三维电场强化博落回修复铀污染土壤试验研究

通过盆栽试验研究了三维电场对博落回修复铀污染土壤性能的强化作用。结果表明:与二维电场相比,三维电场与博落回耦合可使博落回地上和地下部分铀质量分数分别提高17.14%和43.3%,干生物量分别提高40.4%和37.6%,土壤中可交换态铀石比提高10百分点,改变了博落回体内铀的亚细胞分布,增加了铀在博落回体内的积累,促进铀向博落回细胞器内转移,其中茎部铀的转移更为明显。三维电场可进一步强化博落回对铀污染土壤的修复作用,是一种具有潜在应用前景的强化植物修复方法。

修复铀污染土壤超积累植物的筛选及积累特征研究

采用土壤盆栽试验,以十字花科、锦葵科、菊科共十种植物为研究材料,在100mg/kg铀浓度土壤环境中培养55d后收割,采用ICP-AES分析方法测定植物地上部分和根部铀的含量。结果表明:试验的十种植物中,特选榨菜地上部分铀含量最高(1115mg/kg干重),艾蒿地上部分铀提取量最大(1113μg/盆);泡青菜和特选榨菜地上部分铀含量高于根部,迁移系数、生物富集系数均大于1,这两种植物地上部分均有较高的铀提取量,适合推荐作为铀超积累植物进行植物修复。

特选榨菜对铀污染土壤的修复评价

本文通过两种不同的加铀方式,加入不同种类及浓度的螯合剂,以及土壤改良剂(有机肥、微生物肥料、腐殖酸、尿素)的方法,研究了不同因素对特选榨菜修复铀污染土壤的影响。结果表明:在pH=5时把UO_2(NO_3)_2·6H_2O溶液喷洒入土壤,使土壤中铀污染浓度为100 mg·kg^(-1)时,特选榨菜地上部铀富集的浓度最大可以达到1103.42 mg·kg^(-1),根部为1909.49 mg·kg^(-1),去除率为7.81%;上述含铀土壤放置2年后制备成模拟铀污染的土壤,进而栽种特选榨菜进行修复,在100 mg·kg^(-1)铀污染浓度下,植物上部铀富集浓度最大为295.83 mg·kg^(-1),根部为268.42 mg·kg^(-1),年去除率为2.52%。用Tessier五步连续提取法测定两次修复土壤中铀的形态,发现模拟铀污染土壤比铀喷洒于土壤中有效态的铀(交换态和碳酸盐结合态)要低52.7%;加入柠檬酸、苹果酸等螯合剂以及有机肥、微生物肥料、腐殖酸、尿素等土壤改良剂,在模拟铀污染土壤修复时发现有机肥会降低植物上部对铀的富集;而柠檬酸和微生物肥会增强植物上部对铀的富集。

交流电场与Fusarium sp.A-2耦合对博落回修复铀污染土壤的强化作用

通过盆栽试验研究了交流电场(AC)与Fusarium sp.A-2(A-2)真菌耦合对博落回(P)的生物量、富集铀(U)性能、酶活性以及根际土壤中有机酸含量、生物可利用态铀、根际微生物群落结构的影响.结果表明,在铀(U)污染土壤中,与AC+P+U、A-2+P+U和P+U相比,AC+A-2+P+U组博落回的鲜重、株高、总干重分别升高了10.67%~45.76%、26.87%~92.02%和61.99%~159.98%;总超氧化物歧化酶(T-SOD)和过氧化氢酶(CAT)含量分别提高了41.24%~133%和15.35%~63.63%;根际土壤中草酸显著增加了13.03%~157.09%;与A-2+P+U和P+U组相比,AC+A-2+P+U组土壤中生物可利用态铀分别提高了12.5%和28.57%.在AC+A-2+P+U组,植物根际土壤中存在大量的镰刀型菌(Fusarium)真菌属和酸杆菌属(Acidobacteria)等细菌菌属,且镰刀型菌属(Fusarium)占比最高,与AC+P+U、A-2+P+U、P+U和A-2+U组相比,Fusarium分别提高了16.67%、81.03%、299.23%和374.47%.AC和A-2耦合强化博落回修复铀污染土壤的可能机理包括AC提高了铀在土壤中的流动性,增加了植物根部与铀的接触,促进了铀的富集;AC刺激了博落回的生理活性,增大了博落回的生物量,提高了抗氧化酶活性,使博落回对铀的耐受性增强;AC刺激了A-2真菌和酸杆菌属(Acidobacteria)的生长,使其比例增大,从而产生大量的有机酸,与铀形成螯合物,降低了铀对植物的胁迫作用,提高了生物可利用态铀的占比,促进了博落回对铀的富集.AC与A-2真菌耦合对P修复铀污染土壤有显著的强化作用,是一种有潜在应用前景的强化方法.

