表面活性劑與螯合劑強化植物修復鎘污染土壤的研究

董姍燕

【摘要】：已有研究表明，在過(guò)去20年內，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(cháng)、移動(dòng)性強、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，其中以化學(xué)修復和生物修復效果最為顯著(zhù)。但化學(xué)修復的環(huán)境風(fēng)險較大，容易導致二次污染；而生物修復的時(shí)間又嫌過(guò)長(cháng)，因此采用化學(xué)修復與生物修復相結合的化學(xué)強化植物修復(Chemical-enhanced phytoremediation)便應運而生。化學(xué)強化植物修復的原理是，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，從而增加植物對重金屬的吸收總量。 在所用的化學(xué)強化物質(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)現表面活性劑對修復重金屬污染的土壤與沉積物效果不錯，加入螯合劑EDTA后效果更顯著(zhù)。利用表面活性劑潤滑、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)合強化植物萃取土壤或沉積物中重金屬的研究報道尚不多見(jiàn)。當前對表面活性劑去除土壤中重金屬污染的研究多處在實(shí)驗室階段，且主要是用在實(shí)驗室柱淋洗和批試驗中，不能有效地應用于實(shí)際。基于上述原理和設想，本研究采用盆栽試驗、土壤培養試驗、化學(xué)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)吸附—解吸試驗相結合的方法，通過(guò)表面活性劑與螯合劑的復配技術(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)強化植物修復提供科學(xué)依據，為土壤重金屬污染的治理提供新途徑。 第一，采用混合正交設計L_(18)(6~1×3~6)的盆栽試驗對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)行復合篩選。結果表明，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化修復效果要優(yōu)于陽(yáng)離子型表面活性劑。表面活性劑與EDTA復合使用，可以促使根鎘向地上部轉移，有利于強化重金屬的植物修復。采用對比設計的盆栽試驗研究了兩種螯合劑EDTA和乙二醇雙(2—氨基乙基)四乙酸(EGTA)對雪里蕻吸收鎘的影響，發(fā)現螯合劑EGTA對促進(jìn)雪里蕻吸收鎘影響效果顯著(zhù)，EGTA、EDTA添加劑量對植物生物量、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鎘的積累，基本趨勢是施用時(shí)間越延后，積累量越高。從試驗成本考慮，可選用螯合劑EDTA與表面活性劑SLS、TX-100復合強化植物修復鎘污染土壤的治理。 第二，以上述試驗中選出的兩種代表性表面活性劑SLS、TX-100與EDTA，采用正交設計L_8(2~7)的盆栽試驗，對不同目標重金屬(鎘、鉛、銅)和不同修復植物類(lèi)型(玉米和雪 西南農業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 里麒)進(jìn)行了篩選。試驗結果表明，從植物體內重金屬濃度考慮，作為C4植物的玉米有著(zhù)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，其平均富集系數分別為70.31%、67.42%和28.92%。 植物體內Cd、Pb、Cu的濃度與其在土壤中的有效態(tài)含量呈顯著(zhù)性正相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數分別 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理是其提 高了土壤重金屬的生物有效性。 第三，根據以上兩次試驗，選取雪里麒作為供試植物，鍋作為目標重金屬，進(jìn)一步探討 表面活性劑SLS、CTAB、TX一100和鰲合劑EO了人強化植物修復福污染土壤的植物生理效應。 采用完全設計的盆栽試驗，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(zhù)時(shí)間推移和錫的積累，而呈現逐步下降趨勢。表面活性劑與EDTA對細胞膜的作用使 得錫更容易進(jìn)入植物體內，隨著(zhù)植物體內錫濃度的升高，細胞膜脂被過(guò)氧化，MDA含量上升。 第四，在實(shí)驗室內，采用靜態(tài)批試驗，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單獨及復合作用下對紫色土鍋的溶出效應、吸附動(dòng)力學(xué)效應及吸附一 解吸作用的影響，進(jìn)而探討其化學(xué)強化植物修復福污染土壤的化學(xué)機理及其對重金屬在土壤 中的遷移轉化行為的意義。結果表明，

【關(guān)鍵詞】：鰲合劑鎘植物修復表面活性劑
【學(xué)位授予單位】：西南農業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士