植物修复复合污染土壤的影响因素及与纳米材料的交互作用

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随着我国经济高速的发展,环境中重金属和有机污染物的排放量长期保持比较高的水平,土壤污染也将因此趋向严重化和复杂化。重金属与持久性有机污染物(POPs)叠加形成的复合污染应该是当今经济发展快速地区陆地表层环境污染的主要特征和未来发展趋势,成为该地区函待解决的现实环境问题之一。植物修复技术能有效去除重金属和有机污染物,而受到广泛的关注。所以,系统深入地研究植物修复重金属-有机污染物复合污染土壤过程及其影响因素和强化过程,对于发展生态修复理论,修复我国重金属-有机物复合污染土壤,保障农产品安全和人体健康均具有重要意义。  本研究以孔雀草(Tagetes patula L.)修复重金属镉(Cd)-多氯联苯(PCBs)复合污染土壤为例,首先研究了Cd-PCBs复合污染条件下孔雀草对Cd的富集和对PCBs的降解能力,并以土壤类型,污染物浓度作为影响因素考察了其对修复效果的影响。其次研究了纳米材料作为强化剂对植物修复效果的影响。最后研究了其中一种强化剂氧化石墨烯(GO)与植物根系分泌物和土壤组分的交互作用。经研究发现:  土壤类型不同,植物修复效果差异明显。红壤由于其酸性强,不适于孔雀草生长和植物修复。在Cd-PCBs污染土壤上生长,孔雀草生物量由高到低:绿洲土>黑土>水稻土>潮土;孔雀草对Cd的转移系数分别为:2.14(潮土)>1.60(水稻土)>1.66(黑土)>1.16(绿洲土);土壤PCBs的去除率因含氯高低而不同,1,2Cl的多氯联苯在五种土壤中的去除率差异不明显;对于含3~5Cl的多氯联苯,红壤、潮土和绿洲土的去除率远高于水稻土和黑土。  Cd-PCBs复合污染状态下,两种污染物的浓度组合对孔雀草生物量及其对Cd转移系数影响不同,Cd的污染水平是主导因素。PCBs污染浓度不变,Cd污染浓度升高,孔雀草生物量减少,Cd转移系数降低;Cd污染浓度不变,改变PCBs污染浓度对孔雀草生物量和Cd的转移系数影响较小。  不同的纳米强化剂对植物修复的影响差异明显,高浓度纳米铁(nZVI)对孔雀草生长不利,用生物炭(Biochar)和氧化石墨烯(GO)负载后其对植物的毒性没有明显降低。氧化石墨烯(GO)作为强化剂时,孔雀草生物量增加,茎叶部和根部Cd含量提高,土壤中多氯联苯(PCBs)的去除率也较高。所以,氧化石墨烯(GO)是一种对孔雀草友好的植物修复强化剂。  氧化石墨烯(GO)可用于强化植物修复,进入土壤-植物界面,其环境行为和环境影响也发生变化。植物根系分泌物可作为配体固定在其表面,致使氧化石墨烯碳氧比升高,引入含氮和含硫官能团,结构更无序,孤对电子更多,在环境中稳定性降低。而且氧化石墨烯可以改变土壤细菌菌群的结构,菌群丰富度和多样性提高,其本身性质也在土壤中发生改变,表面吸附固定土壤中的有机小分子物质,碳氧比升高,尺寸减小,引入新的含氮官能团和新的无机元素Mg、Al、Si、K、Ca和Fe等,稳定性下降,化学活性增强。
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