铅污染土壤的植物修复大豆l

文摘

一项研究旨在评估的phytoextraction潜力大豆l .铅(Pb)。锅进行了实验。可行的种子被种植在5公斤的土壤放置在每个塑料罐都有0 ppm(控制),5 ppm, 10 ppm, 15 ppm,分别20 ppm和25 ppm的铅。该研究进行了一段在自然条件下12周。土壤理化性质测定用标准的方法。结果表明,pH值、磷和水分含量增加而氮和有机碳含量减少土壤污染整治大豆l .相比于未受污染的土壤。植物的叶、茎、种子和根对铅吸收12周后进行了分析。植物吸收铅的大量集中在上面的植物的种子(4.2毫克/公斤),茎(1.37毫克/公斤)和叶(3.37毫克/公斤),而在根浓度(1.53毫克/公斤)。植物的phytoextraction能力评估的生物浓缩因子(供应量)和易位因子(TF)。这是观察到的水平Pb在12周后的“根与芽”表明,更多的可利用的Pb池内进行从根到种子,叶子和茎的秩序。获得的结果表明,植物phytoextraction能力和可用于恢复土壤铅污染了。

1。介绍

重金属,尤其是铅、主要环境污染物对环境构成严重的威胁,人类和动物健康1]。重金属污染土壤环境发生了几个世纪,但其程度显著增加了在过去的五十年中由于技术发展和增加消费者的使用材料包含这些金属(2,3]。

污染土壤的铅发生通过与废水灌溉,处置固体废物包括污水污泥、车辆尾气,工业活动4]。重金属通常可以被引入到环境中,因此生物通过空气、水、食物,或土壤(5,6]。然而,浓度和再集中的程度取决于类型的重金属和活动发生在一个特定的区域。在尼日利亚今天几个方面确定了特定的重金属可以通过它传播生活的物种。连续使用的含铅汽油大大促进了儿童铅中毒的病例数。含铅汽油在尼日利亚含铅的浓度范围0.65 ~ 0.74 g / L,和清洁空气行动提出减少浓度0.15 g / L,最后为零水平。然而,众多研究表明,主动权就在纸上(7)由于政府的过失。后果十分严重的环境问题。在含铅汽油的燃烧引擎,有机铅氧化铅粉。形成的氧化铅与卤素运营商反应生成铅PbCl卤化物₂,PbBr₂或PbClBr,逃逸到空气中通过车辆排气管。约80%的汽油中的铅被发现逃跑。

汽车排放的铅污染尼日利亚已被广泛研究和记录。Nriagua et al。8)87年1 - 6岁儿童血铅水平调查从卡杜纳,尼日利亚。平均10.6μg / dL被发现,一些孩子30μg / dL。值超过允许的最大限制为10μg / dL推荐的疾病控制中心(CDC)和线性相关的距离的房子从高贩卖道路,以及是否一个家庭拥有一辆车。

21世纪初,联邦环境保护局(FEPA)尼日利亚检查土壤中铅浓度的道路,市场,和运动公园的一些大城市在尼日利亚:拉各斯,阿坝,阿布贾,伊巴丹,卡杜纳,哈科特港。研究显示浓度升高和健康威胁。高度贩卖城市拉各斯、伊巴丹和卡杜纳记录最高的铅水平(24.9 - -121.61、22.41 - -121.61和14.40 - -126.91毫克/公斤,职责)。同样,bloom et al。9]报道高铅的污染程度在不同样本伊巴丹和拉各斯。其他人为来源包括采矿和冶金行业和生产电池、床单、弹药、管、电缆护板、焊接、圣人,和垃圾焚烧。暴露的主要途径为人们总体的食品和饮用水中的铅污染,工作,和手口活动的儿童生活在污染的环境和产业工人的铅尘带回家的衣服和鞋子。含铅油漆是最常见的高剂量的铅暴露来源学校和学龄前儿童。他们中的大多数含有高达50%的铅的形式硫化铅(PbS)。装修时孩子可以严重铅毒,造型和建筑活动发生在一所房子或类,含铅油漆。吸入或吞咽的碎片的油漆在正常打造成儿童体内的金属的积累。

赞法拉铅中毒是最严重的和最近的重金属发病率尼日利亚记录,夺去了超过500名儿童的生命在2010年七个月。在1月和7月之间,非法矿工从七个村庄Bukkuyum和树胶扎姆法拉州地方政府将岩石含金矿石带入农村小规模采矿作业;然而,村民也不知道矿石含有极高浓度的铅。村庄内的矿石被化合物,铅尘传播到整个社区。这些导致许多村民的死亡,主要是孩子(10]。

