铅污染土壤对植物生长固土机制及力学特性的影响

发布时间：2020-10-13 01:02

　　 土壤遭受重金属的污染,植物修复由于其经济性和环保性而备受关注。目前的研究主要聚焦于利用重金属高富集植物来修复污染土壤,从植物抗倒伏特性来筛选耐性植物却未见报道,从植被固定污染土壤角度来评价修复植物的报道也未见。本文研究了不同土壤铅浓度对14种本土草本植物生长形态特征和茎杆力学特性的影响,并从植物对土壤的固土效应的角度出发,分析了植物对铅污染土壤容重和总孔隙度、土壤团聚体和有机质含量、土壤抗剪强度、植物根系抗拉拔性能的影响,研究其固土抗侵蚀效能,进而为铅污染土壤的植被构建和生态恢复提供理论和实践参考。主要研究内容及结论如下：(1)在14种草本植物中,随着铅浓度的增大,反枝苋和高丹草表现出明显的中毒症状,其他12种植物的株高和生物量与对照相比均无显著降低,表现出对铅污染具有一定的耐受性。(2)藜、新麦草、红叶苋和紫花苜蓿,为铅高耐性植物,其根长、根系生物量、根系活力在各处理下均高于对照；紫苑、反枝苋和高丹草为铅敏感植物,1500 mg·kg-1铅处理下,根长、根系生物量、根系活力均显著低于对照(P0.05)；其余7种植物对铅的耐性介于第1类与第2类植物之间。(3)随着铅浓度的增大反枝苋、高丹草、紫苑最大拉应力、最大剪应力、弹性模量、剪切模量逐渐减小,1500 mg·kg-1铅处理下显著低于对照(P0.05)。藜、绿叶苋、红叶苋和鲁梅克斯K-1杂交酸模最大剪应力、最大拉应力、弹性模量、剪切模量在各铅处理下均高于对照,高于其它10种植物,可用于铅严重污染区和环境恶劣区土壤的植被恢复。(4)为说明力学指标与植物生长的关系,在进行力学性质试验研究的同时,进行了植物纤维素含量的测定,并对力学性质指标与生长指标、铅含量及纤维素含量等指标进行了相关性分析,获得了本土植物力学性质指标与生长等指标的最优回归方程。同时从微观结构的角度出发,重点解释了铅敏感植物高丹草、反枝苋在1500 mg·kg-1铅处理下微观结构的改变,为解释外力转变机理及宏观变形机理提供了基础。(5)研究了14种本土草本植物根系在土壤中的分布及固土抗蚀效应。结果表明：种植不同植物固土抗蚀效应差异很大,反枝苋、高丹草随着铅浓度的增大,根长、根系生物量、抗剪强度、抗拉拔力逐渐减小,表现出对铅较差的耐性和固土抗蚀性能；其余12种植物表现出相对较强的耐性和固土抗蚀性能。在0-10 cm土层中,鲁梅克斯K-1杂交酸模、藜、紫花苜蓿在各处理下粘聚力均鸭茅、新麦草其余6种植物。相同铅浓度下鲁梅克斯K-1杂交酸模的抗拔力最大,远大于其它13种植物。鸭茅、虎尾草、藜、新麦草、紫苑、鬼针草、紫花苜蓿,这几种植物在低铅浓度时对土的抗拔力有明显的促进作用。因此对浅层铅污染土壤进行生物固定时,可选择固土能力较强鲁梅克斯K-1杂交酸模、藜、紫花苜蓿；在10-15 cm土层中,藜、紫花苜蓿鸭茅、新麦草其余7种植物。因此,对较深土壤进行生物固定时,可选择固土能力较强藜、紫花首蓿。
【学位单位】：山西农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2016
【中图分类】：X53;X173
【部分图文】：

