鄱阳湖湿地植物根表铁膜的形成及对铅的转运机制研究

发布时间：2017-09-22 09:24

  本文关键词：鄱阳湖湿地植物根表铁膜的形成及对铅的转运机制研究

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【摘要】：湿地植物根表铁膜是污染物进入植物体内的门户,对植物消减污染物起着重要作用。铁膜的形成不仅影响植物对营养元素的吸收利用,而且影响根际土壤中重金属的迁移和转化。因此,研究湿地植物根表铁膜对重金属的生物有效性、迁移、转化及其影响,对深入了解湿地植物净化土壤中重金属的内在机理有着积极的意义。为探索湖泊湿地植物根表铁膜对湿地植物富集重金属的作用,本研究以典型淡水湖泊湿地——鄱阳湖湿地为例,采用溶液培养和土-砂联合培养的试验方法,结合扫描电镜-能量色散谱(SEM-EDX)以及化学提取法(DCB法),研究鄱阳湖湿地植物根表铁膜的形成以及对铅在植物体内累积和迁移转化的影响。主要结果如下:(1)鄱阳湖湿地植物根表铁膜的含量为禾本科莎草科蓼科菊科。不同植物种类根表铁膜的含量具有显著性差异,即使是同属一科的湿地植物,其根表铁膜的含量也存在差异,如同属于莎草科的苔草根表铁膜的含量是刚毛荸荠的6倍;不同生境中,活性铁含量高的南矶山湿地植物根表铁膜量普遍高于吴城;不同季节采集三种鄱阳湖优势种群湿地植物的根表铁膜量也存在差异,11月份植物根表铁膜的含量高于4月份。(2)植物根系氧化力、溶液pH值、Fe2+浓度、培养时间、水位变化以及根系分泌物等对根表铁膜的形成具有显著影响。根系氧化力高的苔草根表铁膜的含量高于根系氧化力弱的咺草;当pH为5.5~6时,两种湿地植物铁膜含量均达到最高值;两种植物的根表铁膜都随溶液中Fe2+浓度的增加而增加,根表铁膜的量与溶液中Fe2+浓度具有显著的正相关;苔草根表铁膜的含量随诱导时间的增加呈现先升高后变缓的趋势,7 d作为苔草根表铁膜含量的最佳形成时间;随着淹水水位的增加,苔草和咺草根表铁膜的含量均有所增长,在淹水2~3 cm前根表铁膜的含量随土壤水分含量的增加而增加;根系分泌物中的草酸、苹果酸和柠檬酸等能与溶液中的Fe2+发生螯合从而降低了溶液中Fe2+浓度,减少了铁膜的含量。(3)培养时间对苔草的生长、根系氧化力、根表铁膜的含量以及铁膜的活性具有影响。苔草根表铁膜的含量随培养时间的增加呈现先上升后降低的趋势,第一周根表铁膜的生成速率最大,第三周趋于平衡,第四周开始铁膜的生成速率开始出现负值,铁膜的含量开始下降;苔草根系氧化力随培养时间呈现出先增加后降低的趋势,且低浓度的铁可以促进苔草的根系氧化力;苔草根表铁膜无定形态的铁只占铁氧化物总量的6%~18%,大部分的铁为结晶态的铁氧化物。从第五周开始,苔草根表铁膜开始出现老化现象。(4)通过电镜扫描(SEM)观察可知,苔草根表面有一层非结晶态的颗粒物沉积在表皮细胞外,但分布并不均匀。不同铁浓度水平下,铁膜的紧密程度也不一致,不加铁处理的根表铁膜比较稀疏,加铁处理的苔草,根表铁膜更密实。由能谱分析(EDX)分析得出,苔草根表铁膜主要含有C、O、Al、K、Si、Ca、Fe等,有铁膜的根表铁的含量高于无铁膜的植物根表。通过XRD分析得出,根表铁膜主要是结晶态的铁α-Fe2O3(赤铁矿)。(5)鄱阳湖湿地植物苔草和咺草根表铁膜对溶液中的铅具有吸附作用。铅在苔草和咺草中的分配为铁膜根内地上部分,约有50%~60%累积在根表铁膜中,根表提取的铅含量与根内铅含量具有显著的相关性。约90%的铅累积在根内,说明根表铁膜能够吸附铅,且在一定程度上可以抑制铅由根内向地上部分迁移。(6)鄱阳湖湿地植物苔草根表铁膜对土壤中的铅具有富集作用。苔草根表铁膜的含量受土壤中Fe2+添加量以及铁、铅交互作用的影响,但铅的添加对根表铁膜含量的影响并不显著。在铅浓度为0~100 mg·kg-1(处于鄱阳湖湿地土壤目前实际的铅浓度范围内)时,添加500 mg·kg-1的铁,苔草根表铁膜的含量可达到13.63 g·kg-1,根部铅的百分含量提高了14.95%,苔草根表铁膜促进了铅在根部的累积。苔草铅的TFroot和TFshoot在不同处理中分别为0.61~3.32和0.17~0.90,加铁处理可增加苔草铅的TFroot,降低TFshoot,铅在苔草中的DC随着铁浓度的提高而显著降低。苔草根表铁膜的存在促进了铅从苔草根表向根内迁移,而且大量富集在根内。对于鄱阳湖湿地这种低铅污染的土壤,可添加铁来增强根表对土壤中铅的吸附,促进铅由湿地土壤向苔草根系的迁移,起到净化湿地土壤重金属的作用。从而避免了湿地土壤中的重金属通过“土壤-水生生物-候鸟”生物链间接被候鸟吸收。
【关键词】：鄱阳湖 湿地植物 铁膜 重金属 铅 迁移转化 转运机制
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X173;X53
