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【专科生论文】探讨芦苇对砷污染土壤中砷的吸收特征研究(论文选题)

星级: ★★★★★ 期刊: 优秀作者:杨金红,陈璟,刘芳浏览量:3590 论文级别:推荐本章主题:芦苇和浓度原创论文: 5156论文网更新时间:10-28审核稿件编辑:Armstrong本文版权归属:www.5156chinese.cn 分享次数:2168 评论次数: 4883

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杨金红1,陈璟1,刘芳2

(1新疆应用职业技术学院园林园艺系,新疆奎屯833200;2新疆大学资源与环境科学学院,乌鲁木齐830046)

摘要:以芦苇为材料,对含砷土壤中砷的吸收转运情况进行分析研究,以期为利用芦苇修复本地砷污染土壤提供科学依据.通过盆栽模拟试验,添加外源砷,设置6 个不同的土壤砷浓度,以芦苇为砷污染土壤修复材料,生长60 天后,对芦苇在砷污染土壤环境中的生长、吸收及转运规律进行研究和探索.结果表明:芦苇经不同砷浓度胁迫60 天后,不同砷浓度对芦苇株高、萌芽及展叶均有一定影响,砷浓度从200 mg/kg 梯度依次加大时,芦苇地上地下部分鲜重呈现较快下降的趋势,芦苇干重随着土壤砷浓度的增加总体呈现下降的趋势,土壤砷含量与芦苇地下部分砷含量呈极显著的正相关.可得出结论:芦苇是一种耐砷性强的植物,具有修复当地砷污染土壤的潜能.

关键词:砷;吸收;芦苇;土壤

中图分类号:X53 文献标志码:A 论文编号:cjas16080016

0 引言

砷是一种有毒元素,同时也是土壤中普遍存在的、固有的一种微量元素.因为砷的土壤环境容量非常有限,以及在土壤中的主要表现是残留和累积,所以当含砷污染物通过各种途径进入土壤后,容易造成土壤砷污染.过量的砷会影响植物的正常生长,砷甚至可在人类食用的植物部位中积累,通过食物链进入人体中,从而引起人体的慢性中毒,直接威胁着人体和畜禽的健康[1-2].目前,传统的化学修复和物理修复技术已取得一定的效果,且部分形成了较为成熟的工艺流程.但这些方法投资费用高、工程量大,同时还可导致土壤及水体的二次污染[3-4].植物修复技术成本小,生态效益高,被业内普遍认为是一种绿色廉价、新兴高效的生物修复方式,目前利用最多的植物是蜈蚣草[5-6],但蜈蚣草需要高温高湿环境,而芦苇在新疆分布广泛,耐盐碱,生物量大[7],目前对于芦苇的含砷土壤修复缺乏足够的认识,笔者以芦苇为材料,对含砷土壤中砷的吸收转运情况进行分析,以期为利用芦苇修复本地砷污染土壤提供科学依据.

生物修复是充分利用生物的生命代谢活动,从而分解或清除、富集生长介质中的污染物[8].近几十年来,生物修复因为具有低投入和环境友好性等优点得到迅速发展和利用,芦苇用于环境污染治理研究较多,刘春爽等[9]利用芦苇修复新疆石油污染土壤,经过123天的芦苇修复,石油烃去除率可到41。21%~62。14%,其中饱和烃去除效果最好,可达60。52%~73。11%;芦苇对原油污染具有较好的耐受性,具有较强的修复能力.黄淑萍等[10]将芦苇用于湿地重金属污染治理,结果表明芦苇具有较高的重金属综合富集能力.赵善道等[11]利用芦苇进行海岸带重金属污染治理,其茎叶则表现为对Hg 的富集能力较大.王东等[12]认为芦苇是一种优良的重金属去除植物,对Mn-Ni-Cu-Zn-Cd复合金属污染的去除比例平均达到77。15%.

目前世界上陆续报道新出现的砷污染地区中,新疆奎屯地区是中国大陆首次发现的地方性砷中毒病区[13- 14].关于本地区砷污染的植物修复研究较少.笔者以芦苇为材料,在实验室条件下测定所选植物的各项指标,对含砷土壤中砷的吸收转运情况进行分析,以期为利用芦苇修复本地砷污染土壤提供科学依据.

1 材料与方法

1。1 试验材料

盆栽土壤取自新疆应用职业技术学院生物园地,土壤类型为盐化潮土,含砷量为15。1 mg/kg,全氮含量为0。56 g/kg,全磷含量为0。68 g/kg,全钾含量为19 g/kg,有机质为10。5 g/kg,pH 8。3.

供试植物:从奎屯垦区123 团四连自流井边挖取芦苇,将大块植株分成长势和大小基本一致的带根的植物体,剪除地上部分,然后将这些带根的植物体分别栽种在小盆钵(装有机土1 kg)中,生长箱25℃每天光照16 h条件下育苗1周.

