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安徽省铜陵矿集区是长江中下游成矿带中最重要的矿集区之一。该区金属矿产资源开发利用导致土壤重金属污染问题日益凸现,已对周边生态环境、食品安全和人体健康构成威胁,进行污染土壤修复已成为金属矿区生态恢复的重要工作内容。植物修复技术以其安全、成本低、生态协调及环境美化功能等优点成为污染土壤治理行之有效的方法之一,引起了国内外学者的高度关注。但在天然条件下重金属元素耐性/超积累植物存在生物量低,修复效率低等缺点,因此寻找一条既可提高植物修复效率、又能改善土壤环境的强化植物修复途径,将具有重要的理论意义和实践意义。
本论文选用从铜陵新桥矿区土壤分离的Cu耐性微生物一类芽孢杆菌(Cohnella.sp)、针铁矿及铜耐性植物鸭跖草,采用静态培养实验和盆栽实验,研究了类芽孢杆菌-针铁矿-鸭跖草联合强化植物修复技术在Cu污染土壤治理中的可行性。主要研究成果如下:
通过研究类芽孢杆菌(Cohnella.sp)、类芽孢杆菌.针铁矿复合物吸附Cu2+前后的红外谱图,表明类芽孢杆菌的羟基、羰基和酰胺基是Cu2+的主要吸附点;类芽孢杆菌与针铁矿复合物所含的羟基官能团是Cu2+的主要吸附点。
采用静态培养实验,利用Tessier五步连续提取技术,分别研究类芽孢杆菌、类芽孢杆菌与针铁矿交互作用对土壤中Cu元素形态的影响。结果表明,类芽孢杆菌可以降低土壤溶液pH值,可交换态、有机结合态Cu的比例增加,而碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和残渣态Cu的比例降低,土壤重金属Cu生物有效性增加。相比类芽孢杆菌处理,类芽孢杆菌-针铁矿处理,使得可交换态Cu的量减少了降低了土壤Cu的生物有效性。
利用盆栽试验分别研究了类芽孢杆菌、针铁矿及类芽孢杆菌-针铁矿对鸭跖草根际根际土壤Cu化学形态、鸭跖草生物量及其Cu富集能力的影响。结果表明,类芽孢杆菌增加了鸭跖草根际土壤Cu的生物有效性,提高了鸭跖草的生物量及其对Cu的富集能力;针铁矿降低了Cu的生物有效性及鸭跖草生物量,但提高了单位重量鸭跖草对Cu富集;类芽孢杆菌-针铁矿联合作用增加了鸭跖草根际土壤Cu的生物有效性,明显提高了鸭跖草的生物量及其对Cu的富集能力。在所有处理中,类芽孢杆菌-针铁矿-鸭跖草对土壤Cu的处理效果最好,类芽孢杆菌-针铁矿-鸭跖草强化植物技术可以适用于矿区Cu污染土壤。