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第1章 绪论13-30
• 1.1 引言13-14
• 1.2 植物根表铁膜国内外的研究概况14-27
• 1.2.1 湿地植物根表铁膜的形成及影响因素14-18
• 1.2.2 湿地植物根表铁膜的作用机理分析18-21
• 1.2.3 湿地植物根表铁膜的环境效应研究21-25
• 1.2.4 发展趋势25-27
• 1.3 本文研究的主要内容、创新点和科学意义27-30
• 1.3.1 主要研究内容27
• 1.3.2 技术路线27-28
• 1.3.3 主要创新点和科学意义28-30
• 第2章 鄱阳湖的概况30-39
• 2.1 鄱阳湖湿地资源30-31
• 2.2 鄱阳湖的湿地植物31-37
• 2.3 鄱阳湖的土壤环境37-38
• 2.4 小结38-39
• 第3章 鄱阳湖湿地植物根表铁膜的分布特征39-48
• 3.1 材料与方法39-42
• 3.1.1 样品的采集与处理39-40
• 3.1.2 主要仪器与试剂40-41
• 3.1.3 分析测定方法41-42
• 3.1.4 数据处理42
• 3.2 结果与讨论42-47
• 3.2.1 鄱阳湖湿地植物根表铁膜的分布特征42-45
• 3.2.2 不同湿地植物根表铁膜差异分析45-47
• 3.2.3 湿地植物根表铁膜的季节变化特征分析47
• 3.3 小结47-48
• 第4章 湿地植物根表铁膜形成的影响因素分析48-64
• 4.1 试验材料与方法48-51
• 4.1.1 试验材料48-49
• 4.1.2 试验设计49-50
• 4.1.3 铁膜的提取及测定50
• 4.1.4 根系分泌物的收集及测定50
• 4.1.5 数据处理50-51
• 4.2 结果与讨论51-62
• 4.2.1 Fe~(2+)浓度对根表铁膜形成的影响51-52
• 4.2.2 植物种类对根表铁膜形成的影响52-54
• 4.2.3 培养时间对根表铁膜形成的影响54-56
• 4.2.4 pH值对根表铁膜形成的影响56-57
• 4.2.5 水位变化对湿地植物根表铁膜的影响57-58
• 4.2.6 低分子有机酸对铁膜形成的影响58-60
• 4.2.7 低分子有机酸对铁膜解析的影响60-62
• 4.3 小结62-64
• 第5章 湿地植物苔草根表铁膜的动态变化特征64-75
• 5.1 实验材料与方法64-66
• 5.1.1 实验材料64
• 5.1.2 实验设计64-65
• 5.1.3 样品测定65-66
• 5.1.4 数据处理66
• 5.2 结果与讨论66-73
• 5.2.1 根表铁膜的形成对植物生长的影响66-67
• 5.2.2 根表铁膜的形成对根系氧化力的影响67-69
• 5.2.3 根表铁膜随时间的动态变化过程69-71
• 5.2.4 根表铁膜活性变化的探讨71-73
• 5.3 小结73-75
• 第6章 湿地植物根表铁膜的SEM-EDX观察及XRD表征75-87
• 6.1 试验材料与方法75-77
• 6.1.1 试验材料75-76
• 6.1.2 盆栽试验76-77
• 6.1.3 样品测定77
• 6.1.4 数据处理77
• 6.2 结果与讨论77-85
• 6.2.1 苔草根表铁膜的形貌观察及元素分析77-83
• 6.2.2 苔草根表铁膜的矿物形态分析83-85
• 6.3 小结85-87
• 第7章 湿地植物根表铁膜对铅的转运机制87-108
• 7.1 试验材料与方法87-89
• 7.1.1 供试植物和土壤87-88
• 7.1.2 溶液培养88
• 7.1.3 盆栽试验88
• 7.1.4 样品测定88
• 7.1.5 数据处理88-89
• 7.2 结果与讨论89-107
• 7.2.1 苔草、咺草根表铁膜对溶液中铅有效性的影响89-99
• 7.2.2 苔草根表铁膜对铅在土壤-植物体系中的转运机制99-107
• 7.3 小结107-108
• 第8章 结论与展望108-112
• 8.1 研究结论108-111
• 8.1.1 鄱阳湖湿地植物根表铁膜的分布特征108
• 8.1.2 鄱阳湖湿地植物根表铁膜形成的影响因素108-109
• 8.1.3 湿地植物苔草根表铁膜的动态变化特征109-110
• 8.1.4 湿地植物根表铁膜的SEM-EDX观察及XRD表征110
• 8.1.5 湿地植物根表铁膜对铅的转运机制110-111
• 8.2 研究展望111-112
• 致谢112-113
• 参考文献113-126
• 攻读学位期间的研究成果126

【参考文献】

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本文编号：900026