摘 要

本试验通过模拟垃圾渗沥液污染土壤的方式，采用室内盆栽试验的方法，对其土壤浸出特征以及紫花苜蓿的响应机制进行研究， 通过实验室规模的调查，研究了在盆栽实验中中苜蓿光合作用对渗沥液污染的敏感性，以及污染土壤对苜蓿发芽率以及污染土壤对苜蓿元素成分的影响。

通过实验得出以下结论：紫花苜蓿对土壤浸出液（pH、电导率、氨氮、COD）的污染有明显修复效果。在高剂量组中，光合作用效率(F _v/F _m)和净光合速率(P _n)均有轻微的抑制作用。在统计分析的基础上，观察到了P _n对浸出参数的敏感性高于F _v/F _m。紫花苜蓿的发芽率在低剂量组有显著提升，在高剂量组则显著下降。这说明紫花苜蓿的发芽率对渗沥液污染非常敏感。处理后的紫花苜蓿元素组成没有太大的改变，只有C元素含量有所上升。

关键词：垃圾渗沥液；浸出特征；光合作用效率；发芽率；元素组成

Abstract

This experiment by means of simulated waste leachate pollution soil, using the method of indoor pot experiment, the leaching of soil characteristics and the response mechanism of alfalfa, through laboratory scale survey, studied in pot experiment in alfalfa photosynthesis of leachate pollution sensitivity, as well as the pollution of soil of alfalfa germination rate and the influence of pollution of soil element composition of alfalfa.

The results showed that the data of alfalfa on soil leaching were significantly improved.In the high-dose group, photosynthetic efficiency (F v/F m) and net photosynthetic rate (P n) had mild inhibitory effects.On the basis of statistical analysis, the sensitivity of P n to leaching parameters is higher than F/F m.The germination rate of alfalfa was significantly increased in low-dose group, and decreased significantly in high-dose group.This indicates that the germination rate of alfalfa is very sensitive to leachate pollution.The composition of alfalfa elements after treatment did not change much, only the content of C increased.

Keywords:Landfill leachate;Leach characteristic;Efficiency of photosynthesis;Germination rate;Elements

目录

摘要 I

第1章 绪论 3

1.1 研究目的及意义 3

1.2 国内外研究现状 3

1.2.1 国内研究现状 3

1.2.2 国外研究现状 4

1.3 研究内容 3

第2章 材料与方法 6

2.1 采样地和样品采集 6

2.1.1采样地点 6

2.1.2 样品采集 6

2.2仪器 6

2.3实验方案 6

2.3.1哈希COD测定法 6

2.3.2土壤pH值的测定(电位法) 9

2.3.3土壤氨氮的测定 11

2.3.4.盆栽实验 15

第3章 结果与分析 17

3.1 渗沥液污染对土壤浸出特性的影响 17

3.1.1 pH的变化特征 18

3.1.2氨氮的变化特征 19

3.1.3对电导率的影响 20

3.1.4对COD的影响 21

3.2 渗沥液浓度对F_v/F_m的影响 22

3.3 渗沥液污染对P_n的影响 23

3.4不同浓度渗沥液对发芽率的影响 24

3.5渗沥液浓度对苜蓿元素含量的影响 26

第4章 总结与建议 29

4.1 总结 29

4.2 建议 29

参考文献 31

致谢 33

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

近年来，垃圾填埋场是一种重要的的污染源，主要是由于有机污染物含量高的垃圾填埋场和露天垃圾填埋场中产生的垃圾渗沥液造成的二次污染^[1]。生活垃圾渗沥液中的污染物质主要是高浓度的有机物、氨氮和一定浓度的重金属等多种有害污染物。这些物质进入土壤后，会对土壤造成严重的污染，更严重的是会进一步造成地下水的污染。露天的垃圾处理站是土壤和地下水安全的巨大的威胁。因此，受污染土壤的浸出特性对污染物的迁移有重要的影响^[2]。植物修复是植物可以利用自身生长过程中吸收、挥发、根系过滤等行为，净化土壤或水体中的污染物，净化环境，是一项潜在的、发展中的清洁环境的绿色技术^[3]。紫花苜蓿( Medicago sativa)是蔷薇目豆科牧草，在我国乃至全世界栽培历史悠久、种植面积广，还常常被应用于重金属、盐类、有机污染的土壤的修复。由此可见，紫花苜蓿具有处理垃圾渗沥液的潜力。在应用于植物修复前，有必要对紫花苜蓿的生理特征进行研究。

因此，垃圾渗沥液污染对紫花苜蓿的胁迫影响研究，对紫花苜蓿应用于修复被垃圾渗滤液污染的土壤有重要意义。

对垃圾渗沥液污染对紫花苜蓿的胁迫影响进行研究，分析不同污染剂量对土壤浸出风险的影响、研究苜蓿发芽率元素特征和光合作用对污染的响应特征。以此分析出紫花苜蓿在修复垃圾渗沥液污染土壤方面的潜力。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