施用微量元素对菊苣修复铀污染土壤的影响

为了探究施用微量元素对植物修复铀污染土壤的影响,在0、50、100、150 mg·kg^(-1)铀污染土壤中,分别单独施用土壤背景值含量0、1倍和5倍的Mn、Zn、Cu、Mo、B,并测定菊苣实生苗和再生苗植株干重、植株铀含量和铀富集量。结果表明,在铀污染土壤中单独施用Mn、Zn、Cu、Mo、B后,降低了菊苣实生苗植株干重,也降低再生苗植株干重(Zn除外)。在50、100 mg·kg^(-1)铀污染土壤中,每千克土壤施用50 mg B,平均增加菊苣实生苗植株铀含量129.8%,平均增加菊苣实生苗植株铀积累量77.0%;在50 mg·kg^(-1)铀污染土壤中,每千克土壤施用50 mg B,增加菊苣再生苗植株铀含量80.1%,增加再生苗植株铀积累量17.87%。因此,在中低浓度铀污染土壤,施用适量的B肥,可以提高菊苣植株铀含量和铀积累量。本研究为提高铀污染土壤的植物修复效率提供了理论依据。

黑麦草和小白菜间作强化修复铀污染土壤的动态特征研究

以矿区铀污染土壤为研究对象,选取黑麦草与小白菜进行间作处理,通过盆栽模拟试验,探究植物间作对土壤铀的动态吸收特征以及间作体系中植物根系对根际土壤有机酸种类和含量的影响。结果表明,在植物生长的不同阶段采样,间作模式下黑麦草和小白菜的地上部生物量均在接近收获期的第7周和第6周达到最大值,分别为562.577和344.507mg/盆;在生长的中后期,黑麦草和小白菜的地上部和根部铀累积量也达到最大值,分别为142.969和65.727g/盆;间作模式下黑麦草和小白菜根际土壤铀含量在不同收获时间下存在显著性差异,在生长期的前4周,根际土壤铀含量下降速度缓慢,从第5周开始,根际土壤铀含量呈显著下降趋势,在接近收获期分别降至为124.5和145.167mg/kg,较生长初期降低了40%左右;黑麦草和小白菜在间作模式下根际土壤中有机酸的种类均多于其它处理组;间作黑麦草和小白菜地上部和根部铀含量与根际土壤微环境中主要指标之间均呈正相关关系。

不同牧草在铀胁迫下生长及铀富集的比较研究

为考察牧草在铀污染土壤植物修复中的潜在应用价值,对24种牧草进行铀胁迫下的种子萌发分析,再通过盆栽措施考察优势牧草在铀胁迫下的苗期生长及铀富集情况。结果表明,有7种牧草种子在铀胁迫下具有较好的发芽能力,<50 mg·L^(-1)铀对种子萌发具有一定的促进作用,>100 mg·L^(-1)则有明显的抑制作用。不同铀浓度条件下牧草各品种之间的生长差异显著。通过对牧草苗期的铀富集情况分析,发现在150 mg·kg^(-1)和50 mg·kg^(-1)铀胁迫下,单盆铀富集量较大的分别为多花黑麦草(10.36 mg·pot^(-1))和单年生黑麦草(3.58 mg·pot^(-1));多花黑麦草在100 mg·kg^(-1)铀胁迫下的转移系数最高(0.87),而苏丹草在各浓度铀胁迫下的转移系数相对较低。因此,针对不同情况铀污染土壤可选用不同牧草进行生态修复。本研究为铀污染土壤的生物治理提供了新的资源和理论依据。

黑麦草修复铀污染土壤的根际效应分析

选取黑麦草作为供试植物,通过模拟根箱栽培试验,探究在不同外源铀下黑麦草修复铀污染土壤的根际效应。研究结果表明:黑麦草植株地上部和根部铀含量直接受外源铀浓度影响,黑麦草地上部分和根部富集系数均大于1,但转运系数均小于1,黑麦草主要将铀富集在根部,同时,土壤铀含量达到一定水平会抑制黑麦草的生长导致其生物量降低。根际土壤与非根际土壤中铀主要以惰性铀的形式存在。随着土壤铀浓度的增加,根际处惰性铀的含量明显低于非根际处,这表明根际土壤对惰性铀具有活化作用,植物根系分泌物促进惰性铀的转化,将惰性铀转化为可被植物吸收的活性铀或潜在活性铀。