无机污染物的主要组件是重金属,因为它们比有机污染物提供一个不同的问题。土壤微生物能降解有机污染物,但金属需要固定或物理删除11]。尽管如此,许多金属是必不可少的,所有的金属毒性浓度更高,因为他们形成自由基引起的氧化应激。金属可能有毒的另一个原因是,他们可以替代基本金属颜料或酶破坏其功能。因此,金属呈现土地不适合植物生长和破坏生物多样性。虽然已经实现了一些监管措施,以减少或限制的释放污染物在土壤中,它们不能满足检查污染。

传统的重金属土壤修复技术成本高,可能会造成二次污染。一系列的方法是练习为了收回土地被铅污染的(1]。植物修复是新发展的科学和技术领域清理污染土壤、水、空气(12]。它可能被定义为使用绿色植物移除,破坏,或从环境中吸收有害物质。植物修复可以提供一个具有成本效益的,持久的美学修复受污染的网站解决方案(13,14]。植物修复为其提供最环保的方法修复(1]。

因此,植物修复是被用来修复被污染的土壤。植物修复是更加经济可行的和不破坏环境,不涉及等待新厂社区网站开拓殖民地等(11]。精心挑选的热带植物,可能有能力修复土壤中的铅被选在目前的研究。这种植物是大豆l .(大豆)。它是一种豆科植物,因此修复土壤中氮的额外优势。本研究的目的是评估的潜力大豆l .补救(具有)铅污染的土壤中不同浓度的铅。

2。材料和方法

2.1。收集和处理样品

土壤样本用于本研究收集到的深度0-20厘米内联邦理工大学,明娜、尼日利亚和塑料罐运到初步和官方外研究中心(cp)的花园。土壤样本风干和presieved 2毫米直径的网格。用于研究土壤的物理化学性质如表所示1。的分类学分类实验土壤壤质砂土与pH值为6.60。成熟的种子大豆l .(大豆)收集在吴市市场,明娜,尼日尔州,尼日利亚。当地的种子被使用,因为他们有可能承受不利的气候条件和本地环境和他们容易适应恶劣的环境条件最转基因的可能。

2.2。制备重金属污染物

主要是添加到土壤硝酸铅(Pb(3号)₂和1.599 g (Pb(3号)₂在1000毫升蒸馏水溶解使股票的解决方案5,10、15、20、25毫升。这些不同的浓度从股票的解决方案被测量到100毫升容量量筒和由马克给5 ppm, 10 ppm, 15 ppm, 20 ppm, 25 ppm, 0 ppm(控制)金属浓度。土壤就被掺入了不同浓度的铅和彻底混合15]。

2.3。实验设计和治疗

这项研究是一个盆栽试验进行初步和官方外研究中心的联邦理工大学(cp)的花园,明娜,尼日利亚。

设置是完全随机设计和治疗重复三次。实验罐满是5公斤铅污染土壤的不同浓度的铅污染物,presieved 2毫米筛分粒度。种子(8每锅种子,发芽后减少到4)在每个壶。植物种植灌溉了200毫升(每锅)自来水的日常和抽样的植物监测金属吸收和土壤残留金属内容是种植12周后完成的。

2.4。分析的铅

种植12周后,所有的植物都收获分别根据土壤处理,分为四部分,即根、种子、茎和叶。每个治疗汇集在一起的3复制给每个治疗的混合样品。水消除土壤的植物被清洗污垢,可能的寄生虫或虫卵,最后用去离子水16]。每个子样品烘干的24小时的70°C。酸消化法Yusuf et al。16)是用于建立植物样品的消化。1 g的每一个重为50毫升容量烧杯,紧随其后的是添加10毫升的混合物的分析级酸:HNO₃;H₂所以₄;HClO₄比1:1:1。包含样本覆盖着看眼镜的烧杯,留下过夜。消化是在70°C的温度,直到大约4毫升的烧杯。然后,进一步10毫升的酸的混合物是补充道。这种混合物被允许蒸发的体积大约4毫升。冷却后,解决方案是过滤去除少量的蜡状固体,由最后一卷50毫升蒸馏水。

铅浓度测定用原子吸收分光光度计(AAS)、Accusys 211年,巴克科学,美国。

2.5。测定生物浓缩和易位因子

生物浓缩因子(供应量)和易位因子(TF)的计算使用公式Yadav et al。17]

