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不同营养水平和EDDS联合诱导紫花苜蓿修复镉污染土壤研究

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随着社会发展速度的不断加快,人类活动对自然环境的影响也日趋深刻。尤其是诸如矿产开采、金属冶炼、能源化工等行业污染物的不合理排放导致土壤重金属污染程度日益加重。植物修复重金属污染土壤的潜力已得到普遍肯定,营养元素与螯合剂在强化植物修复中的积极作用也已被大量研究所证实。鉴于各地区污染程度存在较大差异,土壤、气候、植物等相关因素也存在明显的区域特征,外源添加营养元素和螯合剂以强化植物修复的作用方式、作用效果以及作用机制依旧值得探究。 本论文施加CdCl2·2.5H2O溶液模拟土壤Cd污染(15mg/kg土),以盆栽紫花苜蓿(Medicagosativa)为研究对象,通过不同营养水平(霍格兰营养液-H、两倍氮素-2N、两倍磷素-2P、两倍钾素-2K)、不同浓度EDDS(0.5mmol/L、1.0mmol/L、0.5mmol/L+0.5mmol/L、2.0mmol/L、1.0mmol/L+1.0mmol/L、3.0mmol/L、1.5mmol/L+1.5mmol/L)、不同营养水平+不同浓度EDDS处理Cd污染土壤中紫花苜蓿,分析不同生长周期(60d、80d、100d)下的紫花苜蓿生长状况、Cd富集程度、土壤Cd含量、土壤Cd赋存形态、土壤理化性质以及修复评价指标的变化情况,来探究营养元素与EDDS联合作用对紫花苜蓿修复Cd污染土壤的作用效果,以期为植物修复重金属污染土壤的规模化应用提供部分参考。主要取得了以下研究结果。 (1)各营养处理能减弱紫花苜蓿所受Cd胁迫,且在100d时,各项生长指标均达到各营养处理中的最高值。其中N、P、K的相对过施对生物量积累有轻微的抑制作用。在各生长阶段,紫花苜蓿生长状况随EDDS处理浓度增加而整体呈现“先升高后降低”的趋势;低浓度EDDS处理对紫花苜蓿的前期生长(60d)有显著的提升作用,且以100d时0.5mmol/L+0.5mmol/LEDDS(0.5+0.5E-3)处理的促生效果最佳,表明EDDS分次添加(间隔5d)有利于降低Cd胁迫并促进紫花苜蓿正常生长;EDDS添加浓度逐渐升高时,促生效果逐渐降低。联合处理利于生物量的积累,缓解了N、P、K相对过施及高浓度EDDS引起的抑制作用,整体生长状况为试验中最好,以霍格兰营养液+0.5mmol/LEDDS(H+0.5E)处理时促生效果最佳。 (2)营养处理利于紫花苜蓿对Cd的积累;在各个生长周期中,各营养处理下地上部Cd积累程度总体一致;2P处理有利于地下部Cd的富集,2K处理则随着生长周期的延长导致地下部Cd富集效果逐渐变弱。在生长后期(100d)施加EDDS有利于对土壤Cd的积累;生长80d的地上部Cd含量与100d时差别较小,地下部Cd含量则在100d时最高,且以0.5+0.5E-3处理时Cd积累效果较好。2P+EDDS处理的Cd积累效果优于其余联合处理,其中以2P+0.5E处理效果最佳。 (3)各营养处理均利于土壤Cd含量的减少。整体而言,随着生长周期的延长,各营养处理下土壤Cd减少量逐渐增加,其中100d时霍格兰营养液处理(H-3)为营养处理中最佳,2K处理则在各周期中为最低。在紫花苜蓿生长中后期(80d、100d)添加EDDS处理,能有效促进土壤Cd含量的减少,其中以80d和100d时添加0.5+0.5E处理,土壤Cd降低最多。联合处理中,H处理配施低浓度EDDS对土壤Cd含量的降低效果最佳,N、P、K元素相对过施则会降低Cd的去除。 (4)试验所用基质中残渣态(F5)和有机结合态(F4)整体含量较高。各营养处理整体对土壤Cd有一定活化作用,其中2P处理的活化效果较低;在紫花苜蓿生长前期和后期,K过施利于土壤Cd的活化,中期(80d)则有钝化的趋势;H处理则有较好的活化作用。在紫花苜蓿生长前期,EDDS处理有利于土壤Cd的活化且EDDS单次添加对Cd的活化作用较分次添加处理更好;总体来看,EDDS处理中添加总浓度为2.0mmol/L时,土壤Cd活化效果较好。2N+EDDS联合处理降低了可交换态(F1)含量,提高了F5的含量,不利于紫花苜蓿对Cd的吸收富集;2P+EDDS、2K+EDDS处理则增加了土壤中F1的含量,提高了Cd的生物可利用性。 (5)在本试验中,各处理下土壤pH值较为稳定,变化幅度较小。营养元素处理中,N相对过施可在紫花苜蓿生长前期整体提高土壤脱氢酶(DED)、土壤过氧化氢酶(CAT)、土壤脲酶(URE)以及土壤蔗糖酶(SUC)的活性,P相对过施则不利于土壤酶活性的提升。在紫花苜蓿生长前期,EDDS处理对土壤DED活性总体表现为抑制作用,60d时2mmol/L(2E-1)处理的活性最高,在中后期逐渐表现出一定的促进作用;在紫花苜蓿生长前中期,EDDS对土壤CAT有促进作用,以0.5E处理效果最佳;在生长后期,EDDS添加则对土壤CAT活性无显著影响;在紫花苜蓿生长前期,EDDS处理下土壤URE活性较高;在生长后期,土壤URE活性随EDDS浓度升高有逐渐升高的趋势;紫花苜蓿生长60d时,低浓度和高浓度EDDS处理有助于提高土壤SUC活性,中间浓度则有抑制作用;在紫花苜蓿生长后期,100d时2.0mmol/LEDDS(2E-3)处理下土壤SUC活性为EDDS处理中最高,并随EDDS浓度增加有逐渐升高的趋势。在联合处理中,营养元素相对过施对土壤SUC活性有抑制效果,而H处理配施低浓度EDDS则会提升土壤DED活性;联合处理均提高了土壤CAT活性,2P+EDDS处理后土壤CAT活性整体处于较高水平,其中以磷素2P+0.5+0.5E处理效果最佳,且EDDS分次添加的联合处理优于单次添加的;各联合处理对土壤SUC均有促进作用,且大致处于同等水平;N、P元素相对过施并配施EDDS对土壤SUC活性有一定促进作用,以2N+0.5E处理下土壤SUC活性最高;H处理配施低浓度EDDS也能提升土壤SUC活性,但促进效果略低于2N+0.5E处理。 (6)在紫花苜蓿生长后期,营养处理中的地上富集系数(ABF)、地下富集系数(UBF)、修复效率(RE)较高。在紫花苜蓿生长后期添加EDDS,较好的提高了紫花苜蓿ABF、UBF、转运系数(TF)以及RE,且以100d时1.0mmol/LEDDS(1E-3)处理效果最好。2P+EDDS处理较其他联合处理较好的提高了紫花苜蓿ABF和UBF;2K+EDDS处理的整体TF较高。

吴仁杰

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Cd污染土壤 植物修复 无机营养元素 紫花苜蓿

硕士

环境科学

陈银萍

2021

兰州交通大学

中文

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