含磷物質(zhì)誘導(dǎo)重金屬在水-植物根界面的遷移轉(zhuǎn)化過程.pdf

1、化學(xué)穩(wěn)定化方法作為重金屬污染土壤主要修復(fù)方法之一是向污染土壤中添加化學(xué)穩(wěn)定劑,使重金屬離子發(fā)生吸附、沉淀等穩(wěn)定化過程,從而有效降低重金屬在土壤中的迀移性和生物可利用性。含磷物質(zhì)作為此類化學(xué)穩(wěn)定劑中具有代表性的一種,可以誘導(dǎo)土壤溶液中重金屬形成穩(wěn)定的磷酸鹽沉淀。目前,關(guān)于含磷物質(zhì)修復(fù)土壤重金屬的研究主要針對單一重金屬,而實際污染以復(fù)合重金屬污染居多,因此,開展含磷物質(zhì)對復(fù)合重金屬污染土壤修復(fù)效果與機理的研究更有現(xiàn)實意義。另一方面,重金屬污

2、染土壤修復(fù)效果的評價指標之一就是重金屬的植物可利用性,那么,含磷物質(zhì)如何影響重金屬植物可利用性特別是含磷物質(zhì)怎樣引起重金屬在植物根表面的迀移轉(zhuǎn)化需要深入探討。
　　本研究采用水培實驗,以Hoagland培養(yǎng)液作為土壤溶液替代介質(zhì),選取敏感性植物小白菜CSraw/ca暴露單一重金屬Pb以及復(fù)合重金屬Pb+Cu+Zn,通過外添加磷灰石尾料(PR)、重過磷酸鈣磷肥( T S P)以及它們的混合物(P+T),研究Pb、Cu、Z n在水-植

3、物根界面的形態(tài)變化及其植物體內(nèi)的迀移過程,并用Visual-MINTEQ模型模擬含磷物質(zhì)對重金屬的影響與機理。主要結(jié)果如下:
　　(1)添加含磷物質(zhì)促進了小白菜對P的吸收,且根部的增加量多大于地上部,植物體內(nèi)吸收P的量與P材料溶解性正相關(guān),即TSP> P+T>PR。除了TSP,其它含磷處理均未影響培養(yǎng)液以及植物體內(nèi)Pb的含量,然而TSP處理卻使小白菜根部與地上部的P b分別增加了25.3％與255%,其可能的原因是可溶性的T S

4、P處理使植物吸收了過多的P形成了富P剌激,導(dǎo)致向培養(yǎng)液中釋放了大量的小分子有機物,這些有機物絡(luò)合了Pb使之迀移性大大增強,引起植物吸收了更多的Pb以“穩(wěn)定”體內(nèi)的P。XRD分析顯示不添加含磷物質(zhì)的對照處理,其培養(yǎng)液及植物根表面有氯磷酸鉛[PbKXPOACh]和羥基磷酸鉛[Pb1Q(P04)6(0H)2]沉淀生成,說明遭受P b脅迫后,植物通過根系主動向根表面及培養(yǎng)液中釋放了含磷物質(zhì)來阻擋Pb的侵入,這就造成了PR和P+T處理與對照結(jié)果相

5、同。添加含磷物質(zhì)的處理,植物根表面有更多的氯磷酸鉛和羥基磷酸鉛沉淀生成,說明外源添加的P誘導(dǎo)了更多的Pb在根表面沉淀。
　　(2)小白菜受到Pb+Cu+Zn復(fù)合脅迫時,其體內(nèi)P的含量因含磷物質(zhì)的添加而顯著增加,且根部的增加量要大于地上部。添加含磷物質(zhì)使培養(yǎng)液中Pb和C u的含量較對照組都有所下降,分別為34.7%-61.7%和13.6%-41.6%,植物地上部P b和C u的含量也有所下降,分別為21.6%-44.9%和10.5%

6、-30.02%,但根部P b和C u卻分別上升了5.87%-31.89%和5.17%-25.0%,其可能的原因是由于P誘導(dǎo)了更多的Pb和Cu富集在根部,從而使根部的Pb和Cu含量升高,但由于P與Pb在根部形成了磷酸鹽沉淀以及Cu被吸附,其向地上部分迀移的量減小,地上部Pb、Cu含量降低。對于Zn,考慮重金屬的競爭吸附與植物的選擇性吸收,其更容易被植物轉(zhuǎn)移到地上部,PR、TSP和P+T處理使地上部分Zn分別增加22.26%、12.18%和

7、1.05%。XRD分析表明對照組培養(yǎng)液及植物根表面有氯磷酸鉛[Pb1Q(P04>Cl2]和羥基磷酸鉛[Pb1Q(P04)6(0H)2]沉淀生成,說明遭受重金屬脅迫后,植物通過根系主動向根表面及培養(yǎng)液中釋放P形成難溶性磷酸鹽沉淀,阻擋重金屬的侵入,但不如單一鉛脅迫強烈。添加含磷物質(zhì)誘導(dǎo)培養(yǎng)液及植物根表面有更多氯磷酸鉛和羥基磷酸鉛沉淀生成,有助于植物體內(nèi)重金屬吸收總量下降。
　　(3) Visual-MINTEQ模型計算表明:對于單一

8、 Pb暴露,含磷物質(zhì)有效沉淀95%左右的P b并唯一生成沉淀Pb5(P04)3C l;對于復(fù)合Pb+Cu+Zn暴露,含磷物質(zhì)的添加能夠以Pb5(P04)3Cl的形式沉淀99.99%的Pb,還能以Cu3(P04)2和Zn3(P04)2:4H20的形式分別沉淀Cu和Zn。植物的存在會顯著影響這些反應(yīng),其吸附重金屬于根表面或吸收至體內(nèi),使得上述作用的主要場所由培養(yǎng)液轉(zhuǎn)移到植物根表面及體內(nèi)。實際實驗時,當植物暴露單一 Pb時,添加PR、TSP以

9、及P+T后,57.8%、55.2%以及46.6%的P b被植物吸收。當植物暴露復(fù)合Pb+Cu+Zn時,添加P R、T S P以及P+T后,55.4%、64.2%以及52%的P b被植物吸收;65.4%,64%以及55%的Cu被植物吸收;55%,46.4%以及32.9%的Zn被植物吸收。無論是對于單一 Pb添加還是復(fù)合Pb+Cu+Zn添加的培養(yǎng)液,消耗的H2P04-的量最多占到溶解總量的21.73%,培養(yǎng)液中仍然會存在有大量的h2po4-