姚伦芳等采用了温室盆栽的实验方法^[4],供试生物是里氏木霉（Trichodermaressei FS10-C）和根瘤菌（Rhizobium meliloti）以及紫花苜蓿（Medicago sativa L.）。整个实验设置了4种处理方法。分别是在土壤中添加灭活菌剂-无紫花苜蓿、添加灭活菌剂-种植紫花苜蓿、接种木霉菌剂-种植紫花苜蓿以及接种木霉菌根瘤菌复合菌剂-种植紫花苜蓿四组。此实验探讨了利用微生物和植物的联合作用，修复因为多环芳烃造成的土壤污染生物修复效果和微生态效应的效果^[4]。结果表明，经过了60 天的培养，微生物不仅可以促进紫花苜蓿的生长，而且微生物还可以与紫花苜蓿之间产生协同作用，从而增加土壤中PAHs的降解率。紫花苜蓿能够通过其根际效应，使得土壤中的微生物的活性大大提高。木霉、根瘤菌等微生物与紫花苜蓿可以形成联合作用，不仅仅可以有效地降解土壤中的PAHs，还可以一定程度的恢复土壤微生物生态功能稳定性和多样性。

陈海燕等人选取了四种常见的牧草：三叶草、高羊茅、紫花苜蓿和黑麦草作为修复植物，研究它们对矿区污染土壤的修复效果^[5]。盆栽实验的结果表明:这些植物的修复作用都可以明显的降低土壤中Cu、Zn、Pb、Cd这些重金属的含量,而且土壤中的微生物种群数量也能因此大大增加,所有的实验组中真菌数量的增加最为显著。而且在所有实验组中细菌的总数量均以绝对优势第一。土壤中的酸性磷酸酶活性和过氧化氢酶活性也都显著的提高了。几种植物之间的差异在于：经过紫花苜宿和黑麦草处理的土壤中微生物多样性指数显著提高，而种植高羊茅的土壤中主要是两种酶活性显著高于其他处理组。不同植物处理下土壤中的Cu和Cd含量显著相关,土壤中酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性极显著相关。所有实验组的土壤中重金属含量与两种酶的活性之间呈明显的负相关性。最终得出以上的四种植物都有对重金属复合污染土壤进行修复并产生明显效果的能力。

1.2.2 国外研究现状

P Keithg等研究了苜蓿生长过程中水分不足改变了冠层结构的却没有影响到光合作用^［6］。在对照环境下，研究了两种苜蓿品种不同水平下的水应用的影响。在水供应减少了75%或者更少时，每株植物的芽和芽的质量均显著减少（P小于0.05）。干物质的积累与植物暴露在水的水平上的比例有所降低。光系统II的二氧化碳同化率和最高效率不受水的影响（P大于0.05），除了叶片衰老过程中未浇水的植物。在植物的光合作用能力中，唯一的抑制作用是减少叶片面积。在水分不足的情况下，由于水分不足而改变了植物的生长速度，因此，只有在水分不足的情况下，水的密度和整体林冠的光合作用才会被改变。

YF Urregopereira 等研究了白天喷灌对玉米和苜蓿净光合作用的影响^［7］。在喷灌过程中，一些水由于漂移和蒸发而流失。在灌溉之后，由于水分蒸发，植物拦截的水分流失了。他们研究了玉米的净光合作用以及与灌灌系统相结合的苜蓿。喷淋灌溉使苜蓿的净光合作用在36%的天数增加，在14%的天数减少了，并且在一半的日子里没有效果。玉米净光合作用在喷灌与叶高润湿性(水接触角从60 - 80°)和温度低于最优范围时减少。苜蓿叶的较高的疏水性(水接触角gt; 120°)和广泛的最适温度可能是造成这样的结果的原因。研究结果表明，应避免对玉米的日间喷灌，但可用于苜蓿。

Yeh, TY等研究采用植物修复技术，为了恢复土壤肥力，确保环境的可持续性，并添加了乙烯基二琥珀酸(EDDS)和植物生长调节剂(GA(3))来检测植物修复的整体效率^[7]。研究通过盆栽试验发现，环境可持续的植物修复对铜、锌、镍污染土壤的修复效果最大。操作因素的最佳组合是添加EDDS和GA(3)。添加EDDS的环境在重金属铅的修复中表现较差。此外，PCR(聚合酶链反应)-DGGE细菌菌群变化的分析结果表明，“重金属 EDDS GA(3)”的组合产生了最丰富的菌群，表明添加EDDS和GA(3)可以刺激微生物生长，从而达到更丰富的菌群。

