螯合剂和AM菌根对玉米吸收重金属及重金属化学形态的影响
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生物可降解螯合剂[S,S]-乙二胺二琥珀酸和乳酸乙酯提取土壤中重金属的研究
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螯合剂EDDS和EDTA诱导海州香薷积累土壤重金属的比较研究
螯合剂EDDS和EDTA诱导海州香薷积累土壤重金属的比较研究
作者/编辑：钱猛&&&&…
用土培试验的,比较研究了可生物降解螯合剂EDDS和难生物降解螯合剂EDTA对耐Cu海州香薷地上部积累土壤Cu、Pb、Zn和Cd的影响.结果表明,施加5 mmol?kg-1EDTA和EDDS可增加海州香薷地上部的Cu、Pb、Zn和Cd的含量和积累量.其中,EDDS比EDTA具有更强的溶解土壤Cu、Zn和增加植物吸收积累Cu、Zn的能力.但对土壤Pb、Cd的溶解及孙、Cd在植物地上部积累的促进作用,EDTA大于EDDS.
SHEN Zhen-guo
南京农业科学,,南京,210095&
农业科学学报&
英文刊名：
JOURNAL OF AGRO-ENVIRONMENT SCIENCE&
年，卷(期)：
&&海州香薷
　　〔螯合剂EDDS和EDTA诱导海州香薷积累土壤重金属的比较研究〕随文赠言：【不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海。――荀况】
　　螯合剂EDDS和EDTA诱导海州香薷积累土壤重金属的比较研究所属栏目：〖 尚无数据〗
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淘豆网网友近日为您收集整理了关于强化重金属污染土壤的螯合剂诱导植物提取研究的文档，希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍：强化重金属污染土壤的螯合剂诱导植物提取研究 安徽农业科学,Journal ofAnhui A .Sci.):
责任编辑姜丽责任校对卢瑶强化重金属污染土壤的螯合剂诱导植物提取研究刘旺,陈志良,彭晓春,杨兵,董家华(环境护部华南环境科学研究所,广东广州510655) 摘要从土壤和植物两方面介绍了螯合剂诱导植物提取的强化技术,具体阐述了合理选择植物种类、提高土壤重金属有效性的措施以及加强农艺管理及其他措施。结合当今土壤污染的具体情况对今后的研究重点进行了展望,提出了螯合剂诱导植物提取技术的发展趋势。关键词重金属;土壤;螯合剂;植物提取;强化中图分类号 X53
文献标识码 A
文章编号 (832—07 Study on the Strengthening of Chelate-induced Phytoextraction for Heavy M etals Contam inated Soils L】[U Wang et al (South China Institute of Environmental Sci(来源：淘豆网[/p-.html])ence,Ministry of Environment Protection,Guangzhou,Guangdong 510655) Abstract
The strengthening techniques for chelate—induced phytoextraetion in respect of both plants an d soils were reviewed,moreover。the sig— niflcance of selecting plan t species rationally,the measures for improving the effectiveness of heavy metals in soil and reinforcing agronomic mah— agement and other measures were expounded specifically,bining with the specific condition o(来源：淘豆网[/p-.html])f current soil pollution.the reSearch emphases of the future were pro spe cted.Finally.tIle development trend of chelate—induced phytoextraetion Was propo sed. K ey words
