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重金属污染是当今世界全球蔓延的一个问题,危害着生态系统安全和人类的健康。植物提取技术,是使用绿色植物吸收、富集土壤中的重金属并收获处理,从而达到将一部分重金属移除土壤的修复目标。通过科学的辅助手段以提高植物提取的效率是实现重金属污染土壤修复的重要方法。施加化学螯合剂和植物激素强化植物提取重金属是提高植物提取效率的两条技术策略,两者发挥的作用也有所异同。因此,本文主要探讨化学螯合剂EDTA和NTA对重金属污染土壤的提取作用和强化超富集植物滇苦菜(Picris divaricata)和东南景天(Sedum alfredii)提取土壤重金属的效率,以及植物激素IAA和化学螯合剂EDTA对超富集植物滇苦菜提取Pb的影响。主要研究结果及结论如下:
1、EDTA和NTA都能够有效活化污染农田土壤中的重金属(Cu、Pb、Zn),提取能力随施加浓度的上升而增强。其中,高剂量EDTA处理(10mmol kg-1soil)对土壤中Cu、Pb、Zn的最大活化率分别为20.37%、31.98%、6.39%;高剂量NTA处理(20mmol kg-1soil)对土壤中Cu、Pb、Zn的最大活化率分别为28.02%、27.66%、8.68%。在十天内,EDTA对土壤重金属的活化效果显著下降,而NTA的提取效果保持较好。
2、EDTA和NTA能够有效提高两种超富集植物吸收和转运土壤重金属的能力:施加EDTA后,滇苦菜叶片Cu、Pb、Zn的浓度最高上升了121%、83%、70%,东南景天叶片Cu、Pb、Zn的浓度最高上升了286%、129%、72%;施加NTA后,滇苦菜叶片Cu、Pb、Zn的浓度最高上升了124%、100%、68%,东南景天叶片Cu、Pb、Zn的浓度最高上升了773%、166%、67%。滇苦菜富集系数和转运系数,东南景天富集系数在一定程度上得到了较大幅度的提升。
3、EDTA能够有效提高两种植物对土壤重金属的提取效率:其中,滇苦菜Cu、Zn的提取效率最大上升了43%和45%;东南景天Cu、Pb、Zn的提取效率最大上升了30%、20%、30%。施加NTA后只有东南景天对Cu的提取效率超过EDTA,提升了68%,其它重金属的最大提取均小于EDTA处理的最大提取。但是,两种螯合剂均会对植物生长产生抑制并导致生物量减产,在一定程度上削弱了提高植物提取效率的成果。本研究中,NTA对两种植物的生物量减产高于EDTA,表明NTA的生物毒性高于EDTA。土壤试验结果表明,施加低剂量EDTA(5mmol kg-1soil)能有效地提高两种超富集植物修复重金属复合污染土壤的效率。
4、水培试验中施加IAA后,与Pb溶液对照相比,滇苦菜的生物量、Pb转运和富集、蒸腾作用都显著上升,说明IAA能够缓解Pb对滇苦菜的毒性胁迫作用。100μM IAA处理中,滇苦菜根系和叶片生物量显著提高,蒸腾速率提高了约20%,叶片Pb浓度上升了37.3%,叶片富集量上升了46.5%,同时植物提取效率也上升25.9%。滇苦菜对Pb提取效率的显著提高可能是通过IAA缓解溶液中Pb毒性,改善根系生长状况并提高生物量,增强植物的蒸腾作用,同时通过对养分元素吸收的调控来实现的。然而,施加EDTA后,滇苦菜对Pb的提取效率受到显著的抑制,这很可能是因为Pb-EDTA复合物会阻碍滇苦菜根系对Pb的吸收。本研究结果表明,施加植物激素IAA可以提高Zn/Cd超富集植物滇苦菜对重金属Pb的提取效率,可以视为辅助Zn/Cd超富集植物滇苦菜修复多金属复合污染土壤的一种重要策略。