反枝觉、高丹草逐渐表现出外径变细，截面积减小等明显的老化症状。??随着铅浓度的的增大，反枝巧、高丹草、紫苑最大剪应力和最大拉应力均逐渐减小，１５００??ｍｇ．ｋｇ－ｉ?铅处理下分别为?２．６、１．７、３．６Ｍｐａ?和?８．４、３．０、１１．３Ｍｐａ，都显著低于?ＣＫ〇Ｐ＜０．０５），??仅为对照的３８．８％、６８％、６０％和３５．９％、４０％、６１．１％，这表明铅显著降低了这些植物??的强度，使其更容易折断或断裂。铅胁迫下，黎、绿叶巧、红叶宽和鲁梅克斯Ｋ－１杂交??酸模的长势良好，随着铅浓度的增大，其最大剪应力和最大拉应力与ＣＫ相比均有所增??力口（图５－２，?５－３），试验铅浓度可能尚未达到产生毒害作用的阀值，反而对其茎干中纤维??素、木质素的合成起到了一定的促进作用；也可能是由于铅改变了细胞壁的结构，从而??增大了其机械支撑作用。其余７种植物的最大剪应力和最大拉应力随铅浓度的增大无显??著变化，且与ＣＫ相比差异不显著（戶＞０．０５），表明铅并没有降低这些植物抵御外界的作??用力。??

ＹＭ?２０２．＊７±１６．８ａ?２１８．３±１９．７ａ?２０７．２±３８．６ａ?２０３．４±３２．８ａ?２０７．９±７．２?３ＨＷ?２８０．４±?１５．２ａ?２８８．６±２２．６ａ?２７１．３±４８．６ａ?２６５．８±１２．６ａ?２７６．紅?１０．１?３ＬＩ?９７４．３±５０．３ａ?ｌ（ｍ．５±４０．４ａ?１０９６．８±１２７．８ａ?１０８２．４±９７．６ａ?Ｉ０４１．３±５８．２?５ＸＭ?２２０．５±２８．４ａ?２３８．２±２０．４ａ?２２２．４±３８．６ａ?２１１．７±２９．４ａ?２２３．２±Ｉ１．０?４?ＺＹ?３８８．５±６６．３ａ?３４１．４±２２．８化?３１６．站５７．８化?２５９．姑?１０．４ｂ?３：２６．４±５３．７?１ＦＺ?４８３．１±３４．６ａ?３７２．４±?巧．５?北?３６０．６±３８．２ａｂ?３０１．２±２４．化?３７９．３±７５．９?２ａ）??ＬＹ?８３１．８±?１２４．６ａ?８３６．６±Ｉ５２．１ａ?８８４．紅?５６．７ａ?８５８，６±７６．８ａ?８５２，９±２４．ｌ?２ｔｉ－??ＨＹ?７９５．９±３９．８ａ?８１５．２±４６．９ａ?８２７．虹?８６．７ａ?８５３．１±１５６．８ａ?８２３．０±２４．０?２ＣＥ?３５）６．８±５４．８ａ?３８８．１±２３．２ａ?３５？６．４±３２．８ａ?４０７．１±５７．８ａ?３９７．１±２０．３?２ｕｌ??ＧＷ?２６０．６±３１．２ａ?２６５．３±４８．６ａ?２５８．４±３３．８ａ?２４２．肚?３１．５ａ?２５６．虹?１３．０?３ＧＺ?４９９．６的?５．１ａ?５１２．２±３６．８ａ?４９６．４ｉｉ５４．３ａ?５１３．３±８７．２ａ?５０５．４±８．６?１Ｚ

图５－５?１４种植物弹性模量（ＭＰａ）??Ｆｉｇ．?５－５?Ｔｈｅ?ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ?ｍｏｄｕｌｕｓ?ｏｆ?１４?ｈｅｒｂａｃｅｏｕｓ?ｐｌａｎｔｓ?ｉｎ?出ｅ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．??由图５－４、图５－５和表５－２可Ｗ看出，随着铅浓度的增大，反枝览、高丹草、紫苑??剪切模量和弹性模量均逐渐减小，１５００ｍｇ，ｋｇ－ｉ铅处理下显著低于ＣＫ（尸＜０．０５）。这表明??铅降低了植物的抗剪、抗拉性能，这与最大剪应力和最大拉应力的结果－－致；ＣＶ％远远??大于其它１１种植物，表明铅对反枝觉、高丹草、紫苑剪切模量和弹性模量的影响远大于??其它物种。与最大剪应力和最大拉应力结果不同的是，黎、绿叶巧、红叶览和鲁梅克斯??Ｋ－１杂交酸模与其它７种植物表现的较为一致，均随着铅浓度的增大变化不大，同一植??物不同处理下ＣＶ％变幅在１．７％？４．９％，送表明１１种植物的剪切模量和弹性模量值受铅??的影响很小。剪切模量和弹性模量值越大，植物在受到外力的情况下抵抗变形的能力越??强。黎剪切模量和弹性模量为１１种植物中最高
【参考文献】

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本文编号：2838525