HSCPStrengthening 农业生产活动中重金属废水污灌、污泥利用、杀虫剂、肥料过量施用和工业生产活动中矿山的开采冶炼、汽车尾气的排放等人类活动,使越来越多的土壤受到严重的重金属污染 J,这一问题在发展中国家尤其突出 。自然条件下, 土壤中的重金属并不会被生物所降解,其持留时间甚至超过一千年,具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点 J。其危害主要表现在对人类和动物的健康影响,抑制植物生长并造成农产品重金属超标,抑制土壤微生物生长从而破坏生态平衡,引起土壤(来源：淘豆网[/p-.html])退化和肥力不足 。因此,土壤重金属污染造成的严重环境和公共健康问题日益受到人们的密切关注。近年来,探索创新性和突破陛的污染治理和环境修复技术成为当前环境领域的研究热点。植物修复是 20世纪 90 年代初发展起来的一种经济有效、环境友好、适用于轻度到中度污染土壤的生物修复技术 。与传统的物理、化学技术相比,植物修复技术具有技术和经济上的双重优势¨ ”引,主要体现在以下几个方面:①实用范围广,在清除土壤中重金属污染物的同时,可清除污染土壤周围的大气、水体中的污染物;②污染物在原地去除,可通过传统农业措施种植植物,使成本大大降低,而且可从产生的富含金属的植物残体中回收贵重金属,取得直接的经济效益;③植物本身对环境的净化和美化作用,其生态环境效应更易被社会所接受;④植物修复过程也是土壤有机质含量和土壤肥力增加的过程,被修复过的土壤适合多种农作物的生长 ”。然而,重金属污染土壤植物修复的主要问题是如何提高修复效率 J。要有效地去除土壤中的重金属污染必须综合考虑植物和土壤两方面的因素。为此,笔(来源：淘豆网[/p-.html])者从土壤和植物基金项目公益性科研所基本科研业务专项(ZX-);“863”计划(SQ82462);水专项一东江流域水污染系统控制(—0010)。作者简介刘旺(1976一),男,湖南宁乡人,副教授,从事环境监测与管理研究,E—mail:Liuwang@。 通讯作者,副研究员,从事城市污染场地修复与生态学研究,E-mail: zlchen.COB 。收稿日期 l 两方面介绍了螯合剂诱导植物提取的强化技术,并结合当今土壤污染的具体隋况对今后的研究重点进行了展望,提出了螯合剂诱导植物提取技术的发展趋势。 1 螯合剂诱导植物提取作为其核心技术之一的植物提取技术是一种具永久性和广域性于一体的植物修复途径,是去除土壤内重金属的重要方法 。植物提取是利用专性植物根系吸收一种或几种污染物特别是有毒金属,并将其转移、贮存到植物茎叶,然后收割茎叶,离地处理。其实质是将某种特定的植物种植在重金属污染的土壤上,而该种植物(来源：淘豆网[/p-.html])对土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力,将植物收获并进行妥善处理(如灰化回收)后可将该种重金属移出土壤,达到污染治理与生态恢复的目的 。植物提取可分为两种策略:连续植物提取(Continuous Phytoextraction)和螯合辅助植物提取(Chelate. assisted Phytoextraction)或称为螯合诱导植物提取(Chelate. induced Phytoextraction)。但是对于大多数金属来说,目前发现的超富集植物极少,考虑到复合污染,多金属超富集植物更加稀少,因此连续提取法的利用范围仍然比较小 ]。但向植物生长介质中加入化学螯合物质来增加溶液中金属的浓度,从而促进植物对金属的富集是克服上述瓶颈效应的重要途径之一。越来越多的证据显示,一些大生物量的植物如印度芥菜(Brassica
,删)、玉米(Zea mays L.)、向日葵(Helianthus annuus),、蚕豆(Vicia faba)能被一些合成螯合剂(如 EDTA、HEDTA 和 CDTA)(来源：淘豆网[/p-.html])或有机酸(MA或 OA)诱导而大大提高对 Pb、Zn、cd和 u的富集埘j。螯合剂诱导植物提取的一般步骤为:①根据试验地气候条件和土壤理化性质,选择理想的植物和螯合剂种类;②种植植物和日常管理;③植物生物量达到最大时,添加合适的螯合剂;④经过短期生长后(一般为几天或数周),收获植物; ⑤如果经济上可行的话,通过灰化或压缩减小堆埋时污染植物体的体积和重量,可以从植物体内提取金属 。近年来, 螯合剂诱导植物提取取得一些成果 …,但仍然有一些试 40卷 8期 刘旺等强化重金属污染土壤的螯合剂诱导植物提取研究 4833 验未取得理想的效果 。 2 螯合剂诱导植物提取的强化技术螯合剂诱导植物提取的修复效率由植物的地上部的生物量和重金属含量所决定,因此植物种类、螯合剂种类和相应的农业措施(增加植物生长、促进植物重金属吸收)是此技术成功的关键因素 。 2.1 植物种类的选择植物能否正常生长受环境条件及其本身的生物学特性影响很大,因此植物的生物学特征、土壤的重金属和土壤的其他理化性质是决定所选择植物种类的主(来源：淘豆网[/p-.html])要因素 ” j。目前用于修复土壤的植物包括高大的乔木杨树(Populus)、柳树(