1.3 研究内容

本论文研究的内容主要有四个方面

(1)不同剂量渗沥液对土壤浸出特征的影响；

(2)污染土壤对苜蓿发芽率的影响；

(3)污染土壤对苜蓿净光合作用和最大光化学利用效率的影响；

(4)污染土壤对苜蓿元素成分的影响。

第2章 材料与方法

2.1 采样地和样品采集

2.1.1采样地点

所测土壤样品的采样点位于武汉理工大学西院杜鹃园中。试验渗滤液的取样位置是武汉江夏区长山口垃圾填埋场。

2.1.2 样品采集

用三点取样法采集土样。首先，用铲对表层土壤和地表植物进行清理，然后选择三个采样点。然后选择三个取样点。在每一个取样点，用铲子向下挖纵深 10cm，之后取 10cm 处的土样。将取得的土样混合，去除其中掺杂的杂质（枯枝、石粒等），并放置在能够使它自然风干的室内通风处，然后再研磨、过筛。处理完成后装袋备用。

表2-1供试渗沥液基本理化性质

2.2仪器

叶片的净光合速率（Pn）和最大光化学效率（Fv/Fm）测定：LI-6400光合作用仪

植物体中元素含量的测定：CHNSO元素分析仪Vario EL cubeElementar德国元素分析系统公司生产。

电导率测定：电导率仪（雷磁DDSJ-308F）。

pH值测定：pH计（PHS-25）。

COD测定：哈希COD消解仪、哈希COD分光光度计、美析紫外分光光度计。

2.3实验方案

2.3.1哈希COD测定法

测定原理：在Ag催化下，把一定量的重铬酸钾溶液加入强酸性的环境中，加入硫酸Hg消除Cl^-干扰,很高的温度把溶液消化。此时,溶液中的COD浓度和吸光度之间的数量关系将会因为符合 Lambert-Beer定律而呈现出线性相关。因此,在波长设置为620nm的比色法下可以得到样品的浓度。

试剂：

表2-2 COD测定所需试剂

步骤：

（1）绘制标线

第一步：配置标准样品。把HgSO₄溶液、 H₂SO₄-Ag₂SO₄溶液、K₂Cr₂O₇溶液，按规定剂量加入六哈氏消化比色管。然后在六个消化管中加入邻苯甲酸两个0.00毫升、0.40ML、0.80ML、1.20ML、1.60ML和2.00毫升的标准溶液。密封后将里面的液体混合物摇晃至完全被摇匀。

第二步是用消化仪HCH-DRB 200消解。打开开关并设定温度。当温度上升到150度时,仪器会发出几声急促的“滴”声。此时,打开消化器的塑料盖,将比色管放置在消化孔中上,然后关闭塑料盖,轻轻按压启动按钮开始消化。消解仪设定在150℃,然后在恒温下消化120分钟,然后缓慢冷却。直到温度下降到120℃,仪器才会发出“滴水滴”。此时,消解仪器关闭,比色管被移除并开始晃动。冷却至室温。

第三步:使用HACH-DR 3900分光光度计进行测量。设置一个空白对照组。用去离子水注入比色皿的三分之二。随后打开分光光度计,确定光路除了小孔以外的路径已经完全被覆盖。进入界面,选择单波长键合模式，将发射波长设置为620纳米。安装完成后,将装有去离子水的比色管插入圆形小孔中并调零。在完成零调整之后,将其他应该测量的比色管放入仪器的指定位置中,以测量它们的吸光度并记录数据。完成测量后,分光光度计关闭。

表2-3分光光度仪

(2)水样的测定

采用HACH消解比色管。在色度计管中加入0.04GHgSO4固体、2.50ml 1% H2SO4-Ag2SO4溶液、0.5ml重铬酸钾溶液和2ml水样品。但是,当化学需氧量的量大于了1000 mg/L时,会超出测量范围,影响测量精度。所以要减小水样的体积,改用蒸馏水来补足至2ml。加入试剂完成后密封此比色管,用力摇匀。使用标准曲线法测定吸光度,最后从标准曲线中查得相应的COD含量。

2.3.2土壤pH值的测定(电位法)

1. 应用范围:这种方法可以用于测定土壤各类pH值。
2. 方法提要：

将两个电极(pH玻璃电极和甘汞电极)插入土壤悬浮液或淋溶溶液中,测量电动势。然后用电化学知识将其转化为pH值。因为配制了标准溶液,可以通过酸度计直接读取待测pH值。水土壤比例尤其会影响到土壤的稀释效果,尤其是石灰性的。因此pH值将受到很大的影响。所以应采取小的土壤和水比例的测量。在该法中,测定土壤pH值时,测定土壤和水的比例为1:1,同时用1mol L-1氯化钾溶液浸泡土壤H 。电位滴定法测定除酸浸pH外的酸性土壤。

(3) 仪器设备

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