改性壳聚糖联合植物修复铅污染土壤试验分析

改性壳聚糖联合植物修复铅污染土壤试验分析

郑昆

四川省地质矿产勘查开发局六〇四大队  四川广元628017

摘要：随着经济的发展，土地污染问题日益严重，破坏了土壤内生态系统运转。为了有效解决铅污染的问题，增强土壤修复能力，本文以袖珍椰子和凤尾蕨为研究对象，对改性壳聚糖联合植物修复铅污染土壤进行了相关试验分析，希望可以有效解决土壤铅污染问题。

关键词：改性壳聚糖；植物修复；铅污染；土壤试验

引言

在当今社会的发展过程中，土壤的重金属污染已经对环境形成了非常严重的问题。土壤重金属污染问题日趋严重。土壤不仅是赖以生存和社会生产的十分重要自然资源，也是动物植物重要的生存环境，土壤污染直接或间接对动物植物的生存和繁衍造成了影响，不仅导致土壤变质、退化、作物产量降低等，有害的重金属还会渗透和下潜到地下水源，最终对人类和动植物的健康产生严重威胁，因此，有效解决土壤污染问题尤为重要。

1、壳聚糖与植物修复介绍

1.1植物修复

操作简单、成本较低、实用性广等是植物修复技术的优势，其是依据植物对污染物的吸收、植物根基与微生物相互作用、植物对污染物的固化对污染物进行有效降解。植物的直接吸收是植物修复PCB的关键机制，能显著降低土壤中PCBs的浓度。此外，植物次生代谢产物（SPMEs）是一类可由植物根基分泌的天然物质，能作为共代谢底物以促进PCBs的降解。植物根系对PAHs的降解有重要作用，其中一个方面微生物降解菌的数量增加是由于根基发生的作用，另一个方面是植物根系分泌物为微生物共代谢提供了底物[1]。

1.2壳聚糖

壳聚糖也称为脱乙酰甲壳素，主要通过动物外壳、植物的细胞壁中的甲壳素脱去乙酰基制得，又名聚葡萄糖胺或（1，4）-2－氨基－D－葡萄糖，因含氨基阳离子，使其具有无毒性、亲水性、生物相容性、生物降解性以及抑菌性，并可与金属形成络合物，对重金属离子有较好的选择吸附作用。但是由于壳聚糖只溶解于稀酸和一些特定的溶剂，因此，其应用范围在一定程度上被限制。利用壳聚糖分子中的羟基和氨基基团，通过降解、交联、接枝共聚和复合等改性方法，对其进行改性后，增强了壳聚糖的水溶性、吸附能力及固定化能力等性能。

2、试验部分

2.1试剂与仪器

壳聚糖，袖珍椰子和凤尾蕨，氢氧化钠、硝酸铅、氯乙酸、异丙醇，（都是分析纯）。红外线干燥箱（102-1），红外光谱仪（Perkin-Elmerl700FT），电子天平（AL204），恒温振荡仪（SHZ-82A），原子吸收分光光度计（AA-800），离心机（AL4-2）。

2.2试验方法

2.2.1水溶性羧甲基壳聚糖（WCTS）的制备

在烧杯中放入5g壳聚糖，然后将50ml异丙醇和浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液12ml加入进去；在充分浸泡10h后，加入6g氯乙酸（多次搅拌加入）和在60℃的条件下；4h后加入20ml的离子水，把pH调至７左右，然后进行抽滤；就得到了水溶性羧甲基壳聚糖。

2.2.2污染土壤的配制

风干之后过筛，以硝酸铅作为污染物，调至不同浓度，加入时以翻土混合、逐层进行喷洒的方法，经过一定时间的稳定后对其进行种植。试验所用植物，是培养在自然环境下，用自来水对其定时浇水，然后在生长60天之后进行收割。加入改性壳聚糖WCTS使用的是Pb质量分数0.5g/kg的土壤。用去离子水将WCTS配成溶液，按不同浓度稀释后，对土壤依次用不同浓度进行喷洒。最后，在10天后对植物进行收割并取样品[2]。

