e n t r a t i o ni nt h e o r g a n s o f i l l 浙江大学博士学位论文 p o l y g o n u mp u b e s c e n sb l u m ei n c r e a s e d w h e nt h em nc o n c e n t r a t i o ni nt h es o l u t i o nw a s 10 0 0 1 a m o l l t h em nc o n c e n t r a t i o ni nl e a fr e a c h e dm o r et h a n l0 0 0 0 m g k g w h e nt h em n c o n c e n t r a t i o ni nt h es o l u t i o nw a s8 0 0 0 p m o l l t h em nc o n c e n t r a t i o ni ns t e mr e a c h e dm o r et h a n l0 0 0 0 m g k g t h er e s u l t so fd y n a m i ca b s o r p t i o n e x p e r i m e n ts h o w e dt h a tp o l y g o n u m p u b e s c e n sb l u m eh a ss t r o n ga b s o r p t i o no fm n a f t e rm nw a sa b s o r b e dt oi t sr o o t s i tc o u l d b et r a n s f e r r e dt oa n ds t o r e di nt h ea e r i a lp a r t s b u tt h i sp r o c e s sn e e d e dac e r t a i na m o u n to f t i m e a tf i r s t 0 4 h m nc o n t e n t si nr o o t sw a sb i g g e rt h a tt h o s ei ns t e m sa n dl e a v e s a ta b o u t 3 2 h m nc o n t e n ti nt h ep l a n t ss h o w e dt h ec h a r a c t e r i s t i c s l e a f s t e m r o o t t h er e s u l t so fp h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a le x p e r i m e n t ss h o w e dt h a tc h l o r o p h y l l c o n t e n t c o n t e n t so fc e l lm e m b r a n ep e r m e a b i l i t ya n dm d a i np o l y g o n u mp u b e s c e n sb l u m e l e a r e sh a dn o s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c ec o m p a r e d 椭mt h ec o n t r o lw h e nm nt r e a t m e n t c o n c e n t r a t i o nw a sn o tm o r et h a n5 0 0 0 i t m o l l w h i c hs u g g e s t e dt h a tc e l lm e m b r a n ew a sn o t s i g n i f i c a n t l yp o i s o n e d w h e nm a n g a n e s ec o n c e n t r a t i o n s w a sa sh i g ha s8 0 0 0 i l m o l l c o n t e n t so fc h l o r o p h y l lc o n t e n td e c r e a s e d c e l lm e m b r a n ep e r m e a b i l i t ya n dm d ai n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y c o n s i d e r i n gr e s i s t a n c et oo x i d a t i v es t r e s se f f e c t s t h er e s l u t so fo u re x p e r i m e n t s s h o w e dt h a tp o da n ds o de n z y m ea c t i v i t yi n c r e a s e da l o n gw i t hi n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o no f m n w h i c hs u g g e s t e dt h a tt h et w oe n z y m e sh a dt h ee f f e c to fs c a v e n g i n ga c t i v eo x y g e nr a d i c a l c a ta c t i v i t yd i dn o tc h a n g e ds i g n i f i c a n t l y i n d i c a t i n gt h a tc a tw 弱n o tt h ek e ye