螯合型表面活性剂强化黑麦草修复镉-芘复合污染土壤研究

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近年来,土壤多环芳烃(PAHs)和重金属复合污染问题日趋严峻。在复合污染土壤治理修复技术中,围绕植物开展的联合强化修复成为新的途径,其中化学强化植物修复技术备受关注。本研究采用了一种易降解的新型螯合型表面活性剂N-十二酰基乙二胺三乙酸盐(LED3A)作为螯合增溶活化试剂,用于研究LED3A对植物修复污染土壤的强化效果。初步探究了LED3A对土壤中Cd和芘的增溶解吸效果,以分析其用于强化植物修复的可行性。通过设计盆栽实验,分别研究了LED3A施加对黑麦草生长、生理指标及土壤性质的影响;LED3A强化黑麦草修复单一及复合污染土壤的作用效果;污染物共存对修复作用的相互影响以及黑麦草机体对Cd的解毒机理;结合修复前后土壤污染物形态改变分析,探究了LED3A强化黑麦草富集Cd和降解芘的机制。主要研究结论如下:(1)LED3A对单一及复合污染土壤中Cd和芘均具有较好的解吸效果,解吸平衡时间为16 h,在碱性条件下解吸效率较高。LED3A能促进可交换态Cd从土壤颗粒解吸下来,促使吸附态芘向可生物利用态芘转化,提高了Cd和芘的生物有效性,说明LED3A可以促进土壤中Cd和芘两种污染物的活化,有利于诱导植物修复污染土壤。(2)施加LED3A后,黑麦草植株高度、生物量、丙二醛(MDA)含量以及抗氧化酶活性的变化均表现出一定的抗逆响应,但整体上没有影响黑麦草的正常生长。说明利用LED3A促进黑麦草富集/降解土壤中Cd/芘污染物,不会引起明显的植物毒害作用。黑麦草根系可为土壤微生物提供适宜的根际环境,促使微生物活性、土壤脱氢酶和蔗糖酶活性增强。而添加LED3A后,由于提高了污染物的生物有效性,可刺激土壤微生物和酶活性改变,从而有效促进黑麦草吸收或降解污染物的进程。(3)施加LED3A后,单一及复合污染土壤中Cd的最大去除率比只种植黑麦草升高了85.29%和55.41%,随LED3A浓度增加,黑麦草对Cd的富集系数(BCF)增大,但对转移系数(TF)影响较小。LED3A强化了黑麦草对Cd的细胞壁沉淀作用和液泡区隔化作用,有效避免了Cd对细胞器的损伤。黑麦草联合LED3A提高了土壤中芘的去除效率,在最大LED3A浓度(0.8 g·kg-1)时,单一及复合污染土壤最大修复效率为86.25%和84.63%,芘降解效率对比只种植黑麦草提高了88.91%和204.63%,说明LED3A显著促进了芘的生物降解作用。主成分和相关性分析表明,LED3A浓度与Cd的富集量显著正相关,芘的去除效果与土壤微生物和脱氢酶显著正相关。(4)LED3A与植物联合能显著促进可还原态Cd和可氧化态Cd向可交换态Cd转化,提高了Cd的生物有效性,促进黑麦草对Cd的吸收和提取。可生物利用态芘含量随LED3A浓度增大显著降低,是由于黑麦草和LED3A增强了土壤微生物和酶活性,从而促进对土壤中芘的生物降解过程。
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