),野生的灌草苋,叶类作物烟草(Nicotiana tabacum),块茎作物马铃薯(Solanum tuberos— am),谷类作物玉米,纤维作物***(Linium usitatissimum)、棉花(Gossipium hirsutum)等 。依据植物对重金属元素的吸收效应一般可分为 3类:排斥型植物(Excluders)、指示植物(Indicators)和富集植物(Accumulators,又分为超富集植物和中等富集植物)
。这些用于修复的植物,一般都具有下面的特点:①对多种重金属有一定的耐性;②一般为作物, 生物量大,生长迅速;③地上部分能积累一定量的重金属。其中最值得引起关注的是印度芥菜,它对多种重金属都具有较高耐性和中等富集能力,并且其生长迅速、生物量大,年生物量可达 18 t/hm ,能达到较某些超富集植物更好的修复效果 。大生物量植物用于植物提取时,往往依靠大的生物量来弥补其低的重金属积(来源：淘豆网[/p-.html])累量。另外,速生杨树和柳树也是一类较好的植物材料,它们能富集较高量的 Cd。乔木类能生成木材或用于造纸,因此利用柳树或杨树修复 Cd污染土壤变得更为可行 。Walter等通过计算得出杂交柳树每年可去除 0.222 kg Cd
,预计 77年后可使土壤中 cd含量从 6.6 g/kg减至 0.8 g/kg。但是 Ebbs和 Kochain分析利用印度芥菜去除土壤中 Zn和 Cd时得出结论:目前的大生物量植物并不能达到满意的去除重金属的效果,并且在严重的污染土壤中,这些植物的生物量明显减小…。 2.2 提高土壤中重金属有效性的措施植物提取旨在通过收获富集重金属的植物将重金属带出土体,从而逐渐降低土壤重金属总量尤其是有效态重金属含量,而植物提取的成功与否较大程度上依赖于重金属在土壤中的生物有效性 。因为在大多数情况下,金属本身在土壤中生物活性较低的特性阻止了植物提取过程。如在常规 pH 条件下,Ph是极难溶的。因此即使是生长在重污染地区的植物,茎中 Pb的浓度一般也小于 50 mg/kg。事实上(来源：淘豆网[/p-.html]),无论是重金属在土壤溶液中的浓度还是其释放过程在很大程度上都受到土壤 pH、有机化合物、氧化还原电位和根际微生物等因素的影响。 2.2.1 土壤螯合剂的选择。螯合剂最初用于土壤提取剂、微量元素和在水培试验中保持金属的可溶性 。最近一些研究报道,施加适当的螯合剂可增加植物地上部分重金属含量。这可能是由于螯合剂的添加一方面增加了土壤溶液中金属含量,另一方面促进了金属在植物体内的运输。一般情况下,螯合剂是指其钠盐,其是酸类不溶于冷水和普通有机溶剂。根据分子结构,螯合剂一般分为 4类 :①氨基羧酸盐,如 EDTA和 NTA;②羟基羧酸盐,如 HEIDA和HEDTA;③有机磷酸酯,如 HEDP和 ATMP;④其他类螯合剂,如 EDDS、 IDS和 HIDS。根据金属一螯合剂复合物的形成常数可将螯合剂分为3类:弱、中等和强。植物的金属积累效率与螫合剂和金属的亲和力直接相关,不同螯合剂对土壤重金属解吸效率也不同,因而螯合剂的效果与植物品种、螯合剂的施用方式、收获时间有较大关系 。在总量相同的情况下,多次施(来源：淘豆网[/p-.html])用的效果好于 1次施用的效果 。不同植物的收获周期并不完全相同,因此必须有单独的时间序列试验来确定螯合剂加人后植物的最佳收获时间。(1)EDTA。很多试验已经证实,EDTA 是最常见、最有效的络合剂,其对提高植物吸收 Pb、cd等的效果非常明显 。EDTA由乙二***与一***乙酸在碱性溶液中缩和或由乙二***、***化钠和甲醛水溶液作用而得。它是一种带有 6 个电子基团的螯合物,2个供电基团分布在氮原子上,其余 4 个电子基团分布在 4个羧基上。正是因为这种特殊的结果, EDTA分子和绝大部分重金属离子之间可以形成 5个化学键的稳定 5环结构,从而使重金属离子从土壤中解吸出来 。 EDTA能在很宽的 pH范围内(pH 3~8)与大部分金属(特别是过渡金属)形成稳定的复合物,在这一酸度范围内,EDTA 主要以H:[EDTA] 一形式存在而且土壤重金属离子主要以2 价形式存在,因此 EDTA仍能和其形成稳定的螯合物 , 而且不仅能解吸被土壤吸附的金属,也能溶解不溶性的金属化合物 。但是,考虑到实际土壤修复过程中对土壤结构和理化性质的影响,EDTA溶液 pH选择在中性范围内比较合理。