铀矿山污染土壤的分布特征和植物修复研究评述

近年来随着核工业的发展和核能的应用,铀污染土壤问题逐渐引起人们的重视。与此同时,物理、化学、生物等土壤污染修复技术也得到快速发展,其中植物修复以其绿色环保、成本较低、无二次污染、可大面积修复等优点被广泛应用于铀污染土壤修复。综述我国部分铀矿山铀污染土壤的分布特征及植物修复、螯合剂-植物修复、植物-微生物修复四方面研究进展,并对螯合剂增强植物-微生物联合技术进行讨论与展望。

铀污染土壤生物修复的研究进展

放射性核素铀及其衰变产物引起的土壤环境污染是一个全球性的环境问题,采用合理的技术手段修复铀污染土壤具有重要的意义。生物修复具有高效、安全、廉价和对环境友好等特点,被称为环境友好替代技术。本文简要介绍了土壤铀污染的主要来源,综述了铀污染土壤生物修复的最新研究进展,包括铀污染土壤植物修复、微生物修复和植物联合微生物修复,最后对该领域未来的发展方向提出了建议。

植物对土壤中铀的吸收与富集

核工业发展导致重金属铀排放和扩散,并造成了地表土壤的污染,对人类的生存环境产生了极其不利的影响。如何修复铀污染土壤成为亟待解决的问题。近年来发展起来的植物修复技术以其成本低廉、安全和环保的特点成为修复铀污染土壤的新选择。寻找理想的铀富集植物是这一技术的基础和关键。该文通过实验模拟铀污染的土壤(土壤中铀的浓度为100 mg.kg–1),进行一次和二次铀污染土壤的植物修复后,从4个方面对植物修复铀污染土壤效果进行评估,即富集铀的浓度、生物提取量、生物富集系数(BFS)和转运系数(TFS)。实验结果表明:第1次修复时,四季香油麦菜(Lactuca dolichophylla)地上部富集铀的浓度为1.67×103 mg.kg–1,生物富集系数和转移系数均大于3;第2次修复时,麦冬(Ophiopogon japoni-cus)富集铀的浓度与第1次修复相比变化不大,而吊兰(Chlorophytum comosum)、四季豆(Phaseolus vulgaris)和艾蒿(Artemisia lavandulaefolia)富集铀的浓度与第1次修复相比均减少4–8倍;施加土壤改良剂鸡粪肥、海藻肥和柠檬酸后发现海藻肥和柠檬酸能够增强植物对铀污染土壤的修复;对两次修复土壤中铀的形态进行对比分析,发现二次修复时土壤中生物有效态铀的含量降低,造成第2次修复的难度增加。

铀胁迫对植物光合特性的影响及植物对铀的吸收转移

在铀污染土壤的二次修复中,采用7科12种植物,研究铀胁迫对植物光合作用、叶绿素荧光特性的影响以及植物对铀的吸收、富集情况,为铀污染土壤的植物修复提供理论和方法依据。结果表明:(1)铀胁迫显著影响红圆叶苋、苍耳、美洲商陆、刺天茄和苘麻5种植物的光合效率,具体表现为叶片净光合速率(Pn)降低,胞间CO2浓度(Ci)增加,初始荧光(F0)增加,光系统II最大光化学效率(Fv/Fm)、光化学猝灭(qP)和最大相对电子传递速率(rETRmaxr)降低;而反枝苋、菊苣、鬼针草、向日葵和牛皮菜则对铀胁迫表现出较好的耐性。(2)酸模、鬼针草、苍耳和向日葵吸收富集铀的能力较强,在铀含量为485 mg/kg的二次修复土壤中生长3个月,体内积累的铀含量分别为363.57、91.87、75.80和65.42 mg/kg;而反枝苋、牛皮菜和美洲商陆吸收富集铀的能力较弱,体内的铀含量分别为16.20、15.11和12.36 mg/kg。(3)铀在植物体内的转移能力较差,器官间的铀富集能力一般表现为根>叶>茎>果。综合比较而言,酸模、向日葵和鬼针草对铀的耐性较强、体内铀含量高,可作为铀污染土壤二次修复植物。