不同伴随阴离子的铜盐在土壤中吸附—解吸行为及植物亚细胞水平分布特征研究

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随着经济的发展,因污水灌溉、农用化肥使用、三废排放、城市垃圾和污泥的排放而带给农田土壤污染日益严重,使得农田土壤质量日趋下降。伴随着这些生产活动,重金属铜会进入农田,他们因范围广、持续时间长、污染隐蔽、不可逆等原因一直受到人们的广泛关注。而在进行这些生产活动时,同时带入大量的阴离子进入土壤,并与铜协同作用于土壤,对其造成危害。本文采用上海市奉贤区的水稻土进行调查研究,在了解水稻土理化性质及其水稻土中铜总量和铜形态的基础上,研究不同伴随阴离子铜盐对水稻土吸附-解吸行为,建立基本模型;再选取其中部分水稻土为土壤类型,采用小麦为研究植物,选取硫酸铜、硝酸铜和氯化铜三种不同浓度梯度的铜盐为研究对象,进行人工模拟铜胁迫实验,对小麦中的形态学特征、光合作用、各器官和亚细胞结构的铜含量的变化进行研究,探讨了不同伴随阴离子铜盐胁迫下小麦的生理生态特征。结果如下:所选取的上海市奉贤区的水稻土,其土理化性质的分析结果表明,水稻土营养元素丰富,肥力尚好,能保障正常的作物生长和农产品的产量和品质。水稻土中铜含量都略高于上海土壤元素背景值,并低于土壤环境质量二级标准。通过对各采样点水稻土的形态分析结果得出,庄行的Cu金属形态以氧化态和还原态为主,占总量的79.77%;在奉城Cu的金属形态以还原态和残渣态为主,占总量的73.86%;在金汇Cu的金属形态以氧化态和残渣态为主,占总量的69.91%。通过对各地不同阴离子铜盐吸附动力学实验和各地水稻土的吸附-解吸实验的研究,明确了Cu2+在2h振荡时间为吸附平衡时间并选取庄行水稻土作为后续的实验用土。比较不同类型铜盐的吸附-解吸曲线,表明水稻土中对硫酸铜的吸附量>氯化铜的吸附量>硝酸铜的吸附量,而在相同吸附量时,水稻土中对硫酸铜的解吸量>硝酸铜的解吸量>氯化铜的解吸量,说明不同阴离子铜盐在土壤中的吸附-解吸平衡受其阴离子的影响,故可选择不同类型铜盐对小麦的生理生态学影响来进一步讨论。而不同类型铜盐pH-吸附曲线表明,各类型铜盐Cu2+吸附量与pH值的关系曲线呈S型,pH-解吸曲线表明,随pH的增加,水稻土的解吸量是减少的。通过受不同阴离子铜盐胁迫小麦的生物量分析可以得出,小麦的株高、根长和叶面积受Cu作用明显,比较不同阴离子铜盐对小麦的作用,在以硫酸铜和氯化铜作为外源加入时,都是先有一定的促进作用,但随着浓度的升高,都表现为抑制作用;以硝酸铜作为外源加入时,则直接起到了抑制作用。而对于叶绿素来说,叶绿素含量、类胡萝卜素均随浓度的增加而呈现先上升后下降的趋势规律,但由于各铜盐在土壤中的吸附-解吸能力不同和不同阴离子对植物的作用不同,进而影响了植物体内的吸收速度使得叶绿素含量的最大值并不相同。Cu在小麦植株各部分的重金属含量表现为:随着Cu投入浓度的增加,小麦植株各部位的Cu含量基本呈递增趋势,且Cu2+绝大部分富集在根部,而向地上部分的迁移量很少,而比较同浓度不同阴离子铜盐胁迫下小麦对铜的吸收性则表现为:根部中铜含量是硝酸铜>氯化铜>硫酸铜;茎部中铜含量是硝酸铜>硫酸铜≈氯化铜;而叶部中铜含量是硝酸铜>硫酸铜>氯化铜。Cu在小麦根部、茎部和叶部的亚细胞从分配比来看,细胞壁部分所占全量的比例都为最高。小麦在同浓度不同阴离子铜盐胁迫下亚细胞含量分布表现为:根部各亚细胞组分分布在细胞壁中的分布表现为硫酸铜>硝酸铜≈氯化铜中的铜含量,可溶性蛋白中的分布表现为硫酸铜>硝酸铜>氯化铜中的铜含量,细胞器中则表现为氯化铜>硝酸铜>硫酸铜中的铜含量;茎部各亚细胞组分分布在细胞壁中的分布表现为硫酸铜>氯化铜>硝酸铜中的铜含量,可溶性蛋白中的分布表现为硫酸铜>硝酸铜≈氯化铜中的铜含量,细胞器中则表现为硝酸铜>氯化铜>硫酸铜中的铜含量;叶部各亚细胞组分分布在细胞壁中的分布表现为氯化铜>硫酸铜>硝酸铜中的铜含量,可溶性蛋白中的分布表现为硝酸铜>氯化铜>硫酸铜中的铜含量,细胞器中三种铜盐则表现为近似的铜含量分布。
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