pH、电解质、土壤/提取液的比、土壤中金属结合形态、土壤性质均能影响 EDTA清除土壤重金属的效果 。此外,与其他螯合剂相比,EDTA在工业上用途广泛而价格便宜,可用于洗涤剂、液体肥皂、洗发剂、农业化学喷雾剂等,1 tool EDTA仅需要 10多元,因此能极大程度上减少植物修复所需成本 。(2)乙二***二琥珀酸([s,S]isomere of ethylene diamine dissuecinate,[s,S]]-EDDS)。是 EDTA的结构异构体,由于存在于自然土壤中且容易降解,并且降解产物是良性的, EDDS对于生物的毒性也较低,因此极可能商业化利用 EDDS进行植物修复 。EDDS在土壤中的半衰期为 2.5 d,完全符合 OECD(Economic Co~operation and Development) 规定的 28 d标准 ,这也从侧面说明 EDDS的效果不如 ED一 rA。叫 。NTA与 EDDS~样也易降解。Kayser等以 NTA 作为土壤改良剂,结果发现,加入 NTA后土壤溶液中的 cd、 zn及 Cu可分别增加 81、44及 10倍,但植物体中累积的重金属则仅增加 2~3倍 。目前 EDDS和 NTA的价格昂贵,1 mol EDDS需要 6 000元以上,其商业化还有很长的一段路要走。(3)有机酸类。广泛存在于植物体内和土壤中,其毒性比 EDTA低 J。Krishnamurti等证实,低分子量有机酸对于土壤中 cd的移动性和促进植物 cd的吸收有重要作用 。安徽农业科学 2012生此外,U污染土壤植物修复也可通过加入有机酸促进其有效性。Huang等将柠檬酸加入到受 u污染的土壤中,由于柠檬酸可降低 pH,因此 Brassica chinensis及 B.juncea地上部累积的 u从小于5 mg/kg上升至5 000 mg/kg以上 。柠檬酸价格低且可迅速分解成为二氧化碳及水,可避免造成二次污染问题,但大多数有机酸一般数小时内就降解,因此在植物修复过程对除金属 U外的其他金属效果均不理想。并且与 EDTA相比,有机酸的效果很大程度上依赖于土壤的 pH 一 。 2.2.2 土壤 pH 的调节。重金属进入土壤后,大多数与土壤中的有机物或无机物形成不溶性沉淀或吸附在土壤颗粒表面而难以被植物吸收。pH降低打破了重金属离子的溶解一沉淀平衡和土壤对重金属的吸附,大量的重金属离子从胶体或黏土矿物颗粒表面解吸出来而进人土壤溶液 卜 。因此,维持微酸性的土壤环境可提高植物的吸收能力。降低土壤 pH的方法通常有两种:①直接加酸法。即将浓硫酸稀释到若干倍后,直接喷撒到土壤表面,再经过耕翻等搅动作业与土壤充分混匀达到降低土壤 pH的目的,也可直接将单质 S加入土壤中。有研究表明,S可分别增加土壤溶液中 Cd和 zn的含量 35和 8倍 。②施肥法。是以土壤营养剂的形式撤入土壤,营养剂主要由有机肥、化肥及稀释的硫酸组成, 施人营养剂后,既可以给土壤施肥又能够降低土壤 pH,如施用铵态氮肥可降低土壤 pH。但 As是个例外,当 pH升高时, As在土壤中的溶解量才会增加。这是因为 As在土壤中常以 AsO, 一或 AsO, 形态存在,若 pH升高,土壤胶体所带正电荷减少,对 As的吸附力降低,使土壤溶液中 As的含量不断增加一 ,可通过添加生石灰或施用硝态氮肥等措施来提高土壤 pH。当然,pH的降低必须以不影响植物的生长为限度,因而,在调节土壤 pH之前,应先对当地土壤理化性质进行详细分析,其中可借鉴“测土配方施肥”的某些技术特征,再根据污染土壤中重金属的种类、含量以及植物的生长习性,有针对性地采取某种 pH调节方案,一般情况下重金属修复植物的利用以酸 I生植物为好。 2.2.3 土壤氧化还原电位(
)的调节。眈的改变会使其中重金属的化学价态发生变化,从而使重金属的生物有效性发生变化 。重金属常与 S形成难溶物,而硫化物易发生氧化而使重金属释放出来,导致土壤溶液中重金属含量提高。但 As是个例外,当 Eh值降低时,As“被还原为溶解度较高的 As¨
