黑土-蔬菜体系中磷-铜-有机酸的相互作用规律与机理研究

The translocation and tranformation charcteristics and mechanism of Cu would be investigated in the polluted black soil- crowndaisy chrysanthemum system under the controlled greenhouse condition. The key areas of the present study are as follows: 1. The form transformation of Cu and the influencing factors in the interaction process of phosphor, Cu, and organic acids as dtetermined by sequential extraction method and donnan membrane technique; 2. The binding forms of Cu in crowndaisy chrysanthemum as investigated by synchrotron radiation X-ray fluorescence spectroscopy (SRXRF), and X-ray absorption near edge structure (XANES); 3. The effect of phosphors on the interaction between organic acid and Cu as determined by analyzing the crowndaisy chrysanthemum root sysytem and exudates; 4. The effect of organic acids on the interaction between phosphors and Cu as determined by analyzing the forms and species of phosphors in soil and crowndaisy chrysanthemum. The results of the present study would be important for revealing the transformation characteritics of heavy metals in polluted black soil, and illustrating the interaction mechanism of phosphors, heavy metals and organic acids. And thus the present study would provide a theoretical basis and technological support for solving the heavy metal pollution problems of balck soil.

选择重金属污染比较严重的蔬菜地，采集地表土壤，在温室可控条件下，利用盆栽和水培试验研究污染土壤-茼蒿系统中，磷-Cu-有机酸相互作用过程中Cu的迁移转化规律，主要探讨以下问题：1.采用连续浸提-FAAS测定方法，结合道南膜技术阐明磷-Cu-有机酸相互作用过程中Cu的形态转化及其影响因素；2.利用同步辐射X荧光方法、X-射线吸收光谱的近边结构和扩展X-射线精细结构分析等手段研究茼蒿植株体中Cu的结合态，揭示茼蒿对Cu的吸收、转运及累积规律；3.借助水培试验分析茼蒿根系及根系分泌物，明确磷对有机酸-Cu相互作用的影响机理；4.通过分析土壤及植株体中磷的分级与形态，解析有机酸对磷-Cu相互作用的影响机制。本研究对揭示黑土污染土壤重金属的迁移转化规律，阐明磷-重金属-有机酸的相互作用机理具有重要意义，可为解决东北黑土重金属污染问题提供理论依据。

目前长春市共有四个污灌区，各污灌区均存在部分点位土壤及蔬菜中Cu、Cd超标的现象。长春市污灌区菜地土壤属黑土，pH值一般呈中性或偏碱性，土壤中螯合态的重金属所占比例较大，利用一般的钝化剂（如石灰、矿渣等）很难达到中性偏碱性土壤的治理效果，采用植物修复又需要提高重金属的活性。因此，研究明确污染黑土-蔬菜体系中磷-重金属、有机酸-重金属以及最终的磷-重金属-有机酸的相互作用规律与机理，将对解决黑土重金属污染问题提供新的科学依据和可行的理论指导。.首先，以模拟重金属污染土壤为研究对象考察了土壤中P（羟基磷灰石）与重金属的交互作用规律与机理。不同比例羟基磷灰石掺杂后，土壤中Cu、Pb、Zn和Cd均由可交换态、碳酸盐结合态和铁/锰氧化物结合态向其它相对较稳定（有机结合态和残渣态）的形态转化，Zn、Pb和Cd形态转化受掺杂比例影响较明显，而Cu形态转化受掺杂比例影响较小。不同pH值条件下羟基磷灰石掺杂后重金属主要由可交换态和碳酸盐结合态向相对较稳定的铁/锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态转化，且pH为4时重金属向较稳定结合态转化的效果最明显。随钝化时间延长，土壤中碳酸盐结合态及有机结合态的重金属进一步向残渣态转化，但与对照相比，除Pb外羟基磷灰石的钝化效果不明显。.同时，通过水培试验研究了茼蒿在Cu胁迫下的生理生化特性变化，阐明了重金属Cu与小分子酸的交互作用规律与机理。结果表明，随Cu处理浓度的升高，茼蒿植株体内Cu含量增高，叶片叶绿素含量下降，根系丙二醛含量及电解质渗漏率上升，而地上部非蛋白巯基和根系糖醛酸含量随Cu处理浓度的升高变化不大。与对照相比，不同Cu处理后茼蒿根系分泌的6种小分子量有机酸总量及7种氨基酸总量均呈现先升高再降低的趋势，且多数Cu处理后的小分子酸总量及氨基酸总量高于对照茼蒿。.最后，通过盆栽试验研究明确了Cu-P-有机酸的交互作用规律与机理。结果发现，随Cu掺杂量的升高，茼蒿植株体内Cu含量增高，P的掺杂进一步促进了Cu的吸收，但抑制了根系Cu向地上部的转化。Cu胁迫促使茼蒿根系分泌增加，根系分泌物进一步活化了土壤中的Cu和P，相应地植株吸收Cu和P的量增加，植株中Cu和P含量增加，但Cu与P同时进入茼蒿根系后，由于P的固定作用大多数Cu被固定在茼蒿根系，从而抑制了Cu向地上部转化。