重金属污染疏浚底泥的植物—微生物联合修复

来源 :天津科技大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:liangzi_li
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疏浚底泥泥量大、含水率高、组成成分复杂,随意堆积不仅影响景观,还可能产生二次污染,对环境和人类健康造成不利影响。而疏浚底泥中含有的有机质和植物所需营养成分,是有价值的生物资源,因此,针对不同污染特征的疏浚底泥,研究不同的生物修复方法和利用途径,可有效实现疏浚底泥的无害化和资源化。本文根据长江流域疏浚底泥养分特征,分析了底泥园林利用的可行性;通过对其中重金属的污染评价,确定Cd为修复目标,并从中筛选出对Cd吸附性好的耐镉微生物,以及适于长江流域疏浚底泥生长且Cd富集效果好的修复植物;研究了耐镉微生物对修复植物吸收Cd效果的强化作用,最终建立了适合长江流域航道疏浚底泥的植物-微生物联合修复体系。通过以上研究得出如下结论:1.长江流域航道疏浚底泥pH、含水率、石油烃、有机质和速效磷含量范围分别为7.28~7.74、3.75%-28.27%、14.21~121.84 ppm、1.88%-5.29%和16.96~65.38 ppm,含量适中;碱解氮和速效钾含量分别为67.12-87.97ppm和2.78-20.11ppm,含量较低,因此在资源化利用时可考虑额外添加氮源和钾源,以满足植物生长所需。疏浚底泥受到不同程度的Cu、Pb和Zn污染,但评价结果显示,其富集效果不明显,不影响底泥的资源化利用;Cd污染普遍严重(0.05~2.68 mg/kg),且具有一定的富集效应,因此本研究选择Cd作为修复目标污染物。2.从长江流域航道疏浚底泥中筛选出两株耐镉微生物:Bc2为短稳杆菌(Empedobacter brevis), Bc4为戴尔福特菌(Delftia tsuruhatensis)。两株菌对Cd的耐受性分别为150 mg/kg和125 mg/kg,能够吸附液体培养基中约80%的Cd,并能促进土壤中的Cd由稳定态向可生物利用态转化。Bc2和Bc4最适生长温度分别为24℃和37℃,最适生长pH范围均为6.8~7.6,最适碳源均为小分子醇和葡萄糖,也可少量利用乙酸乙酯、柴油和柠檬酸作为碳源。3.从长江流域采集到14种植物,其中有几种植物能够累积一定的Cd,但累积系数很低,未予进一步研究。本研究选择两种Cd超富集植物印度芥菜(Brass ica juncea)和龙葵(Solanum nigrum L.)以及四种常见园林花卉植物黑麦草(Lolium perenne L.)、披碱草(Elymus dahuricus Turcz.)、美人蕉(Canna indica)和紫花苜蓿(Medicago sativa L.)作为备选修复植物。设置不同Cd浓度梯度的盆栽实验,种植2个月后,六种植物地上部分富集Cd含量最高可分别达318.77 mg/kg、182.58 mg/kg、148.22 mg/kg、225.47 mg、42.32 mg/kg和137.32 mg/kg,对应土壤中Cd浓度分别为125mg/kg、50mg/kg、80mg/kg、80mg/kg、50 mg/kg和80 mg/kg;植株地上部分生物量和Cd含量均随土壤中Cd浓度的增加呈增大再降低的趋势;综合生物量和Cd含量,植物对Cd的最大吸收量由高到低分别为印度芥菜>黑麦草>龙葵>披碱草>美人蕉>紫花苜蓿。4.根据以上研究结果,选取生物量高且修复效果好的印度芥菜、龙葵、黑麦草和披碱草进行植物-微生物联合修复研究。选择各植物适宜的Cd修复浓度进行盆栽实验,种植2个月后,不同联合修复体系中,植物地上部分对Cd吸收量由高到低分别为黑麦草-混菌>印度芥菜-混菌>印度芥菜-Bc2>印度芥菜-Bc4>披碱草-混菌>黑麦草-Bc4>黑麦草-Bc2>披碱草-Bc4>披碱草-Bc2>龙葵-混菌>龙葵-Bc4>龙葵-Bc2。耐镉微生物能够促进四种修复植物的生长及富集Cd能力,其中混菌Bc2+Bc4的促进作用最强,单一菌Bc2对印度芥菜的促进作用较好,而单一菌Bc4对龙葵、黑麦草和披碱草的促进作用均较好。
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