一 。通过适当淹水或向土壤中施加有机质等措施均可使土壤 Eh值降低 。具体操作时,应通过调查当地土壤重金属的污染状况来确定采取何种方案。 2.2.4 根际微生物的作用。很多微生物可通过氧化还原作用或分泌出有机质等方式增加土壤中可溶态重金属的量 。近年来,菌根真菌(固氮菌、真菌和放线菌等)也被应:用到植物修复中。研究表明,菌根真菌不仅能促进植物的生长,还能增强植物的抗病能力。White在 zn超富集植物遏蓝’菜(Thlaspi ctrven￣e)的根围接种了 1种细菌,结果增加了根围土壤重金属的溶解量,与对照相比,该植物对 Zn的累积量明显增加 。在植物修复中,可培育或筛选出特定的微生物, 然后与特定的共生植物相匹配,使二者协调发挥作用,从而提高植物修复的效率。 2.3 农艺管理及其他措施利用作物作为植物修复的材料的一个主要原因是由于作物通常都有成熟的繁殖技术、栽培技术和田间管理措施’ 川。将现代农业技术应用到植物修复中是提高修复效率的一条捷径 。通过适当改善植物的生长环境,能加快其生长速率,如对于喜阴植物,可采取加盖遮阴棚等措施;通过叶面喷施一些化学试剂,人为调控植物的生长和发育,可改进植物的修复性能;为了确保植物的正常生长,必须做好病虫害的防治工作 。 2.3.1 增施营养物质。在植物生长过程中,通常施用肥料来保证植物正常生长而增产。植物修复效率与植物地上部生物量的大小呈正相关关系,因此适量适时的施肥非常重要,可使植物的生物量最大化。施加营养物质能促进植物的生长,提高根部活动强度,相应地提高植物对重金属的吸收。根据不同植物、不同种类重金属情况,施肥种类也应不同。但是肥料在植物修复过程中的效应还没有确切报道。在重金属的作用下,加入或缺乏营养元素会促进或抑制植物生长仍然未有明确的结论 。在修复过程中,施用何种肥料,用量多少都可能直接影响到植物的生长和重金属吸收。向土壤中施用(NH4) s0 为植物提供 N和 s,可以促进植物生长并酸化土壤而增加金属的可利用性,但是金属的可利用性效应也应引起注意,因为它会使其环境风险增加。土壤中单独增施 S能促进植物对 Co和 Ni的吸收;增施 N肥也能产生同样的效果。但施 P肥对吸收影响不明显,这是因为 P通常与金属形成难溶物而使植物无法直接利用 。P肥对 As也是一个例外。田间试验发现,适量施加 P肥可提高蕨类植物蜈蚣草(Pteris vittata)的生长速率和生物量。施 P 量为200 kg/hm 时,蜈蚣草对 As的累积量最高,分别是对照和施 P量为 600 kg/hm2时的2.4和 1.2倍。这可能是由于 P 与 As是同族元素,适当的 P可能增加 As的吸收】。不同形式的同种营养元素对植物元素的吸收也有不同的影响 。以 NH4或 NO 形式来施用 N肥,对于植物生长和元素吸收就显示出不同的效应,并且两者对于根际环境的影响差另U很大一 。 2.3.2 施用植物生长调节剂。化学强化技术是通过叶面喷施一些化学试剂的方法,人为调控植物的生育状况从而改进植物的修复性能 。根据作用原理可将化学试剂分为以下4种类型 :①无机营养型。通常由 1~2种化学肥料如尿素、磷酸二氢钾兑水组成液体肥料喷施于叶面上,其可以为植物提供氮磷钾及微量元素,同时也起到增强叶片光合作用能力、延长叶片寿命等作用。②腐殖酸型。以富里酸、胡敏酸等为主要成分,再加入一定比例的 N、P、K及微量元素配成营养剂型,如叶面宝、丰产灵等产品,不但能为植物提供无机营养,还能提高植物抗病性、抗虫性等。③植物生长调节剂型。具有调节植物长势、促进植物成熟、缩短生育期等作用,如矮壮素、缩节***、乙烯利、赤霉素等。④综合型。由 40卷 8期 刘旺等 强化重金属污染土壤的螯合荆诱导植物提取研究 4835 营养元素、农药和外源激素类物质组成,具有补充营养物质、促进植物生长和提高植物抗病虫害能力的作用。 2.3.3 耕作和播种技术。种植密度是控制植物生物量的另一个重要因素,它会同时影响单株植物和所有植物的生物量。通常,适当的高密度虽然会减小单株植物的生物量但总体产量增加 。因此深耕密播是首选。污染土壤的耕翻一般要在修复植物一个生长季结束之后或修复植物播种之前进行。耕翻深度视土壤污染深度而定,如果污染较轻,采用常用的机耕用具即可。如果污染深度过深,就要采用特殊装置。耕翻可以将深处污染物质翻到土壤表层植物根系分布较密集区域,这样可提高植物修复效果。耕翻后的土壤经过一段时间的晾晒后,在修复植物定植之前,还要对土壤进行整平作业,目的是将结块土壤打碎,促进土壤团粒结构的形成,起到保墒的作用,同时也利于田间管理。另外,在植物生长过程中,结合施肥等作业也可以适当搅动土壤,以便改善根际圈环境,促进根系生长发育和改变重金属的空间位移, 促进植物与重金属的接触。 2.3.4 植物轮作。植物轮作在植物修复过程中通常被忽略。实际上这种技术在农业生产中会频繁使用。从作物科学的角度来看,短期内(2~3年)单独种植同种植物还是可以接受的。如果多年种植同一种植物,杂草、虫害和植物疾病的发作几率会增加数倍至几十倍。然而,植物修复的过程通常时间较长,因此轮作是必须采用的。 2.3.5 杂草控制与和灌溉技术。杂草控制和灌溉是作物管理的主要方面。杂草控制可以通过机械方法或化学方法。植物根部从土壤溶液中吸收重金属,因此保持土壤的湿度尤为重要。在当地气候的基础上,适时的灌溉可能是保持土壤湿度的最好选择,但是必须仔细考虑灌溉的时间、灌溉量和方法,最佳的灌溉量应该是弥补植物一土壤系统的蒸发或蒸腾作用所引起的损失。