2.6。统计分析的数据

使用SPSS统计分析(版本20)。重金属浓度的差异被发现使用单向方差分析,其次是多个比较使用邓肯测试。显著性水平(研究中使用。

3所示。结果与讨论

表212周后显示了土壤的理化性质的植物修复研究。高pH值范围内的土壤通常是由FEPA建立土壤(18]。植物收获后土壤的pH值(7.07)高于未被污染的土壤的pH值(6.60)可能;这可能是由于存在铅污染土壤中的污染物。

土壤pH值中扮演一个重要的角色在重金属的吸附;它控制的溶解度和水解金属氢氧化物、碳酸盐和磷酸盐也影响离子对形成和溶解性有机物,以及表面电荷的铁、锰、Al-oxides、有机质、粘土边缘(19]。这些表明,金属吸收受到土壤因素的影响包括pH值、有机质、阳离子交换能力以及植物种类,种植,和年龄。土壤中重金属的迁移和可用性一般都较低,尤其是当土壤pH值高,粘土和有机物(20.,21]。

播种(表前的未受污染的土壤1)有机碳(8.85%)高于1.25%(表的污染土壤2)。有轻微的减少含氮量在磷在土壤污染高于未受污染的土壤。未受污染的土壤在播下种子0.17,0.05,1.36和2.24 cmol Na /公斤⁺K⁺、镁^{2 +},Ca^{2 +}分别在0.14,0.06,1.04,和4.00 cmol /公斤观察Na⁺K⁺、镁^{2 +},Ca^{2 +}分别在收获后污染土壤的植物。当与其他阳离子相比,Ca^{2 +}价值最高的2.24和4.00 cmol /公斤和未受污染的污染土壤,分别。(增加或减少在土壤属性的差异)观察到的可能是由于铅添加到土壤中。《突袭和尚德22)报道,铅(添加到土壤时)也可以改变土壤属性和数据研究有毒重金属对土壤的影响已经被用于建立土壤重金属的浓度影响生物过程用于监管目的根据马毛绳等。23]。土壤中金属的生物利用度是一个动态的过程,取决于特定的组合化学、生物和环境因素。

3.1。土壤中铅含量矫正g·马克斯l

图1显示了未受污染的土壤中铅的浓度,铅污染土壤污染,三天后和修复后的残余土壤样本大豆l

铅中没有检测到未受污染的土壤用于铅污染实验但3天后,种植前铅浓度测定和记录。土壤中铅的浓度记录3天,12周后的补救不到引入土壤铅的浓度在各自治疗(图1)。这可能是由于均匀分布的铅在土壤中。收获后的植物,土壤中的铅被检测到。发现0.30,0.17,0.30,0.43,和2.13毫克/公斤残留铅在土壤中发现处理5、10、15、20、25 ppm的铅。这表明,大部分的铅被撤的土壤可以追溯到phytoextraction潜力所使用的植物。它也可能是可能的,一些领导可能会逃到大气中。构成(24)报道,重金属(当拖洗地板植物)有能力逃避到大气中这可能是符合这一发现。

3.2。铅浓度g·马克斯l .组织

图2揭示了铅浓度在不同的隔间g·马克斯l .经过12周的植物修复。有高含量(与他人比较时4.2毫克/公斤)的铅的种子大豆l .收获从铅污染土壤后12周和浓度对应内容的处理土壤。

在铅污染土壤种植g·马克斯l,the concentrations of Pb after 12 weeks for leaves compartment were 0.30, 1.30, 0.40, 0.47, and 0.90 mg/kg, roots, 0.33, 0.23, 0.27, 0.27, and 0.43 mg/kg, and seeds 0.17, 0.20, 0.60, 1.53, and 1.70 mg/kg while 0.37, 0.40, 0.37, 0.10, and 0.13 mg/kg were observed in the stems at 5, 10, 15, 20, and 25 ppm, respectively (Figure2)。结果表明,g·马克斯l .抹去大量的铅浓度相比,地上部生物量浓度的根源。结果还显示,在12周期间,种子有铅的浓度最高,其次为叶,根和茎的顺序。种子的Pb含量高(4.2毫克/公斤)是由于土壤中的铅的高可用性,因为根据他们的可用性植物吸收金属在土壤中。这种关系被称为线性Benzarti et al。(25]。

