PAPEMP螯合强化植物修复Cd污染土壤及其环境风险研究

螯合强化植物提取修复是治理重金属污染土壤的一种有效手段，但目前缺乏螯合效果好且环境风险低的螯合剂。本项目以螯合能力强、易生物降解的有机磷酸- - PAPEMP（多氨基多醚基甲叉膦酸）为螯合剂，以紫茉莉（Mirabilis jalapa L.）为修复植物，采用盆栽实验和小区试验相结合的方法，通过与螯合剂EGTA 和EDDS 进行比较，确定PAPEMP强化植物提取修复重金属Cd 污染土壤能力；利用透射电镜、能谱分析等先进分析技术，从细胞及化学水平阐明PAPEMP 的螯合强化机理；利用高效液相色谱-质谱，研究不同土层中螯合物浓度和形态变化，揭示重金属螯合物在土壤中迁移和降解规律，结合分析土壤中无机磷体系变化，探讨降解产物的稳定性及环境风险。本项目的实施不仅为修复重金属Cd 污染土壤提供一种有效且环境风险低的强化措施，更能为今后治理重金属Cd 污染土壤提供科学依据和理论指导。

本项目以螯合能力强、易生物降解的有机膦酸——多氨基多醚基甲叉膦酸（PAPEMP）为螯合剂，以紫茉莉为修复植物，通过与螯合剂EGTA 和EDDS 进行比较，确定PAPEMP 强化植物提取修复重金属Cd污染土壤能力，阐明PAPEMP的螯合强化机理，揭示重金属螯合物在土壤中迁移和降解规律，探讨降解产物的稳定性及环境风险。结果表明，PAPEMP与土壤中镉的最佳施用比例为1：1，其螯合作用强于EGTA和EDDS，对强化紫茉莉提取重金属Cd有很好的效果，增加了紫茉莉对Cd的转运系数和富集系数，提高了紫茉莉对Cd的转运能力和富集能力，是一种效率更高的、可用于强化植物提取修复镉污染土壤的螯合剂。PAPEMP 强化作用下紫茉莉各器官Cd浓度的分布规律为茎>叶>根，细胞各组分中镉含量分布特征为细胞壁>细胞液>细胞器。PAPEMP 强化处理后，紫茉莉细胞超微结构均出现了不同程度的结构破坏症状，植物生长受到影响，因此PAPEMP螯合强化植物修复镉污染土壤需要在植物达到生物量最大时一次性施加，控制施加比例，才能达到最好的修复效果。在土壤表层施加PAPEMP，有效活化土壤上层重金属镉，对土壤中的可交换态和碳酸盐结合态镉去除效果最好，其次为铁锰氧化物结合态、有机质结合态，而残渣态较难去除。有效态镉浓度增加并向下迁移，但是迁移深度控制在60 cm左右，对下层土壤影响较小。而此有效迁移深度恰好在紫茉莉根系深度范围，可以通过植物提取修复土壤中有效态镉，进一步控制渗滤风险，并同时修复镉污染土壤。5周后PAPEMP已经几乎完全降解，PAPEMP螯合态镉形态发生变化。土壤中无机磷形态随时间发生显著变化，第5周闭蓄态磷和十钙磷浓度增加，说明PAPEMP已经完全转化为稳定形态的磷酸盐，以结合态镉被固定于土壤中，环境风险降到最低水平。PAPEMP活化的重金属镉可以在5周后恢复到环境风险低的难溶出形态，有效降低环境二次污染。本项目从细胞和化学水平揭示了PAPEMP 的螯合强化机理，建立了一种有效且环境风险低的重金属Cd污染土壤修复方法，利用PAPEMP强化紫茉莉修复镉污染土壤既提高了修复效率，同时还可以有效控制二次污染，为今后重金属Cd 污染土壤的治理工作提供科学依据和理论指导。