过量的灌溉不仅会使成本增加,而且会限制植物根部生长和降低重金属提取效率。 3 螯合剂诱导植物提取中存在的问题 3.1 修复效率低和适应范围较窄螯合剂诱导植物提取并不适用于所有重金属污染土壤,特别是严重污染同时伴生着恶劣的气候条件或环境的土壤。通常,这个方法大多数情况下应用到中度或低度污染的土壤中,或者作为其他如理化修 复技术的补充。同时,螫合剂诱导植物提取只会修复表层(根区)土壤。据估计,清理一块含 Pb 300~1 000 mg/kg的土壤需要花 7~10年时间,并且对于收获后的重金属植物废物处理仍需要大笔费用。土壤复合重金属污染普遍存在,从经济上考虑并不合理。螯合剂对重金属具有一定的选择性, 因此,用一种螯合剂难以全面清除土壤中的所有污染物,而且应用混合螯合剂对于单种金属或多种金属的效应也没有全面的研究。螯合剂诱导植物提取对于生物活性较低的金属更有效, 如 Pb、u和 Au。这是因为生物活性低能使植物生长状况良好,在螯合剂施用前使生物达到最大。而对于生物活性高的金属,如 Cu、zn和 cd对植物的毒性更大,因此选择植物的种类尤为重要 42 。Ebbs等发现,EDTA能显著增加.
n n的 Zn含量,但是并不能增加 zn的积累,可见 Zn/EDTA显著减小了植物的生物量 。同样的结果已被很多试验所证实 。 · 3.2
高环境风险土壤中重金属会淋溶而使环境受到污染,螯合剂使这种淋溶效应加剧 。有的螯合剂如 EDTA 极难降解],大部分研究发现其降解周期为 10~40 dI9
, 但是有研究表明EDTA在土壤中会持留更长的一段时间 J。同时螯合剂可能导致重金属淋溶引起地下水污染,抑制植物生长和大量养分元素(如 Ca、Mg)淋失,而且由于其持留性从而这些负面影响会长期存在 。Lombi等证实,当2.7 mmol (EDTA)kg施人土壤后,土壤溶液中重金属浓度大幅增加, 并且会持续几周,而且在 EDTA施加 5个月后,在土壤溶液中仍然能检测到金属一EDTA复合物 。在土柱(直径为 9.0 cm,高为20.0 cm)试验中,当 5.0 mmol(EDTA)/kg￣JI1.Z. 土壤中后,大约有 3.5% Pb、15.8% Cu、13.7% Zn和 20.6% cd从土壤中淋溶。尽管植物根部可以限制部分重金属的运动,但是淋溶液中 cd、Fe、Mn和 Pb超过地表水标准 1.3、 500.0,620.0和 8.6倍 。金属的可利用量、金属的吸附/解吸动力学、植物的种植方式和螯合剂的施用方式是影响淋溶效应的主要因素 。多次添加螯合剂可能会使这种效应降低 。有报道表明, 包膜型螯合剂应用到植物修复中,虽然能增加植物的重金属吸收,但是对植物的毒性仍然较大,并且其长期效应还没有明确的研究 』。另有研究者强调应该加强螯合剂对金属淋溶的长期效应的研究 。在植物修复过程中,使用易降解的螯合剂如 NTA或 EDDS,可以降低其环境风险。NTA和 EDDS不仅可以和金属形成紧密的螯合物,而且容易降解 ,因此对金属的淋溶比EDTA的影响小,同时对土壤微生物的毒性也小 。但是 EDDS在 pH=7时才能达到修复效率和环境风险(对重金属的淋溶)的平衡,因此对土壤的酸碱平衡会有一定的影响 。土壤中的配位基可被光或微生物分解。NTA、EDTA和 DTPA在好气土水悬液中的半衰期,无养分时为 l0~60 d,当加入甘氨酸、葡萄糖和胨时为 8~20 d。除微生物降低外,还可以发生光解产生的降解,特别对 DTPA。金属与配位基螯合作用通常不会阻止这种分子被降解,但 Ni的螫合物会产生限制降解的现象。最近,有研究表明,细菌(LPM一4)可以以 EDTA为唯一的 N源而降解 EDTA从而使环境风险降低 。接种这种细菌到 EDTA溶液中时,最初的 10 h内,降解 Zn—EDTA复合物的速率稳定,并可达到(0.137±0.016) mmol(EDTA)/(gDW ·h),但是 10 h以后,降解速率下降。以上方法并不能完全消除螯合剂的环境风险。有研究表明,cu超富集植物 Elshol￣ia splendens Naki和伴生固氮菌的豆科植物Astragalus sinicus L.,混种系统的修复效率比ED— TA更好,同时由于不涉及到 EDTA,所以金属对植物的毒性和金属淋溶也基本可以忽略 。但是这种超富集植物和大 4836
