论文摘要
陕西凤县作为我国四大铅锌矿基地之一,铅锌冶炼企业众多,给当地土壤环境和农业生产带来了极大的生态风险。目前,对于该地区土壤重金属污染的修复研究大多采用物理、化学方法,存在二次污染问题。植物修复技术因其经济环保而成为近年来重金属污染土壤修复的热点,但因修复植物生物量小,耐受性有限而制约了该技术的发展。植物根际促生菌（PGPR）能够分泌生长激素类物质,促进植物生长,提高重金属生物有效性,增加植物抗性,达到强化植物修复的目的。本研究采用实地调查和盆栽实验相结合的方法,首先对陕西凤县铅锌冶炼区的土壤重金属污染特征、优势植物组成和土壤微生物多样性进行调查,在此基础上,选择本土优势植物紫花苜蓿和超富集植物东南景天作为修复植物,并接种紫金牛叶杆菌（Phyllobacterium myrsinacearum RC6b）作为根际促生菌强化植物修复效果,采用单种和混种两种模式进行为期1年的盆栽修复实验。分析了促生菌RC6b对植物生长情况、重金属提取效率、根际土壤生态环境和植物生理生化特性四方面的影响,探讨了促生菌强化植物修复的效果及其机理,旨在为凤县铅锌冶炼区重金属污染土壤治理提供理论依据和技术指导。主要研究结论如下:（1）凤县铅锌冶炼区土壤中Pb、Cd、Cu、Zn的平均含量分别为380.47 mg·kg-1、11.72 mg·kg-1、56.07 mg·kg-1和535.23 mg·kg-1,Cd达到重度污染,Pb达到中度污染,Zn达到轻度污染,Cu无污染;冶炼区土壤重金属污染呈现距离冶炼厂越近,污染越严重的特征,冶炼厂东部污染程度高于西部,冶炼厂排放的烟尘是土壤重金属污染的主要来源。BCR形态分析结果显示,Pb、Cd、Cu、Zn四种重金属元素均以残渣态比例最高（34.4545.98%）,其次为可氧化态（27.4530.57%）,再次为可还原态（17.6323.61%）,可交换态比例最低（6.8014.41%）,土壤有机质和pH值对土壤重金属形态分布的影响较大。（2）凤县铅锌冶炼区共筛选出26种优势植物,以菊科和禾本科为主,优势植物对Cd和Zn的富集系数和转运系数普遍高于Pb和Cu,其中,紫花苜蓿、黑麦草、青蒿和羽叶鬼针草对Pb、Cd、Zn富集能力较强,具有植物修复潜力;采用高通量测序技术对凤县铅锌冶炼区土壤的微生物群落进行分析,结果表明:在门水平上,细菌群落中变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和放线菌门（Actinobacteria）为优势菌群,真菌群落中子囊菌门（Ascomycota）、被孢霉菌门（Mortierellomycota）和壶菌门（Chytridiomycota）为优势菌群。土壤重金属对细菌群落多样性的影响强于对真菌群落多样性的影响。（3）通过盆栽实验,研究了促生菌RC6b对植物生长和重金属提取效果的影响,结果表明:接种促生菌RC6b后,紫花苜蓿和东南景天的生物量均显著提高（P<0.05）,两种植物茎叶部干重分别增加18.8925.39%和17.1819.93%;接种促生菌RC6b后,紫花苜蓿和东南景天体内Pb、Cd、Zn的含量均显著提高（P<0.05）,紫花苜蓿茎叶部分别增加14.0821.16%（Pb）、16.3326.47%（Cd）和25.3530.24%（Zn）,东南景天茎叶部分别增加23.2424.38%（Pb）、22.7527.20%（Cd）和33.3834.09%（Zn）;两种植物混种并接种促生菌RC6b对土壤中Pb、Cd、Zn的去除效果最好,与未接种RC6b相比,去除率分别提高19.64%、46.30%和60.94%,但促生菌对Cu的提取效果没有明显改善。（4）研究了促生菌RC6b对植物根际土壤生态环境的影响,结果表明:接种促生菌RC6b后,根际土壤中有效氮、有效磷含量均显著提高（P<0.05）,有效钾含量略有提高,三者平均增幅19.73%。根际土壤脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶的活性均显著提高（P<0.05）,平均增幅33.26%,土壤酶活性与土壤有效氮、有效磷及有效钾之间呈显著正相关关系,酶活性的增强促进了土壤养分的改善,增强了土壤微生物的代谢活性,但微生物数量增加不明显;接种促生菌RC6b后,根际土壤Cd和Zn的可交换态、可还原态含量显著提高（P<0.05）,可氧化态和残渣态含量显著下降（P<0.05）,Cd和Zn的生物有效性明显提高,促进了植物对这两种重金属的吸收和积累。（5）研究了促生菌RC6b对植物生理生化特征的影响,结果表明:接种促生菌RC6b后,显著提高了紫花苜蓿和东南景天的叶绿素含量（P<0.05）,但对两种植物抗氧化性能的影响有差异,东南景天茎叶部和根部的MDA、O2-·和H2O2含量均显著降低（P<0.05）,抗氧化物酶SOD、POD、CAT和APX的含量均显著增加（P<0.05）,促生菌RC6b能有效缓解重金属对东南景天的胁迫,提高其抗氧化性能;接种促生菌RC6b后,紫花苜蓿茎叶部和根部的O2-·和H2O2含量均不同程度升高,茎叶部SOD、POD和CAT的含量均显著增高（P<0.05）,APX含量显著下降（P<0.05）,促生菌RC6b未能明显缓解重金属对紫花苜蓿的胁迫,这种差异可能与植物自身的重金属耐受性有关。（6）对比紫花苜蓿、东南景天各自单种与混种之间的差异,结果表明,混种后两种植物的生物量均出现下降,降幅为3.128.20%。紫花苜蓿体内Cd和Zn含量显著下降（P<0.05）,茎叶部降幅超过40%,根部降幅超过20%,而东南景天体内Cd和Zn含量的变化不大;两种植物混种后,紫花苜蓿茎叶部和根部的MDA、O2-·和H2O2含量均显著下降（P<0.05）,茎叶部SOD、POD、CAT和APX含量均显著下降（P<0.05）,超富集植物东南景天在根际范围内对Cd和Zn的竞争性吸收,有效缓解了重金属对紫花苜蓿的胁迫。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 刘智峰
导师: 呼世斌
关键词: 铅锌冶炼厂,土壤,重金属,植物修复,根际促生菌,紫花苜蓿,东南景天
来源: 西北农林科技大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑
专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用
单位: 西北农林科技大学
基金: “863”国家高技术研究发展计划(编号:2012AA101404-4)
分类号: X53;X17
总页数: 151
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