n z y m eo f r e m o v i n gh 2 0 2u n d e rt h es t r e s so fm n t h er e s u l t so fe x t r a c t i o n e x p e r i m e n t sb yu s i n gd i f f e r e n t e x t r a c t a n t ss h o w e dt h a t w a t e r e x t r a c t a b l em na n dn a c l e x t r a c t a b l em np r e d o m i n a t e di ns t e m so fp o l y g o n u m p u b e s c e n sb l u m e a n dw a t e r e x t r a c t a b l em n n a c l e x t r a c t a b l em na n dh c l e x t r a c t a b l em n p r e d o m i n a t e di n i t sr o o t sa n dl e a v e s w i t ht h em ns u p p l yi n c r e a s i n g t h ep e r c e n t a g eo f w a t e r e x t r a c t a b l em nd e c r e a s e da n dt h ep e r c e n t a g eo fh c l e x t r a c t a b l ea n dn a c l e x t r a c t a b l e m ni n c r e a s e di nt h er o o t s a n dw a t e r e x t r a c t a b l ea n dh c l 一e x t r a c t a b l em ni n c r e a s e di nt h e l e a v e s c o n s i d e r i n gt h es u b c e l l u l a rl e v e ld i s t r i b u t i o no fm n t h er e s u l t so fo u re x p e r i m e n t s s h o w e dm o r et h a n9 0 o ft o t a lm nw a sb o u n dt oe e l lw a l la n ds o l u b l ef r a c t i o ni nt h ep l a n t l e a fw a st h ek e yo r g a no fp o l y g o n u mp u b e s c e n sb l u m ei nw h i c ht h em nc o n t e n tw a st h e h i g h e s t u n d e rt h es t r e s so fd i f f e r e n tm n t r e a t m e n tc o n c e n t r a t i o n m nc o n t e n ti nc y t o p l a s m i c i v 浙江大学博士学位论文 s o l u b l es u b s t a n c e s i n c l u d i n gv a c u o l e s w e r et h eh i g h e s t 谢t ht h ed i s t r i b u t i o np r o p o r t i o no f 5 5 9 2 6 3 0 9 w h i c hf o l l o w e db yt h a ti n c e l lw a l l 诵t 1 1t h ed i s t r i b u t i o np r o p o r t i o no f 31 0 1 3 5 5 0 s o t h ev a c u o l ea n dc e l lw a l lw a st h em a i np o s i t i o nw h e r et h em a j o r i t yo f m ns t o r e d t h er e s u l t so fe x p e r i m e n t sa l s oc o n f i r m e dt h a t t h er e s u l t so fs o i lc u l t u r ee x p e r i m e n t sp r o v e da g a i nt h a tp o l y g o n u mp u b e s c e n sb l u m e h a ss t r o n gt o l e r a n c ea n da c c u m u l a t i o na b i l i t yo fm n t h ep l a n t sg r e ww e l li nt h r e ek i n d so f s o i l t h e i rb i o m a s sh a dn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e s a n da l lo ft h e i rt r a n s l a t i o nc o e f f i c i e n t so f m nw e r eg r e a t e rt h a n1 t h er e s u l t so fm n g r a d i e n te x p e r i m e n t sw i 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c e n t r