安徽农业科学 20l2年生物量植物的混种是否对所有的金属和不同类型的土壤有效还需要大量的研究,特别是野外大田试验。 3.3 缺乏系统的栽培技术在重金属和螯合剂双重作用下,植物的生长条件、生长周期和水肥措施缺乏系统的研究。到目前为止,仍然没有利用植物和螯合剂进行重金属污染土壤的大规模实践,大多数研究都停留在实验室和小面积的田间示范试验阶段,成功应用于实践的报道十分罕见 。非污染自然条件下,植物的生长规律和施肥技巧,特别是作物都有系统的研究,但在污染条件下,这方面的报道较少。但是这样的研究是不可避免的,因为这对于植物的正常生长和获得高的产量尤为重要。 4 研究展望从当前国内外植物提取技术研究与实践进展来看,在植物选择、螯合剂筛选和合成、农业措施的优化上离商业化还有很长一段路要走。随着各相关学科的介入,尤其是基因技术的飞速发展,有理由相信,植物修复技术必将会大规模应用到重金属污染土壤的治理中。 4.1 选择合适的植物种类 目前使用的植物,要么生物量偏低,要么重金属的含量较低,同时还存在异地气候适应等问题,因此寻找生物量和重金属含量达到平衡的高适应性植物成为首要目标。亟待研制新的经济、安全、有效的天然或人工螯合剂,同时探明其施用方法,最大程度地提高螯合诱导效率的同时减轻对环境的潜在威胁。为了更好地挖掘植物修复技术的潜力,深入透彻地研究螯合诱导植物修复机理、螯合剂加入土壤后土壤一植物系统的变化规律、控制基因发挥作用的分子机制等将是今后研究的重点。 4.3 建立一系列规范和标准,并与其他技术结合对螯合诱导技术的实施及有关技术进行规范与示范,建立植物修复安全评价标准,将螯合诱导植物修复技术同其他技术(如分子生物学转基因技术、根部微生物学强化技术以及根部土壤金属化学调控技术等)结合起来,以提高重金属污染土壤的修复效率。 4.4 增加田间试验次数 以往的研究结论大多是由实验室人工条件试验得出的,而大田生态环境较实验室条件更为复杂,因而实验室的研究成果可能并不完全适用于大田。今后应多到大田研究植物修复的效率以便于商业化应用。参考文献[1]ALVAREZ-AYUSOE.Cadmiumin soil—plant systems:An overview[J].In- ternationa l Journal ofEnvironment and Pollution,2OO8,33:275—291. 12]WONG M H.Ecol0gical restoration of mine degraded soils,with emphasis on metal contaminated soils[J].Chemosphere,20O3,50:775—78o. [3]xu EM.Statusof agricultural products contaminated by heavymetals and control technology in China[M]//Environment Problems and Strategy in Agriculture.Beljing:Chinese Agricultural Press,2001. [4]陈怀满,郑春荣,周东美.关于我国土壤环境保护研究中一些值得关注的问题[J].农业环境科学学报,2oo4,23(6):. [5]KOBAYASHI J.Pollution by cadmium and the itai—itai disease in Japan [M]//OEHME F W.Toxicity of Heavy Metals in the Environment.NY: MarcelDekkerlne.,. [6]PAHLSSON A M B.Toxicity ofheavy metals(Zn,Cu,Cd,Pb)to vascular plants[J].Water Air Soil Pollution,—319. [7]BLAYLOCK M J,HUANG J W.Phytcextraction of metals[M]//RASKIN I.ENSU￡Y B D.Phytoremediation of Toxic Metals.Using Plants to Clean. up tlle Environment.New York:John Wiley and Sons,Inc.,200O:53—70. 1 8 l PARRA R,uLERY A L,ELI_ESS M P,融 a1.Transient phytcexwaetion a- gents:Establishing criteria for the use of ehelants in phytoextraetion of re: calcitrant me talsj J】.Intemational Journal of Phytoremediation,5—429. [9]陈志良,仇荣亮,张景书,等.重金属污染土壤的修复技术[J].