表面活性劑與螯合劑強(qiáng)化植物修復(fù)鎘污染土壤的研究

董姍燕

【摘要】：已有研究表明，在過(guò)去20年內(nèi)，重慶市蔬菜基地已遭受了鎘、鉛、銅、砷、汞等重金屬污染，其中以鎘污染最為突出。鎘是一種潛伏期長(zhǎng)、移動(dòng)性強(qiáng)、危害濃度低、污染面積廣、呈慢性積累且不易為人們察覺(jué)的有毒重金屬，必須予以?xún)?yōu)先去除。 對(duì)于重金屬污染的土壤，目前可采用物理、化學(xué)和生物方法進(jìn)行修復(fù)，其中以化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)效果最為顯著。但化學(xué)修復(fù)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較大，容易導(dǎo)致二次污染；而生物修復(fù)的時(shí)間又嫌過(guò)長(zhǎng)，因此采用化學(xué)修復(fù)與生物修復(fù)相結(jié)合的化學(xué)強(qiáng)化植物修復(fù)(Chemical-enhanced phytoremediation)便應(yīng)運(yùn)而生?；瘜W(xué)強(qiáng)化植物修復(fù)的原理是，一方面利用化學(xué)物質(zhì)提高土壤中重金屬的移動(dòng)性和植物可利用性，促進(jìn)植物吸收，提高植物體內(nèi)重金屬濃度；另一方面提高植物體生物量，尤其是地上部分的生物量，從而增加植物對(duì)重金屬的吸收總量。 在所用的化學(xué)強(qiáng)化物質(zhì)中，表面活性劑和螯合劑以其特有的增溶、增流、螯合、絡(luò)合等特性而倍受人們青睞。人們根據(jù)表面活性劑的增溶和增流特性，將其用于重金屬污染的治理，發(fā)現(xiàn)表面活性劑對(duì)修復(fù)重金屬污染的土壤與沉積物效果不錯(cuò)，加入螯合劑EDTA后效果更顯著。利用表面活性劑潤(rùn)滑、增溶、分散、洗滌等特性，改變土壤表面電荷和吸收位能，或從土壤表面將重金屬置換出來(lái)，以絡(luò)合、螯合物的形式存在于土壤溶液中，加快重金屬在自然環(huán)境中的可流動(dòng)性，從而加速重金屬的去除。 利用表面活性劑，特別是表面活性劑與螯合劑聯(lián)合強(qiáng)化植物萃取土壤或沉積物中重金屬的研究報(bào)道尚不多見(jiàn)。當(dāng)前對(duì)表面活性劑去除土壤中重金屬污染的研究多處在實(shí)驗(yàn)室階段，且主要是用在實(shí)驗(yàn)室柱淋洗和批試驗(yàn)中，不能有效地應(yīng)用于實(shí)際?；谏鲜鲈砗驮O(shè)想，本研究采用盆栽試驗(yàn)、土壤培養(yǎng)試驗(yàn)、化學(xué)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)吸附—解吸試驗(yàn)相結(jié)合的方法，通過(guò)表面活性劑與螯合劑的復(fù)配技術(shù)，選擇最優(yōu)的表面活性劑／螯合劑組合及其合適濃度，為化學(xué)強(qiáng)化植物修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)，為土壤重金屬污染的治理提供新途徑。 第一，采用混合正交設(shè)計(jì)L_(18)(6~1×3~6)的盆栽試驗(yàn)對(duì)六種表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SLS)、十二烷基苯磺酸鈉(DBSS)、十六烷基三甲基溴化銨(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)以及螯合劑乙二胺四乙酸鈉(EDTA)進(jìn)行復(fù)合篩選。結(jié)果表明，影響植物吸收鎘的主要因子是表面活性劑類(lèi)型，陰離子型與非離子型表面活性劑的強(qiáng)化修復(fù)效果要優(yōu)于陽(yáng)離子型表面活性劑。表面活性劑與EDTA復(fù)合使用，可以促使根鎘向地上部轉(zhuǎn)移，有利于強(qiáng)化重金屬的植物修復(fù)。