2.2.3植物样品的处理

植物样品采集完成后，在清水中将植物洗涤干净后晾干，对株高进行测量，然后对样品质量进行称量；使用红外干燥箱对其烘干到恒定重量后对样品再次测定质量；对其研磨后使用电热板进行加热消解，最后，对Pb质量分数进行测定时要使用原子吸收分光光度法。

3、实验结果

3.1不同Pb2＋浓度处理下接种改性壳聚糖对植物株高的影响

土壤中重金属铅污染胁迫对植物的影响最直观地表现在植物生长指标上。在不同铅浓度胁迫下分别测定袖珍椰子和凤尾蕨的株高，60d生长周期后，在低铅浓度（0~400mg/L）时袖珍椰子和凤尾蕨的株高均有所增加，而在Pb2＋浓度超过400mg/L时其株高逐渐减少。袖珍椰子和凤尾蕨对铅具有一定的耐受性，但超过一定程度，会抑制植物的生长。土壤中铅的浓度较高时，植物根系吸收土壤中的铅，Pb2＋以沉淀和络合物形式存在，当植物体内的Pb2＋到达临界状态后，高浓度铅会对植物产生一定的毒害作用，进而抑制了植物生长[3]。结果如（图1所示）。

图1 不同水平Pb2＋处理下的植物株高及干样品质量

3.2不同Pb2＋浓度处理下接种改性壳聚糖对植物叶绿素影响

转化营养元素以及反映植物吸收的重要指标就是植物叶绿素。植物接种W菌株后，不同铅浓度的胁迫对植物叶绿素的影响不同。随着土壤Pb2＋浓度的增加，两种植物的叶绿素含量均先上升后下降，说明袖珍椰子和凤尾蕨在低浓度（0~400mg/L）范围通过植物体内自我保护系统能减少重金属Pb毒害作用，但超过这个浓度范围植物的自我保护系统就可能减弱。接种改性壳聚糖后的袖珍椰子和凤尾蕨在不同Pb2＋浓度下，植物叶片中叶绿素含量明显高于不接菌的对照组。接菌后，袖珍椰子在Pb2＋浓度时400mg/L时，其叶片中叶绿素含量比空白组高5.91%，凤尾蕨在Pb2＋浓度为0mg/L时，其叶片中叶绿素含量比空白组高3.97%，与凤尾蕨相比接种Ｗ菌株对袖珍椰子的促进作用更明显。对植物叶片叶绿素含量进行分析得出，接种改性壳聚糖增加了袖珍椰子和凤尾蕨叶片的叶绿素含量，有利于植物光合作用。

3.3不同Pb2＋浓度下接种改性壳聚糖对植物重金属Pb含量的影响

随着土壤中Pb2＋浓度增加，袖珍椰子和凤尾蕨地上和地下部分的Pb含量均逐渐增加，说明两种植物对Pb有明显的吸收。在相同Pb2＋浓度胁迫下，袖珍椰子和凤尾蕨的地下部分Pb浓度均明显高于地上部分，说明根部是袖珍椰子和凤尾蕨富集重金属Pb的主要器官。植物地下部分铅浓度较高，其原因可能是由于根部细胞对Pb的富集，不断积聚Pb2＋，进行金属离子的结合和其他配位反应，使重金属的移动性能降低，进一步抑制Pb转移至地上部分，从而缓解Pb胁迫的毒害。

4、结语

改性壳聚糖联合植物修复铅污染土壤的研究结果表明接种改性壳聚糖缓解了重金属Pb对植物的毒害作用，利用植物的提取作用将重金属Pb大量积累在植物根部，降低了土壤中重金属Pb对植物的毒害程度，土壤中的铅量和植物体内蓄积的铅量有很大关系。不同植物对Pb的耐受性存在差异，同种植物对不同程度Pb胁迫的反应机制也不相同。

参考文献

[1] 宋俊颖，何绪文，黄占斌．壳聚糖及其衍生物对土壤重金属的稳定化效应［J］．化工进展，2019，38（9）：4308-4319.

[2] 张彩丽，陈磊，江懿，等．土壤铅镉污染修复中植物修复技术的研究进展［J］．中国沼气，2019，37(2)：42－46．

[3] 姚亦天，吴梓茹，欧阳杰，等．羧甲基壳聚糖对铀的促排及肠道菌群的影响［J］．湿法冶金，2020，39（1）：80-84.