环境保护,—19. [1O]wⅡ sH,da SILVA JAT,ZHOU Qx.Agro—improvingmethad ofphyto- extractingheavymetal contaminated soili J1.Journal ofl-JlaT,afdousMateri. als,2o08。150:662—668. 1 ll l MA1TI S K,JAISWAL S.umulati0n and translocation of metals in the natural vegetation growing onⅡy ashlagoons:Afield咖 dyfrom San- taldihthermal powerplant,West Bengal,India[J].EnvironmentalMonito- ring an d Assessme nt,—370. 1l2l MCGRATH SP。ZHAO F J.Phytoextraetion ofmetalsandme talloidsfrom contaminated soils[J].Current Opinion Biotechnology,—6. I 13 j MEERS E,TACK F M,Van SLYCKEN S,et a1.Chemically assisted phy. toextraetion:A review ofpo tential soil amendn￣nts for increasilag plan t uptake of heavy metals[J].International Journal of Phytoremediation, -414. 1l4】GLASSD J.U.S.andIntemationalMarketsfor Phytoremediafion.1999— 2OOOI M1.Needhnm,MA:D.Glass Assoc Inc.1999. j 15 I WATANABE M E.Phytoremediation on the b痂ll【mercialization [J].Environmental Science and Technology,—186. [16]蒋先军,骆永明,赵其国.土壤重金属污染的植物提取技术及其应用前景[J].农业环境保护,):179~183. [17]周东美,珏军,陈怀满.土壤及土壤一植物系统中复合污染的研究进展[J].环境污染治理技术与设备,):l一8. L18]IEsrrAN D,U)0 c L,u x D.The use ofchelating agents in the remedia- tion of meta1.contaminated soils:A review[J].Environme nt Pollution, 一l3. I 19 l ZMER H,GHNAYA T.LAKHDAR A,et parative study of Ph phytoextraetion potential in Sesuv/um portulacastrum and Brassica iuncea: Tolerance and accumulation1 J 1.Journal of Hazardous Materials,2010, l83:609—615. f 2o】CHANEY R L,LI Y M,BROWN S L,et a1.Phytoremediation of eontami. nated soil and waterl M1//骶 N,BAN切Ⅱ0S G.VANGR0NsvELD J,et a1.Improving metal hyperaecumulatorwild plant mercial phy- tcextraction systems :Approaches an d progress.Boca Raton,FL,USA: Lewis PIlb1isher.8. [21]LEBEAU T,BRAUD A,JEZEQUEL K.Performance of bioaugeaentation. assisted phytoextraetion applied
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强化重金属污染土壤的螯合剂诱导植物提取研究 安徽农业科学,Journal ofAnhui A .Sci.):
责任编辑姜丽责任校对卢瑶强化重金属污染土壤的螯合剂诱导植物提取研究刘旺,陈志良,彭晓春,杨兵,董家华(环境护部华南环境科学研究所,广东广州510655) 摘要从土壤和植物两方面介绍了螯合剂诱导植物提取的强化技术,具...
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