1。2 试验设计

砷以Na3AsO4· 12H2O的形式加入,设置6 个不同的砷浓度:0、200、400、600、800、1000 mg/kg,把不同砷浓度的土1 kg 充分混匀,将其装入15 cm 口径的塑料盆中,选取长势一致的芦苇苗移栽到装好土的塑料盆中,每个浓度设置3个重复,每个重复3 株芦苇幼苗,以新疆应用职业技术学院生物园地土壤为对照(CK).芦苇生长60天后采

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集收获,测定各项指标.

1。3 测定方法

1。3。1 生物量测定试验开始后,每周记录展叶数量、萌苗的株高及萌芽数,培养60 天后,将芦苇植株从盆中移除,用自来水洗净,并用吸水纸吸干水分后,分离芦苇的地上部分和地下部分,分别称取地下部分、地上部(茎叶)的鲜重,记录试验数据;把地下部分和地上部分分别放入烘箱,105℃杀青30 min,70℃条件下烘干,称量各部分干重,记录试验数据.

1。3。2 芦苇对砷吸收及转运分别称取样品、碾磨,过100 目筛,芦苇各部样品的有效态砷含量测定采用HNO3-HClO4(5:l)消煮[15];再通过二乙氨基二硫代甲酸银光度法测定.

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2 结果与分析

2。1 不同砷浓度对芦苇株高、萌芽及展叶的影响

不同浓度砷的土壤对芦苇株高、萌芽数量及展叶数量的影响见图1.从图中可以看出,添加不同砷浓度的芦苇与对照相比较,其最高株高均受到一定程度的抑制,培养60 天后对照平均株高为56。94 cm,200、400 mg/kg砷浓度的芦苇平均株高较为接近,为35~40 cm之间,600、800、1000 mg/kg 砷浓度的芦苇平均株高受到明显抑制,随着土壤砷浓度的增加,最高株高呈现明显的下降趋势,砷胁迫60 天后,600、800、1000 mg/kg砷浓度的芦苇平均株高为23、14。8、12 cm,其生长受到明显抑制.

不同浓度砷的土壤对芦苇萌芽的影响见图1.从图中可以看出,添加不同砷浓度的芦苇与对照相比较,其萌芽均受到一定程度的抑制,培养60 天后对照平均萌芽数为1。38,添加不同砷浓度的芦苇培养60 天后平均萌芽数随着浓度的增加呈现下降趋势,砷浓度200、400 mg/kg 的芦苇平均萌芽数0。75 和0。67,该2 种浓度的芦苇萌芽数在观测的60 天生长周期内呈现缓慢增加的趋势,说明芦苇能够耐受该浓度并能继续生长,砷浓度600、800、1000 mg/kg 的芦苇培养60 天后平均萌芽数为0。45、0。2、0。2,该3 种浓度的芦苇萌芽数在观测的

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生长周期内呈现下降的趋势,说明该浓度明显抑制芦苇的萌芽.

不同浓度砷的土壤对芦苇展叶的影响见图1.从图中可以看出,添加不同砷浓度的芦苇与对照相比较,其展叶数量均受到一定程度的抑制,在观测的生长周期内所有芦苇展叶数量均呈现增加的趋势,培养60 天后对照平均展叶数量数为9。26片,砷浓度200、400 mg/kg的芦苇培养60 天后平均展叶数量在8。6~7。57 片之间,砷浓度600、800、1000 mg/kg 的芦苇培养60 天后平均展叶数量为4、2。6、2 片,该3 种浓度的芦苇萌芽数在观测的生长周期内呈现下降的趋势,说明该浓度明显抑制芦苇的展叶数量.

2。2 不同砷浓度对芦苇器官生物量的影响

2。2。1 鲜重从图2 中可以看出,对照芦苇的地上部分的鲜重明显高于不同砷浓度胁迫的芦苇.不同砷浓度胁迫的芦苇的地上和地下部分鲜重也各不相同.芦苇的地上地下鲜重随着土壤砷浓度的增加呈现下降的趋势,200、400 mg/kg 砷浓度时,其地上部分鲜重为32。67 g 和23。22 g,砷浓度从400 mg/kg 梯度依次加大时,芦苇地上部分鲜重呈现较快下降的趋势,200 mg/kg砷浓度时,其地下部分鲜重为14。02 g,砷浓度从200 mg/kg梯度依次加大时,芦苇地下部分鲜重呈现较快下降的趋势.

2。2。2 干重从图2 中可以看出,对照芦苇的地上部分和地下部分的干重均高于不同砷浓度胁迫的芦苇;不同砷浓度胁迫的芦苇的地上和地下部分干重也各不相同.芦苇的地上地下干重随着土壤砷浓度的增加总体呈现下降的趋势,且在200 mg/kg 砷浓度时,芦苇地上部分干重在各浓度砷胁迫芦苇中达到最大值,为10。4800 g,不同砷浓度胁迫的芦苇的地下部分干重中,200 mg/kg 砷浓度,其地下部分干重3。5655 g,此外砷浓度从200 mg/kg 梯度依次加大时,芦苇地上地下部分干重呈现较快下降的趋势,说明土壤砷浓度400 mg/kg及梯度增大时,严重抑制芦苇的生长从而导致地上地下干重快速下降.