黄和坎宁安(26和Blaylock et al。27]发现植物可以删除Pb 180至530公斤/公顷/年,做出补救的网站可能含有2500毫克/公斤不到10年。这意味着大约250毫克/公斤可以删除一年平均4周的21个毫克/公斤。价值远远低于铅浓度观测采样周期的末尾(12周)g·马克斯l .这表明这种植物有效吸收铅污染土壤。自的种子g·马克斯l具有相当高浓度的铅12周后,这意味着工厂的效率在清理被污染的土壤和最后阶段的后期生长。因此,这种植物应该收获在这一时期有效结果。植物(g·马克斯l .)有潜在的积累重金属,可能会选择性地用于phytoextraction金属污染土壤。根据新兴技术的植物修复土壤中金属(ETPMS) [28),phytoextraction是植物吸收的能力,集中注意力,从被污染的土壤和有毒金属沉淀到地上部生物量(芽、叶、茎和种子)。

表3显示了生物浓缩因子(供应量)和易位因子(TF)的铅大豆l .易位因子是衡量植物的能力转移积累金属从“根与芽”。它是由金属的浓度之比拍摄的根(29日]。

最高的供应量是记录在土壤污染10 ppm Pb。这可能是由于这样的事实,在适度低浓度的铅在土壤、植物往往比高积累更多的金属浓度(25),而最低的是记录在土壤污染25 ppm。最高的TF茎和叶也记录在土壤污染与10 ppm Pb 1.74和5.65,分别。TF在种子值最高的土壤污染20 ppm(表中记录3)。没有显著差异TF Pb的茎、叶,和种子g·马克斯l在显著性水平。本研究的结果同意这项研究由贝克(30.]表明,植物物种可能有效和选择性作为蓄电池及指标。这些发现类似的其他研究表明总金属浓度对植物很好的预测金属的可用性(31日,32]。

植物积累重金属的能力受污染的土壤为评估的,据研究Yadav et al。17]。本研究认为,植物与供应量预计值> 1是蓄电池,而植物供应量预计值< 1排除器(30.]。此外,植物被列为潜在hyperaccumulators如果供应量预计值> 10 [13,14]。这项研究的结果显示,g·马克斯l . 10 ppm 15 ppm, 20 ppm浓度供应量预计值> 1,表明植物有潜力作为铅蓄电池,在5 ppm和25 ppm植物供应量预计值< 1 Pb(表3)。phytoextraction过程的成功取决于重金属去除的芽(33]。因此,建议植物物种有金属浓度越高其芽比根可以为植物修复被认为是蓄电池。这个工厂还显示供应量预计值< 1,它也可能是一个在植物修复过程中排除器。

植物修复的能力通常被表现为一个特遣部队(30.,32- - - - - -34],它被定义为金属浓度的比值在芽的根源。植物与TF值> 1被归类为高效植物从根与芽(金属易位13,14]。只在10 ppm, 15 ppm干的g·马克斯l . TF值> 1在5 ppm, 20 ppm, 25 ppm TF值< 1。所有的浓度铅在植物的叶子和种子(除了5 ppm)显示TF值> 1,表明植物可以分为高效植物金属从根以上芽易位。魏和陈35)表明,植物物种与TF值> 1积极吸收金属从土壤和积累他们的地上部分;因此,他们可能是好phytoremediators。一般来说,较高的金属积累在地上组件供应量和TF值> 1已被证明是容易解释高潜力的金属提取受污染的网站(35]。

一般来说,自然金属hyperaccumulators可以积累大量的重金属在地上部组织,应该宽容的金属污染物和其他网站可能会限制植物生长的条件36]。马等。13,14和斯利瓦斯塔瓦等。34)确定了蕨类植物Pteris为害作为新hyperaccumulator,它在植物修复领域受到了最多的关注。他们解释说,phytoextraction在金属污染土壤的功效主要是由根吸收,从根与芽易位,积累在地上组件和植物对金属的宽容。这是一个重要的注意,供应量预计价值较高的植物物种组合可以适合phytostabilization TF值较低的土壤受重金属污染(32,36]。总的来说,这些发现表明,植物修复可能提供一个可持续的选择来治理土壤铅污染,但植物物种的正确选择对特定目标金属之前必须取得了植物修复技术的实现。

4所示。结论

重金属污染已经在过去的几十年,因为他们十分关注的健康危害人类和其他生物积累在生物系统。很明显,植物修复有好处强调环境恢复平衡,但一定要谨慎行事。本研究证明了的潜力大豆l .解决铅污染土壤。这种植物一般最高累积Pb的种子经过12周的补救,这意味着这种植物的效率在清理被污染的土壤是晚期的增长。因此,这种植物,来治理土壤污染的金属,使用时应在12周后收获的种子重新清理过程的另一个循环。然而,种植g·马克斯l在一个没有彻底检查的土壤铅污染的土壤铅污染可能会对人造成极大的危险收获消费它的种子,因为这种植物被发现积累了相当数量的Pb的种子。

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