重金屬污染土壤生態修復的蘆竹適應機制研究

《重金屬污染土壤生態修復的蘆竹適應機制研究》是依託中南大學，由郭朝暉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：重金屬污染土壤生態修復的蘆竹適應機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：郭朝暉
• 依託單位：中南大學

項目摘要

有色金屬礦冶區重金屬污染土壤面廣量大，開展重金屬污染土壤生態修復是國家重金屬污染綜合防治的重大需求之一。本研究以砷鎘鉛污染土壤蘆竹生態修復為對象，通過野外調查，研究我國南方有色金屬礦冶區蘆竹生態型的生理特性回響機制；通過溫室盆栽試驗，採用透析法提取根系有機酸分泌物，結合HPLC技術，探討蘆竹根系有機酸分泌物對根區重金屬進入蘆竹體內的截留/誘導機制；採用SEM/EDX、XRD和SR-EXAFS技術，研究蘆竹根細胞壁、細胞膜、液泡膜等亞細胞組織結構、蘆竹莖維管束內腔分泌物對根區重金屬的回響特徵,以及蘆竹根中As、Cd、Pb化學形態及其區室化特徵，揭示蘆竹應答根區重金屬的抗性機制；通過田間試驗，採用PCR-DGGE技術研究根區土壤中微生物的群落結構與功能多樣性，研究叢枝菌根真菌對蘆竹修復體系生態穩定性的促進作用機制，為有色金屬礦冶區重金屬污染土壤生態修復提供科學理論依據。

結題摘要

本項目系統研究了蘆竹對土壤中As，Cd和Pb等重金屬的適應機制以及對污染土壤的修復作用。在我國南方典型有色金屬礦冶區野外調查結果表明，蘆竹生態型分布廣泛，逆境適應能力強；可以提高污染土壤中脲酶、脫氫酶和蔗糖酶活性，改善土壤微生物群落特徵。 田間長期定位試驗表明，單施有機肥或同時施用有機肥和粉煤灰，土壤中有效態As和Pb分別從8.45%和29.6%降低至2.19% 和13.5%，有效態Cd從25.3% 降低至6.49%。蘆竹明顯改良土壤中微生物脲酶，蔗糖酶和脫氫酶活性，活力分別達到了358 NH4-Nμg/g•d，777 glucose mg/g•d和178 TPF μg/g•d。As，Cd和Pb通過蘆竹體內COO-，羰基以及Me2+-CH2-CH3等結合從地下部運移地上部。SOD是蘆竹抗氧化作用的主要途徑，過氧化物在谷胱甘肽循環中通過GSH氧化成GSSG得到還原。同時施用有機肥和粉煤灰，蘆竹生物量，蘆竹地下部As，Cd和Pb累積量增加；土壤中脫氫酶活性、微生物條帶數和微生物多樣性指數明顯增加。 野外長期修復結果表明，污染土壤上蘆竹中As，Cd和Pb主要累積在根系。根部Cd與Pb含量存在顯著相關性（p<0.05）。根部重金屬主要沉積在蘆竹根表鐵膜中。蘆竹顯著降低了土壤中酸提取態Cd對土壤微生物群落的影響。 盆栽試驗結果表明，污染土壤上蘆竹葉片中丙二醛含量明顯降低，SOD酶活性降低而CAT酶活性增強。葉片中POD酶活性的降低有利於蘆竹對重金屬的富集，同時GSH與氧化基團結合生成GSSG，提高了蘆竹的抗氧化作用。鬚根為蘆竹地下部Cd主要的富集部位，也是蘆竹阻隔Cd向蘆竹體內運移的屏障。蘆竹和其他修復植物組合修復增強了蘆竹對污染土壤中重金屬的耐受能力；土壤中蔗糖酶、酸性磷酸酶和總磷酸酶活性得到明顯改善。修復植物組合提高了土壤中微生物數量和物種多樣性，尤其是蘆竹與桑樹或構樹間種修復下土壤中微生物數量明顯高於蘆竹單一修復。 上述結果表明，蘆竹是一種理想的生態修復先鋒植物，有機肥和粉煤灰等施用可提高蘆竹的生態修復效率，可用來生態修復礦冶區重金屬污染土壤。