鐵錳硅對(duì)鳳眼蓮生物質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響.pdf

1、風(fēng)眼蓮(Eichhornia crassipes)由于其極強(qiáng)的繁殖和生物入侵能力,現(xiàn)已被列為世界十大害草之一。在對(duì)鳳眼蓮的治理和利用兩方面,最近幾十年來,很多學(xué)者都傾向于對(duì)鳳眼蓮利用。風(fēng)眼蓮對(duì)水體具有很強(qiáng)的凈化功能,且其對(duì)很多重金屬都有富集能力,收獲后的生物質(zhì)是一種潛在的優(yōu)異的吸附劑,但一些金屬離子在其體內(nèi)對(duì)于生物質(zhì)功能的影響并不清楚。為了探討鐵、錳、硅在鳳眼蓮生物質(zhì)形成過程中的作用,本文首先研究了鐵、錳、硅三種元素在鳳眼蓮體內(nèi)的分布,

2、及其對(duì)銅、鎂、磷、鉀等元素分布的影響,并利用FT-IR、XRD、SEM-EDX等手段表征其官能團(tuán)的豐度、結(jié)晶度等生物質(zhì)材料性質(zhì)。主要結(jié)果如下:
　　 (1)前期試驗(yàn):鐵在植物各部位的含量順序(除Mn、FeSi、FeMnSi處理外)為根>葉>莖；錳在植物各部位的含量順序?yàn)?除Si和Fe處理外)根>莖>葉；Si在植物各部位的含量順序?yàn)?除Mn處理外)根>莖>葉。其中,硅的存在有利于鐵在根部的累積,但鐵較少轉(zhuǎn)移到莖葉中；缺鐵時(shí),Mn使

3、鐵更多地向葉分配,以利光合作用。鐵可以降低錳的含量,硅增加錳的含量,錳對(duì)鳳眼蓮根部吸收硅有協(xié)同作用。濃度過高的鐵不利于鳳眼蓮對(duì)高濃度的錳的吸收,對(duì)低濃度的錳的吸收有促進(jìn)作用,卻不利于其在根部積累。鐵、錳、硅在鳳眼蓮體內(nèi)的不同分布將在一定程度地影響鳳眼蓮生物質(zhì)材料的功能特性。
　　 (2)鐵有利于鎂在鳳眼蓮根部積累,而不利于鎂向莖、葉部的分配；鐵抑制了植物對(duì)銅的吸收,但高濃度的鐵有利于銅轉(zhuǎn)運(yùn)到莖和葉中；高濃度鐵有利于風(fēng)眼蓮對(duì)磷的吸

4、收,尤其在根部積累；鐵能夠顯著促進(jìn)鳳眼蓮對(duì)K的吸收,但隨著鐵濃度的增加,鐵會(huì)抑制鳳眼蓮對(duì)鉀的吸收。錳促進(jìn)鎂在植物根部積累,但抑制鎂在莖部和葉部的分布；錳的存在抑制了植物根部對(duì)銅的吸收,促進(jìn)莖葉部銅含量提高；錳促進(jìn)植物根對(duì)磷的吸收,抑制鳳眼蓮莖和葉對(duì)磷的積累,但高濃度的錳抑制植物對(duì)磷的吸收；硅有利于鳳眼蓮根對(duì)鎂的吸收,卻不利于莖和葉對(duì)鎂的積累；硅抑制鳳眼蓮根對(duì)銅的吸收,有利于銅在葉和莖中分布；硅對(duì)鳳眼蓮吸收磷沒有顯著影響,但抑制莖和葉對(duì)磷

5、的累積；硅抑制鳳眼蓮對(duì)鉀的吸收。鐵、錳、硅對(duì)風(fēng)眼蓮體內(nèi)Mg、Cu、P、K這些元素分布的影響在風(fēng)眼蓮生物質(zhì)材料形成中的作用有待進(jìn)一步研究。
　　 (3)吸附位點(diǎn)數(shù)在鳳眼蓮體內(nèi)的規(guī)律為:在低濃度鐵、錳及其組合處理?xiàng)l件下,風(fēng)眼蓮秸稈三個(gè)部位的酸性位點(diǎn)數(shù)順序?yàn)楦?莖>葉,施硅條件下,風(fēng)眼蓮秸稈三個(gè)部位的酸性位點(diǎn)數(shù)順序與上述順序相反,為葉>莖>根。鐵降低鳳眼蓮秸稈的酸性位點(diǎn)數(shù),Mn和Si則能提高其酸性位點(diǎn)數(shù),Mn的作用尤其明顯。鐵降低鳳眼

6、蓮葉中的堿性位點(diǎn)數(shù),提升根、莖中的堿性位點(diǎn)數(shù)。錳促進(jìn)植物根產(chǎn)生更多的堿性位點(diǎn),但在莖和葉部抑制其產(chǎn)生堿性位點(diǎn)。硅抑制鳳眼蓮根和葉部堿性位點(diǎn)的產(chǎn)生,但促進(jìn)莖部產(chǎn)生更多的堿性位點(diǎn)。與低濃度相反,高濃度的錳促進(jìn)植物產(chǎn)生更多的堿性位點(diǎn),高濃度鐵促進(jìn)植物莖和葉產(chǎn)生更多的堿性位點(diǎn)。由此可見,水環(huán)境中不同濃度的鐵、錳、硅可以一定程度地改變鳳眼蓮生物質(zhì)的荷電特性,從而改變鳳眼蓮生物質(zhì)材料的性質(zhì)。
　　 (4)紅外圖譜表明:Mn和Si增加木質(zhì)素、

7、果膠以及低分子的木聚糖(半纖維素)等非晶型物質(zhì)含量,這些物質(zhì)含有較高的C=C、-CH2、-C-O、-OH、-COOH等活性基團(tuán),有利于生物質(zhì)材料的化學(xué)改性。Fe增加-CH3等官能團(tuán),降低吸附位點(diǎn)數(shù),不利于生物質(zhì)材料的化學(xué)改性。
　　 (5)X-射線衍射圖譜表明:鳳眼蓮生物質(zhì)根和葉纖維素結(jié)晶度含量較低；硅和鐵能提升植物根的結(jié)晶度,錳降低植物根的結(jié)晶度。鐵和錳均能降低植物莖葉的結(jié)晶度。高濃度鐵可以增加植物的結(jié)晶度,尤其是植物根部的結(jié)