a t i o n sc o u l di n c r e a s et h em nt r a n s l o c a t i o na m o u n to ft h ep l a n tf r o mt h e m n c o n t a m i n a t e ds o i l b u th i g h e rc o n c e n t r a t i o ns h o w e dr e s t r i c t i v ee f f e c t p o l y g o n u mp u b e s c e n sb l u m ea n de c o n o m i cc r o p sw e r ei n t e r p l a n t e di nt h es o i lw h i c hw a s c o l l e c t e df r o mt h ew a s t e l a n do fam nm i n eo fq u a n z h o u t h er e s u l t ss h o w e dt h a tm n a b s o r p t i o nc a p a c i t yo fp o l y g o n u mp u b e s c e n sb l u m ew a si n h i b i t e dw h e ni tw a si n t e r p l a n t e d i t l l s o y b e a n t h eb i o m a s so fp o l y g o n u mp u b e s c e n sb l u m ei n c r e a s e d b u t i t sm n a c c u m u l a t i o nd i dn o ts i g n i f i c a n t l yc h a n g e b o t hb i o m a s sa n dm na c c u m u l a t i o no fp o l y g o n u m p u b e s c e n sb l u m ei n c r e a s e dw h e ni tw a si n t e r p l a n t e dw i t hc o m w i t hi t sm nu p t a k ei n c r e a s e d b y2 0 8 4 f r o ma b o v er e s u l t s i tw a sv i s i b l et h a ti n t e r p l a n t i n gp o l y g o n u mp u b e s c e n sb l u m e 析t i lc o mw a si d e a lf o rr e m e d i a t i n gm n c o n t a m i n a t e ds o i l k e yw o r d s p o l y g o n u mp u b e s c e n sb l u m e m n h y p e r a c c u m l a t o r p h y t o r e m e d i a t i o n s o i lr e m e d i a t i o n v 浙江大学博士学位论文 目录 致谢 i 摘要 i a b s t r a c t i i i 第一章绪论 1 1 1 土壤重金属污染状况 1 1 1 1 全球土壤重金属污染状况 1 1 1 2 我国土壤重金属污染状况 l 1 2 重金属污染土壤的治理和修复 3 1 2 1 工程措施 3 1 2 2 物理化学法 3 1 2 3 农业化学调控法 4 1 2 4 生物修复法 6 1 3 重金属污染土壤植物修复研究进展 7 1 3 1 超富集植物的筛选 7 1 3 2 超富集植物对重金属的富集 解毒机理 8 1 3 3 土壤改良及螯合剂的使用 1 2 1 3 4 超富集植物与其他植物的间套种 1 3 1 3 5 植物修复技术在重金属污染土壤治理中的实际应用 1 4 1 4 论文立题依据 1 5 1 5 研究目标 内容与技术路线 1 6 1 5 1 研究目标 1 6 1 5 2 研究内容 1 6 1 5 3 技术路线 1 6 第二章短毛蓼 p o l y g o n u mp u b e s c e n sb l u m e 对锰的富集特征 1 8 弓i 言 18 2 2 材料与方法 1 9 2 2 1 野外样品采集 1 9 2 2 2 室内营养液培养 1 9 2 2 3 土壤与植物样品分析 2 0 2 3 结果与分析 2 0 2 3 1 矿区调查结果 2 0 2 3 2 不同浓度的锰处理对短毛蓼生长的影响 2 l 2 1 3 3 不同锰处理浓度下短毛蓼对锰的富集 2 2 2 3 4 不同锰处理浓度下短毛蓼对锰的累积 2 4 2 3 5 短毛蓼对锰的吸收随时间变化的短期 4 8 h 动态特征 2 5 2 4 讨孛占 一2 6 2 5 本章小结 2 7 第三章短毛蓼对锰的生理生化响应 2 8 弓i 言 2 8 3 1 材料与方法 2 8 3 1 1 植物培养和锰处理 2 8 浙江大学博士学位论文 3 1 2 生理生化指标测定方法 2 9 3 2 结果与分析 3 0 3 2 1 短毛蓼对不同浓度锰处理的表观响应 3 0 3 2 2 不同浓度锰处理对叶片叶绿素的影响 3 0 3 2 2 不同浓度锰处理对叶片叶绿素的影响 3 l 3 2 3 不同浓度锰处理对叶片质膜透性的影响 3 1 3 2 4 不同浓度锰处理对叶片丙二醛的影响 3 2 3 2 5 不同锰浓度处理对叶片抗氧化酶的影响 3 3 3 3 讨论 z l 3 4 本章小结 3 6 第四章锰在短毛蓼中的化学形态和分布特征 3 7 弓i 言 7 4 1 材料与方法 3 8 4 1 1 植物培养及锰处理浓度 3 8 4 1 2 