硅烷偶联剂（KH550）改性坡缕石对重金属（Cd、Pb和Zn）污染土壤中番茄生长影响机制研究

发布时间：2020-08-12 06:58

【摘要】：目前,土壤重金属污染已成为一个全球性问题,由于其危害大、污染周期长、不易清除等原因,对我国粮食的安全生产造成严重的影响。因此,迫切需要治理重金属污染的土壤。在重金属污染土壤的修复方法中,向土壤中添加土壤修复剂是一种常用的修复手段。粘土矿物如蒙脱石、海泡石和坡缕石作为土壤修复剂被广泛应用于修复土壤重金属污染。坡缕石作为一种水合镁铝硅酸盐粘土,具有比表面积大、表面基团和细小孔道丰富、吸附容量大、低成本和环保等优势,在重金属污染土壤修复的应用中日益受到重视,并通过物理、化学改性提高其修复性能的研究也是一个热点。本论文以天然坡缕石(PAL)和硅烷偶联剂(KH550)改性的坡缕石作为土壤修复剂,通过研究改性后的坡缕石(KH550-PAL)对重金属污染土壤上番茄植株生长的毒理学效应、叶片氮含量、光合作用能力、番茄土壤中重金属(Cd、Pb和Zn)的有效态含量以及重金属各形态分布变化的影响。旨在揭示KH550-PAL添加处理后对重金属(Cd、Pb和Zn)污染土壤上番茄生长影响机制。该论文的研究有助于深入探讨KH550-PAL对重金属污染土壤的修复机制,为更好地修复重金属污染土壤提供理论依据和技术支撑。论文主要研究结果如下:(1)KH550-PAL的添加处理导致番茄根系对重金属的吸收(Cd、Pb和Zn)比未添加修复剂的土壤处理分别降低了39.62%、60.25%和48.94%,番茄植株体内重金属的生物富集系数分别下降了59.52%、38.23%和62.26%,表明改性坡缕石的处理后,可显著降低番茄植株对重金属的富集程度。(2)改性后的KH550-PAL和未改性的PAL的处理均可降低土壤中重金属对番茄的毒性影响。通过PAL在重金属污染土壤中的添加处理可使番茄叶片MDA含量、H_2O_2含量、O_2·~-产生速率和非光化学淬灭(NPQ)分别减少了34.77%、55.43%、23.23%和42.97%。而KH550-PAL的添加处理可使番茄叶片的MDA含量、H_2O_2含量、O_2·~-产生速率和非光化学淬灭(NPQ)分别减少了89.36%、25.27%、74.45%和81.67%。同时,我们发现番茄叶片超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽还原酶(GR)和过氧化氢酶(CAT)活性分别比APL处理增加了228.57%、238.64%和196.42%。该结果表明在重金属污染土壤中施加KH550-PAL后,番茄植株吸收重金属含量显著减小,进而可通过增强体内抗氧化酶防御和减少热耗散的作用来改善重金属对植物的氧化应激,从而提高了光系统II的光合电子传递和番茄的生长。(3)重金属能够抑制植物对土壤中氮素的吸收。与未修复的重金属污染土壤相比,KH550-PAL的施加处理可使番茄植株叶片单位面积的氮含量和单位面积的叶绿素含量分别增加了37.21%和45.25%,同时番茄植株的光合作用参数如潜在最大净光合速率(P_(max)),最大羧化速率(V_(cmax))和最大电子传递速率(J_(max))分别提高了68.33%、53.20%和66.13%,进而促进了番茄植株的生长。(4)KH550-PAL添加处理后改变了土壤中重金属(Cd、Pb和Zn)的形态分布情况,与重金属污染土壤相比,KH550-PAL的添加使容易被植物吸收的离子态Cd从73.50%降低至53.85%,而不易被吸收的碳酸盐结合态Cd从5.28%增加到14.19%,残渣态Cd从8.37%增加到13.31%;Pb和Zn的形态转变也表现出相似的变化趋势。在KH550-PAL添加处理后,番茄土壤中重金属(Cd、Pb和Zn)各有效态含量分别比重金属土壤降低了25.38%、49.45%和34.28%。因此KH550-PAL的处理降低了土壤中可交换态的重金属(Cd、Pb和Zn)含量,从不稳定的存在形式向更稳定的方向转化,减小土壤中重金属的迁移。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S641.2;X53
【图文】：

图 2-1 PAL 和 KH550-PAL 的傅立叶透射红外图谱Fig.2-1 The Fourier Transform Infrared spectrometry of PAL and KH550-PAL(a): 天然坡缕石；(b): 硅烷偶联剂改性坡缕石(a): natural palygorskite (PAL); (b): KH550-PAL.

材料与方法.1 材料简介本实验所用的番茄种子来自农科院，PAL 是从甘肃白银购买，改性坡550-PAL)是采用硅烷偶联剂（KH550）通过化学方法合成改性坡缕石等,2013)。

这是利用 DTPA 络合的综合作用以及 NH4+可以容易地取代吸附在阳离子交位置上的重金属，体现重金属的可移动性，结果表明 KH550-PAL 的处理对土中重金属（Cd、Pb 和 Zn）固定效果非常明显，而且持效性非常好（陈燕芳 等，010）。它被用于评估修复对重金属污染的酸性稻田土壤的固定化效果（Shaheent al., 2018）。

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本文编号：2790209