紫花苜蓿对垃圾渗沥液污染土壤的修复及响应机制研究

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近年来,生活垃圾的产量逐年增加,而卫生填埋仍为主要的处理方式之一。垃圾在填埋过程中由于本身持水量、微生物代谢及地表径流等因素的共同作用,不可避免的会产生高浓度、成分复杂的渗沥液。若填埋场管理机制或防渗系统出现缺乏或不完善,则会导致渗沥液侵入附近土壤层,对周围生态环境和人体健康造成极大威胁。针对垃圾渗沥液污染土壤,本文采用实验室盆栽的方式,选择紫花苜蓿(Medicago sativa L.)作为供试植物,以无植物组为空白对照,研究分析在不同渗沥液浓度污染土壤(0ml/kg、40ml/kg、80ml/kg、120ml/kg)的条件下,紫花苜蓿对土壤浸出液的酸碱性、电导率、氨氮、COD以及土壤本体的蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶、总氮以及总磷的影响规律。此外,通过紫花苜蓿光合作用速率(P_n)、最大光化学效率(F_v/F_m)、植物元素含量(C、N、S)的变化趋势来反应不同污染条件下,紫花苜蓿对渗沥液污染的耐受性及响应机制。最后通过机理分析探索各指标之间的联系。主要研究结果如下:(1)通过对土壤浸出液的研究表明,紫花苜蓿使渗沥液污染土壤的酸化环境的pH值出现一定程度的提高,并在后期趋于稳定,说明土壤的酸碱缓冲能力得到了有效的增强。同时,紫花苜蓿还表现出较好的耐盐性,在盐浓度较高的土壤中可以生存,并且有降低土壤电导率的功能,但盐含量过高也会对其生长产生抑制作用。在紫花苜蓿的种植下,土壤氨氮和COD的去除率最高可达88.9%和78.1%,且在不同处理条件下有不同的修复效果,其中紫花苜蓿对氨氮污染修复效果显著;(2)对不同条件下土壤酶活性的影响进行的研究发现,在整个培养期,实验组土壤蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶活性呈现不同程度的促进作用,蔗糖酶活性大小为80ml/kg>120ml/kg>40ml/kg>0ml/kg,过氧化氢酶活性大小为80ml/kg>40ml/kg>0ml/kg>120ml/kg,脲酶为120ml/kg>80ml/kg>40ml/kg>0ml/kg,其中对蔗糖酶活性的促进作用最显著,对脲酶活性则表现相对较小。与无植物空白组对比,实验组土壤总氮含量显著减少,培养后期去除率最高达到85.08%,土壤总磷削减相对较小;(3)在不同渗沥液处理条件下,低浓度渗沥液具有增强紫花苜蓿的净光合速率、光化学利用效率的作用,过高浓度渗沥液则对紫花苜蓿的生长起抑制作用,但这种作用会随着培养时间的增加有所减弱;不同渗沥液浓度培养下,紫花苜蓿的碳、氮、硫含量均有不同程度的变化,其中120ml/kg渗沥液浓度的培养条件下比无渗沥液植物含氮量增长约23.9%,说明苜蓿植株对污染土壤的高含氮量具有较好的耐受性和修复效果;(4)根据相关性分析,发现本研究中土壤浸出液pH与土壤蔗糖酶、脲酶以及过氧化氢酶之间存在不同程度的相关性,相关系数分别为0.515、0.607、0.533,pH可通过直接影响土壤理化性质以及土壤养分、酶蛋白的空间结构来改变酶活性的大小。试验组土壤氮素含量主要来源于渗沥液中,经测定,土壤中氨氮与总氮的相关性系数为0.72,呈显著相关。紫花苜蓿具有自我调节功能,使其体内氮素含量保持平衡,所以土壤氨氮与总氮与植物含氮量所表现出来的相关性均不明显。
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