锰在亚细胞水平分布测定试验 3 8 4 1 3 锰的化学形态分析试验 3 8 4 1 4 电镜样品制备 3 9 4 j 1 5 数据处理 3 9 4 2 结果与分析 4 0 4 2 1 锰在短毛蓼中的亚细胞水平分布 4 0 4 2 2 锰在短毛蓼中的化学形态 4 1 4 2 3 锰在短毛蓼中的微分布 4 3 4 3 讨论 4 7 4 4 本章小结 4 8 第五章短毛蓼对锰污染土壤的修复效应 5 0 弓l 言 5 5 1 材料与方法 5 l 5 1 1 供试植物和土壤 5 1 5 1 2 土培试验 5 l 5 1 3 样品处理与分析 5 2 5 2 结果与分析 5 2 5 2 1 不同浓度锰对短毛蓼生长的影响 5 2 5 2 2 不同锰处理浓度下短毛蓼对锰的富集特征 5 3 5 2 3 添加抗坏血酸对短毛蓼生长及富集和迁移锰的影响 5 3 5 2 4 短毛蓼对不同土壤的锰提取能力 5 4 5 3 讨论 5 5 5 4 本章小结 5 6 第六章短毛蓼与经济作物间种对锰污染土壤的修复研究 5 7 弓f 言 5 7 6 1 材料与方法 5 7 6 1 1 供试植物和土壤 5 7 6 1 2 土培试验 5 8 6 1 3 样品处理与分析 5 8 u 浙江大学博士学位论文 6 2 结果与分析 5 9 6 2 1 不同种植方式下植物的生长状况 5 9 6 2 2 不同种植方式下植物体内的锰含量 5 9 6 2 2 不同种植方式下短毛蓼对锰的累积 6 0 6 2 4 种植植物后土壤中的锰含量 6 l 6 3 讨论 6 2 6 4 本章小结 6 2 第七章结论与展望 6 3 7 1 研究结论 6 3 8 2 创新点 6 5 8 3 研究展望 6 5 参考文献 6 6 攻读博士期间发表的论文 7 5 第一章绪论 第一章绪论 土壤是人类赖以生存的重要自然资源 可为人类提供各种粮食和原料产品 是维持 地球表层生态系统平衡的物质基础 土壤也是生态环境的重要组成部分 为多种动植物 和微生物提供生存环境 然而 近年来随着工农业的迅速发展和人类活动范围的不断扩 大 土壤污染问题日益突出 特别是重金属污染 其具有隐蔽性 长期性和不可逆性 而且毒性大 不仅影响作物的正常生长发育从而降低粮食产量和品质 并且会通过食物 链危害人体健康 周启星和宋玉芳 2 0 0 4o 因此 重金属污染土壤的治理成为世界各 国亟待解决的问题 也是环境科学和土壤科学等领域的研究者近年来一直关注的热点 1 1 土壤重金属污染状况 1 1 1 全球土壤重金属污染状况 世界各国都存在不同程度的土壤重金属污染现象 主要集中在p b c d s e h g a s n i m n z n c u 等 据统计 世界范围每年进入土壤的重金属量为 h 9 0 8 3 万 吨 c d 2 2 万吨 c r 8 9 6 万吨 p b 7 9 6 万吨 n i 3 2 5 万吨 c u 9 5 4 万吨 z n l 3 7 2 万吨 还有准金属a s 为8 2 万吨 s e 为4 1 万吨 杨天周等 2 0 0 8 1 1 2 我国土壤重金属污染状况 我国土壤重金属污染较严重 目前受污染的耕地面积近2 0 0 0 万h a 约占耕地总面 积的1 5 其中重金属污染约占3 0 4 0 每年因土壤污染而减少的粮食产量高达1 0 0 0 万t 直接经济损失达1 0 0 多亿元 朱荫湄和周启星 1 9 9 9 韦朝阳和陈同斌 2 0 0 1 土壤重金属污染源包括 三废 的排放 矿山的开采和冶炼 污水灌溉和污泥农用 城 市生活垃圾的排放 化肥和农药的施用等 污水灌溉是我国耕地重金属污染的主要原因之一 据统计 我国污水灌溉面积1 9 6 3 年为4 1 万公顷 发展到1 9 9 8 年达到了3 6 1 8 万公顷 占全国灌溉总面积的7 3 刘 开坤和韩立岩 2 0 0 7 从地域分布上看 我国污水灌溉的农田主要北方水资源严重短 缺的区域 长期的污水灌溉导致土壤及农作物受到不同程度的污染 如辽宁的鞍山宋山 污灌区面积达2 6 6 7 h m 2 自2 0 世纪3 0 年代开始污灌 长期以来使得该区域土壤的重金 属含量普遍偏高 李法云和胡伟滨 2 0 0 8 沈阳张士灌区用污水灌溉多年 造成灌区 镉污染严重 而且土壤污染面积逐年增加 徐晟徽等 2 0 0 7 西安市的污水灌溉面积 1 第一章绪论 占全市灌溉面积的5 9 1 2 不包括郊县 某些污灌区土壤中重金属含量已超过我国土 壤重金属污染建议标准 王堪甲和周振立 1 9 9 5 矿产开采和冶炼是导致土壤重金属污染的另一个重要原因 我国矿产资源丰富 但 开发利用率不足 选矿冶炼技术落后 废弃物的排放 堆存不仅破坏和占有大量的土地 资源 而且导致区域严重的重金属污染 2 0 0 1 年的统计数字表明 全国矿区累计被破 环的土地面积达2 8 8 万h a 矿区污染土壤每年以4 6 7 万h a 的速度增长 黄铭洪和骆 永明 2 0 0 3 有资料表明 我国每年因工业固废 金属矿开采 冶炼与加工业占4 2 7 污染环境造成直接经济损失超过9 0 亿元 间接损失达3 0 0 亿元 刘国华 舒洪岚 2 0 0 3 全国各地关于矿区和冶炼厂及其附近土壤污染的报道时有出现 如广东省的大宝山矿区 由于长期大规模地开采多种矿产 矿区周围土壤 矿山下游地区及横石河流沿岸的土壤 都不同程度地受到了多种金属的污染 周建民等 2 0 0 4 付善明等 2 0 0 7 许超等 2 0 0 8 拉拉铜矿区土壤c u z n h g 污染严重 朱志敏等 2 0 0 7 广西环江县因铅锌金属矿 区尾砂坝坍塌导致大面积农田污染甚至绝收 翟丽梅等 2 0 0 8 攀枝花钒钛磁铁矿区 经过四十多年的开采 周围土壤受到了不同程度的多种重金属的污染 席先国等 2 0 0 7 市工业区冶炼厂周围土壤也受到一定污染 赵晶等 2 0 0 7 秦岭铅锌矿冶炼厂周边土 壤z n p b c d c u 等严重超标 王