采用對(duì)比設(shè)計(jì)的盆栽試驗(yàn)研究了兩種螯合劑EDTA和乙二醇雙(2—氨基乙基)四乙酸(EGTA)對(duì)雪里蕻吸收鎘的影響，發(fā)現(xiàn)螯合劑EGTA對(duì)促進(jìn)雪里蕻吸收鎘影響效果顯著，EGTA、EDTA添加劑量對(duì)植物生物量、鎘吸收量沒(méi)有明顯的差異，但它們施用的時(shí)間則明顯影響到植物體內(nèi)鎘的積累，基本趨勢(shì)是施用時(shí)間越延后，積累量越高。從試驗(yàn)成本考慮，可選用螯合劑EDTA與表面活性劑SLS、TX-100復(fù)合強(qiáng)化植物修復(fù)鎘污染土壤的治理。 第二，以上述試驗(yàn)中選出的兩種代表性表面活性劑SLS、TX-100與EDTA，采用正交設(shè)計(jì)L_8(2~7)的盆栽試驗(yàn)，對(duì)不同目標(biāo)重金屬(鎘、鉛、銅)和不同修復(fù)植物類(lèi)型(玉米和雪 西南農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 里麒)進(jìn)行了篩選。試驗(yàn)結(jié)果表明，從植物體內(nèi)重金屬濃度考慮，作為C4植物的玉米有著更 高的生物量，而作為C3植物的雪里麒則容易積累重金屬。在表面活性劑與EDTA作用下，錫 最易被植物富集，銅次之，而鉛最不易富集，其平均富集系數(shù)分別為70.31%、67.42%和28.92%。 植物體內(nèi)Cd、Pb、Cu的濃度與其在土壤中的有效態(tài)含量呈顯著性正相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)分別 為0.733*、0.978**、0.909**)，表面活性劑與EDTA促進(jìn)植物吸收重金屬的主要機(jī)理是其提 高了土壤重金屬的生物有效性。 第三，根據(jù)以上兩次試驗(yàn)，選取雪里麒作為供試植物，鍋?zhàn)鳛槟繕?biāo)重金屬，進(jìn)一步探討 表面活性劑SLS、CTAB、TX一100和鰲合劑EO了人強(qiáng)化植物修復(fù)福污染土壤的植物生理效應(yīng)。 采用完全設(shè)計(jì)的盆栽試驗(yàn)，固定sAA、EDTA添加劑量為2.0 mm。Ikg一’，考察化學(xué)物質(zhì)類(lèi)型、 SAA與EDTA添加時(shí)間三個(gè)因素，采用破壞性取樣，研究了植物吸收隔及其相應(yīng)土壤的pH、 有效態(tài)鍋濃度的動(dòng)態(tài)變化，分析了植物葉綠素含量、丙二醛(MDA)含量等。結(jié)果表明，影 響植物莖葉吸收鍋量的主要因子是土壤pH值、土壤有效鍋濃度和根福濃度，其貢獻(xiàn)率分別為 55.46%、20.37%和24.17%，且均以直接作用為主。表面活性劑與EDTA處理的植物葉綠素含 量隨著時(shí)間推移和錫的積累，而呈現(xiàn)逐步下降趨勢(shì)。表面活性劑與EDTA對(duì)細(xì)胞膜的作用使 得錫更容易進(jìn)入植物體內(nèi)，隨著植物體內(nèi)錫濃度的升高，細(xì)胞膜脂被過(guò)氧化，MDA含量上升。 第四，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，采用靜態(tài)批試驗(yàn)，研究了三種不同類(lèi)型表面活性劑DBSS、CTAB、 Tx一100與鰲合劑EDTA單獨(dú)及復(fù)合作用下對(duì)紫色土鍋的溶出效應(yīng)、吸附動(dòng)力學(xué)效應(yīng)及吸附一 解吸作用的影響，進(jìn)而探討其化學(xué)強(qiáng)化植物修復(fù)福污染土壤的化學(xué)機(jī)理及其對(duì)重金屬在土壤 中的遷移轉(zhuǎn)化行為的意義。結(jié)果表明，

【關(guān)鍵詞】：鰲合劑鎘植物修復(fù)表面活性劑
【學(xué)位授予單位】：西南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士