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人类生产活动使大量的有毒有害物质不断地进入环境,并发生不合理迁移从而对人类健康构成了巨大的潜在危害,土壤砷污染是其中一个普遍为人们关注的问题。砷及其化合物是剧毒污染物,可致癌、致畸、致突变。随着化学工业、重金属开采、冶炼工业及电子工业的不断发展,含砷三废进入到土壤环境中,成为重要的污染源。此外,区域地质异常,含砷农药及含砷量高的磷肥,也使土壤含砷量不断增加。
利用生物修复土壤砷污染经过多年的研究已得到很大的进展。已经发现几种对砷具有超积累能力的植物,其对砷的富集能力非常强。人们发现Hg,Se和As在环境中由于生物的作用发生了甲基化并转化成可挥发性的有机金属化合物,生物挥发修复技术基于此原理而诞生,在实际应用当中已经取得了一定的进展。生物挥发是利用生物的作用(包括植物和微生物),把土壤中的金属转化为甲基化有机金属,由于后者的沸点比较低,很容易挥发而进入到大气中,从而达到降低土壤中金属含量的目的。本文就是要研究生物挥发技术及超积累植物蜈蚣草在修复砷污染土壤中的应用。
本文研究了不同环境因素对砷污染土壤生物挥发修复的影响,筛选高耐砷的菌株,并研究不同条件对高生物挥发微生物的影响,分析了超积累植物蜈蚣草在野外及室内栽培条件下对砷的富集情况并研究了蜈蚣草和高挥发能力微生物联合作用修复砷污染土壤。由于挥发出来的有机砷含量甚少,因此实验当中采用了原子荧光光谱法测定挥发态有机砷化合物的含量。
研究发现添加生物有机肥和增加土壤中砷浓度都能促进生物挥发速率,同时土壤中的水分也明显地影响砷的生物挥发:添加适量的水有利于砷的生物挥发,而过量的水反而会抑制生物挥发。研究表明如果合理的利用堆肥会促进生物的生长并能提高生物挥发的速率,这为城市垃圾的处理找到了一条新的出路。
试验采用采集自湖南高砷污染地区的土壤筛选出6株高耐砷的微生物,其中有3株生物挥发能力较强。研究表明添加砷有利于微生物的生物挥发,但这种促进作用不是无限制的。pH对生物挥发影响较大,pH>11时砷的生物挥发明显增强。添加生物有机肥和水分都有利于微生物的生物挥发。
研究表明蜈蚣草对砷有很强的富集作用,能在含砷量高达5000mg/kg的土壤中正常生长,其对砷的富集规律为羽片>茎>根,室内栽培表现出更强的富集能力,其富集系数随时间变化而增加。蜈蚣草对砷的生物挥发没有明显促进作用,但其高生物挥发微生物联合修复砷污染土壤时表现为协同作用。