2。3 土壤砷含量和芦苇生长及砷吸收的关系

2。3。1 土壤砷对芦苇生长的影响已有研究发现砷对植物的毒害主要表现在对植物生长发育和生理代谢的影响,砷胁迫会导致植物的生长发育明显受阻,甚至死亡,将芦苇土壤砷含量与芦苇生长指标及不同部位生物量之间进行相关性检验,结果表明土壤砷含量与芦苇株高、萌芽、展叶及干重均相关性显著,呈负相关关系,即随着土壤砷含量增加芦苇株高、萌芽、展叶及干重呈下降趋势,以株高和干重为例(图3),土壤砷浓度增加,收获时最高株高和干重呈线性负相关,相关性显著.

2。3。2 土壤砷含量与芦苇不同部位砷含量相关分析将土壤砷含量与芦苇不同部位砷含量之间进行相关性检验,结果表明土壤砷含量与芦苇地上部分砷含量呈正相关,但相关性不显著,与芦苇地下部分砷含量呈极显著的正相关关系,即随着土壤砷含量增加,芦苇地下部分砷含量也升高(图4),此外,图中显示经不同砷浓度胁迫60 天后,芦苇地下和地上部的砷含量与对照比较明显增大,不同浓度下,芦苇地上部的砷含量与对照都有显著差异性(显著性水平P<0。05);芦苇地上部含砷量最大的是600 mg/kg 浓度,为21。5 mg,对照为0。61mg,芦苇地上部含砷量从土壤砷浓度600 mg/kg 增大开始反而呈现下降趋势,可能是土壤砷含量太大导致芦苇生长受到严重抑制,从而影响芦苇含砷量从地下至地上的转运,芦苇根中的砷含量与对照均有显著差异性(显著性水平P<0。01).芦苇根含砷量最大的是1000 mg/kg 浓度,为78。33 mg,对照为1。77 mg,吸收的砷

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主要积累在芦苇的根系部分,少量的转移到茎叶中,试验设置的5 种砷浓度处理下芦苇对砷的转运系数(TF)均小于1(转运系数TF 等于芦苇地上部吸收累积的砷含量与根中吸收累积的砷含量的比值[16]).

3 结论

经过不同砷浓度胁迫60 天后,不同砷浓度对芦苇株高、萌芽及展叶均有一定影响,芦苇的地上地下鲜重随着土壤砷浓度的增加呈现较快下降的趋势.芦苇的地上地下干重随着土壤砷浓度的增加总体呈现下降的趋势,土壤砷含量与芦苇不同部位砷含量之间进行相关性检验,结果表明土壤砷含量与芦苇地下部分砷含量呈极显著的正相关关系.

研究表明芦苇对砷具有较强的耐性,且芦苇适合本地区的土壤和气候,适应性强,生物量大,可用于当地砷污染土壤的植物修复.

4 讨论

一般认为,砷污染土壤植物修复中,超积累植物是非常优良的材料,超积累植物应满足以下条件:(1)临界含量特征标准,植物地上部分重金属含量要大于一定的临界值;(2)转移特征标准,植物茎或叶重金属含量应大于根部重金属含量;(3)富集系数特征标准,植物茎或叶富集系数要大于1。0[17-18].当前,关于植物治理砷污染筛选研究普遍通过以下方法完成,其一是通过野外调查,尤其是在砷污染区域范围寻找超积累植物;其二是在实验室条件下测定所选植物的各项指标断定其修复砷污染土壤的能力.笔者采用2 种方法相结合,从砷污染较重的奎屯地区123 团采集芦苇进行了实验室条件的培养检测,检测的芦苇并未达到超积累植物的要求,转运系数小于1,而郑冬梅等[19]、叶林等[20]对挺水植物芦苇进行砷含量的检测,转运系数大于1,芦苇对砷的转运较强,罗艳丽等[21]在新疆奎屯砷污染区域进行了荒漠植物砷含量的检测,芦苇对土壤砷的转运系数小于1,与本次试验的结果一致,不同之处在于本研究设置的5 个浓度梯度栽培的芦苇地下部砷含量均小于90 mg/kg,而罗艳丽等[21]的研究结果表明荒漠植物芦苇地下部砷含量92。91 mg/kg,导致差异的原因可能是本试验芦苇种植期仅为60 天,而罗艳丽等检测的是当地砷污染土壤多年生长的芦苇,芦苇地下部对砷有一定的累积效应导致砷含量较高.

[ 参考文献 ]

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