重金属和石油污染潮滩的植物修复作用研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:laoqiangshou
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综述了植物修复技术的基本理论及应用技术在滨海湿地的研究应用进展,主要对盐沼植物翅碱蓬的新近研究进展进行了总结,针对潮滩沉积物常见重金属Cu、Zn、Pb和Cd及石油污染,进行了植物修复的理论和实验研究。论文研究工作以双台子河口潮滩为研究区域,其地点位于辽宁盘锦附近,当地属于国家自然保护区,同时又是石油开采区。  一、研究工作首先跟踪了植物生理周期(幼苗期、生长期、花期和果期),进而调查了该区域沉积物中常见重金属分布的季节变化(时间分布)、潮位梯度变化和由沉积物表层到深层的垂向构成(空间分布)。重点围绕植物根际(0.1cm范围接触的土壤),研究了植物和沉积物中四种常见重金属的累积分布、迁移转化及环境生态效应。  1.考察潮滩沉积土壤中常见重金属的潮位分布发现,大潮位处含量略高于中小潮位;特别是经过垂向分布比较,土壤亚表层(-10~-30cm)金属含量这种差异更为明显,潮间带总体含量随高度呈“V”型分布。随季节变化,在植物生长旺盛期,比如夏季生长期和秋季的花期,根际重金属含量一般均比其它季节有所增高。如果用植物吸收金属总量和土壤中化学形态矿化作用来衡量翅碱蓬对重金属污染的修复作用,那么植物生长状况就直接影响这种作用的效果。  2.研究发现,生长状况较佳的中潮滩修复效果最好。可见,根系对根际沉积物重金属环境化学行为的调控是作用的根本原因。金属形态与环境效应密切相关,一般可以将其分为五种状态,包括可交换态、有机结合态、碳酸结合态、铁锰结合态以及残渣态。研究发现,翅碱蓬根际中Cu、Zn、Pb和Cd环境化学行为呈现季节变化。从形态上看,Cu、Pb和Zn的可交换态随季节变化明显。从总量上看,Cu、Pb和Cd基本以残渣态为主,Zn的活泼性使其残渣态不稳定。由于各种金属的性质不同,一方面不同形态所占的含量比例有区别,且随着季节变化而波动;另一方面总量随季节变化非常明显。例如,Cu和Pb的形态变化:在生长期,残渣态>铁锰结合态>有机结合态>碳酸结合态>交换态,而在花期,残渣态>碳酸结合态>有机结合态>铁锰结合态>交换态;又如,Pb的总量(从春季-夏季-秋季-秋末)的变化为:16.8、132.4、90.5和27.3u g/g。  3.植物对金属的吸收机制中两个主要因素包括(1)植物自身生理功能和(2)被吸收物质的性质。在考查翅碱蓬对重金属吸收过程中发现,元素Cu和Pb吸收量绝大部分限于地下(根部),而元素Zn的绝大部分被吸收至地上(茎叶)。植物生长状况或不同生长期对吸收具有重要影响,如Cu和Pb吸收量为:果期>幼苗期>花期>生长期,Pb的体内分布除花期为根>叶>茎外,其他时期均为根>茎>叶。Zn吸收量为:花期>生长期>果期>幼苗期,体内分布均表现为茎+叶>根。植物对Cd的吸收效率不高。  4.重金属的生物可利用性是指容易被生物体吸收或对生物产生毒性的性状,显然,金属形态是重要因素,而影响形态变化的条件会直接影响可利用性。因此,温度、Eh、DO、pH、有机质、P和复合污染等,以及根系微生物、污染物性质、浓度和滞留时间等,都是影响生物可利用性进而影响植物修复作用的重要参数。  二、良好的植被环境是微生物生长、繁殖的有利因素,微生物具有改善环境的特殊功能,特别是对有害污染物起到降解作用。所以,植物与微生物共生与协同作用成为环境修复的有利天然条件。实验室研究了翅碱蓬协同作用下微生物降解石油的效果,并综合考察了植物条件下石油降解菌种类、菌种数量、污染浓度、表面活性剂、强氧化剂等环境因子对降解效果的影响。  1.在植物参与条件下,植物根际微球菌属、黄杆菌属、假单胞菌属和无色杆菌属等4种混合优势菌属的数量均有增加,混合菌对石油的耐受浓度为20mg/g。在混合菌投入量为25%,pH值为8.5,28℃条件下达到最佳降解效果。植物参与为细菌生长、繁殖创造了条件,因而提高了石油的降解速度。  2.实验考查了H2O2和表面活性剂改善微生物的生长条件、促进石油的降解的作用。石油含量为20mg/g时,加入3500mg/L H2O2,测定出混合菌数为6.41×1012个/mL,2个月后,石油的降解率高达52.3%,且pH值波动不明显。450mg/L十二胺和5600mg/L H2O2条件下,混合菌数为4.35×1011个/mL,石油降解率可达45.6%;1700ug/g TW-80和5600mg/LH2O2时活性菌数高达5.41×1012个/mL,石油降解率为58.3%;400mg/L油酸钠和5600mg/LH2O2时混合菌数为7.29×1012个/mL,石油降解率可提高至70.9%。3种表面活性剂对微生物降解石油的促进作用以阴离子表面活性剂油酸钠较好。
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