湿地土壤重金属含量与理化性质相关性研究及生物修复策略

发布时间：2018-07-17 08:00

【摘要】：目的:本文主要探究了黑龙江省扎龙地区泥土的特质,探讨了该地区土质的理化特性和重金属离子含量之间的联系。从土壤中挑选出抗铅镉的菌株,研究其生物学特性和部分生理生化指标。将高羊茅和本实验的抗性菌株作为重金属污染的修复工具,探究菌株和经过微生物强化的菌株对重金属离子的修复效果以及反应机理。方法:在黑龙江省扎龙湿地内选取10份重金属离子污染比较严重区域的土壤样本。检测Co、Cr、Zn、Fe、Mn、Cu、Cd和Pb等不同重金属离子的含量,利用相关分析计算重金属离子的含量与理化性质和电导率的关系。利用主成分和通径分析法剖析以上8种离子,计算并解析它们的主成分与泥土的理化特性及电导率变化的相互影响,并研究其对土壤的直接和间接影响力。利用16SrDNA鉴定抗铅镉菌株的种属,并且研究Pb2+、Cd2+、Pb2+/Cd2+、温度、pH值、盐及抗生素对菌株生长的影响。在Pb单独影响的泥土里添加Pb(NO3)2,Cd单独影响的泥土里中添加CdSO4,Pb和Cd联合影响的泥土里添加Pb(NO3)2及CdSO4,老化6个月,另一部分土壤中不添加重金属离子,用作对照,高羊茅种植三个月后测定其生物量和对重金属的富集量。结果:根据相关性分析知重金属离子对土壤的化学性质及电导率的影响非常复杂。其中Fe、Co、Cd与K+之间存在极显著的负相关性;Fe、Co与Na+存在明显的负相关;Pb与pH、Fe与EC、Co与EC、Cu与Ca2+、Co与Ca2+、Cr与Ca2+之间具有比较明显的正相关性。根据主成分分析可知第一主成分体现了Cu、Fe、Mn、Cr、Co和Zn的作用,它们含量的升高会导致EC和Ca2+指标的上升,使Na+、K+指数下降,而对pH几乎无影响;第二主成分主要体现了Pb和Cd的作用,它们主要影响土壤中pH的变化。根据通径分析可知,Pb和Cd对pH的影响是相对比较明显的,而其他金属离子由于直接作用和间接作用的相互抵消,使其对pH的影响不明显;Fe与Cr对EC的影响最为显著,大多数重金属离子的存在都会减少土壤中K+和Na+的含量,而对Mg2+的最终影响不明显。筛选出的抗性菌株具有较强的抗铅镉能力,是肠杆菌属,可在Pb2+、Cd2+浓度为300、200 mg?L-1的低磷含氮培养基中生长。该菌株对Pb2+的去除率和吸附率可以分别达到70.34%和44.39%,对Cd2+的去除率和吸附率可以分别达到40.54%和25.14%。该菌株生长的最适温度为25℃,最适pH值在7.0左右。此菌株对抗生素亚胺培南异常敏感。随着盐、Pb2+、Cd2+和Pb2+/Cd2+浓度的升高,该菌株的生长受到抑制。通过高羊茅富集重金属后的有机物质总量变化情况可以看出,伴随铅镉在土壤中积聚,高羊茅地上和地下有机物质干重总量都相应降低。当土壤中Pb和Cd浓度分别低于150和125mg/kg时,随着土壤Pb、Cd浓度的增加,高羊茅富集的重金属离子随之增加,但Pb和Cd浓度分别高于150和125 mg/kg时,高羊茅在空气中和土壤里富集的重金属离子量基本不变,增长趋向缓慢。结论:扎龙地区泥土中的重金属离子质量会直接影响泥土的理化特性,意味着其变化量会导致该地区生态环境的改变,甚至存在进一步恶化风险。培育出耐高浓度和可以高效去除Pb-Cd的抗性菌株是异常需要的。通过盆栽实验看出,JB13高羊茅强化菌株对重金属离子的富集效果优胜于普通高羊茅植株;另外,Cd对高羊茅生长的抑制作用大于Pb的抑制作用,而Pb、Cd双重污染对高羊茅生长的抑制作用更大;从高羊茅本身富集效果来看,土壤中富集的重金属离子要多于空气中的;除此之外,高羊茅对单一重金属离子污染的土壤的修复能力强于复合重金属离子污染的土壤的修复能力,重金属离子的毒性大小依次是Pb-CdPbCd。
[Abstract]:In this paper , the characteristics of soil in Zhalong area of Heilongjiang Province were studied , and the relationship between the physical and chemical properties and the content of heavy metal ions was discussed . The results showed that the effect of Pb and Cd on pH was not obvious when the concentrations of Pb and Cd were higher than 150 and 125 mg / kg .
【学位授予单位】：齐齐哈尔大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X53

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本文编号：2129707