環境永續型植生復育整治重金屬污染土壤暨探討菌相影響之研究
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(2) 謝誌 在論文的完成之際，回想在研究所的這一段時間，學習到很多東西， 包括實驗方法與儀器操作以及專業領域上的知識，並且讓我學習如何思 考、組織的能力，能夠更進一步充實於專業領域。 首先要感謝的是我的指導教授，葉琮裕老師，在遇到任何問題時總能 給我適時的建議，更謝謝您的信任與鼓勵。我論文的口試委員，高志明 教授、董正釱教授、張家源教授，感謝您們在百忙之中抽空參加我的論 文口試，給學生很多寶貴的意見與建議，讓我的論文能更完善。 再來要感謝的是我的同窗好友，王昌與嘉慶，我們總是相互的鼓勵彼 此，如果沒有你們，或許在研究所這段路沒辦法很順利的走下去，以及 實驗室的大家，美華姐、逸馨、羿彰、厚慈、佳信對實驗室事務的協助 與辛勞，讓實驗室順利運作。 最後我要感謝的是我的家人，謝謝您們在我求學的過程中全力支持 我，讓我可以無後顧之憂順利地完成學業，並真心感謝一路陪我走來的 人，僅能將此本論文獻給所有關心、鼓勵我的人，以表達我無限的感激。. 黃品儒 謹誌 中華民國 105 年 1 月.
(3) 目錄 第一章、前言................................................................................................ 1 1.1 研究動機 ........................................................................................... 6 1.2 研究目的 ........................................................................................... 8 第二章、文獻回顧 ........................................................................................ 9 2.1 植生復育 ........................................................................................... 9 2.1.1 植生復育之植種物選擇(向日葵) .......................................... 14 2.1.2 植生復育有效係數................................................................ 16 2.2 重金屬簡介 ..................................................................................... 18 2.3 可生物分解螯合劑(Ethylenediaminedisuccinic acid, EDDS) ......... 21 2.3.1 螯合劑應用於植生復育法 .................................................... 22 2.4 植物生長激素(Gibberellin acid, GA3)介紹與應用 ......................... 24 2.5 植物促生菌 (Plant growth promoting rhizobacteria, PGPR) .......... 26 2.6 土壤菌相分析 ................................................................................. 29 第三章、材料與方法 .................................................................................. 32 3.1 研究架構 ......................................................................................... 32 3.2 盆栽實驗 (Pot experiment) ............................................................. 33 3.3 重金屬分析 ..................................................................................... 37 3.4 菌相分析 ......................................................................................... 38. I.
(4) 第四章、 結果與討論 ................................................................................ 41 4.1 盆栽實驗 土壤重金屬濃度與植體生長差異相關性探討 ............. 41 4.1.1 盆栽實驗 管制標準值一倍重金屬濃度與植體生長相關性探 討 .................................................................................................... 41 4.1.2 盆栽實驗 管制標準值兩倍重金屬濃度與植體生長相關性探 討 .................................................................................................... 58 4.2 盆栽實驗 各操作因子下之植體植生復育效益評估 ..................... 75 4.2.1 土壤管制標準一倍重金屬濃度與向日葵植體重金屬吸收量 探討 ................................................................................................ 75 4.2.2 土壤管制標準兩倍重金屬濃度與向日葵植體重金屬吸收量 探討 ................................................................................................ 94 4.2.3 土壤管制標準兩倍及一倍重金屬濃度與向日葵植體植生復 育整治效率之探討 ...................................................................... 114 4.3 植生復育整治重金屬污染土壤與土壤菌相影響之探討 ............. 121 4.3.1 PCR-DGGE 菌相分析結果 ................................................. 121 第五章、結論與建議 ................................................................................ 123 5.1 盆栽實驗結論 ............................................................................... 123 5.2 植生復育整治重金屬土壤之菌相影響結論 ................................ 124 5.3 建議............................................................................................... 125. II.
(5) 第六章、參考文獻 .................................................................................... 126. III.
(6) 表目錄 表 1. 國內重金屬污染場址類別數............................................................... 1 表 2. 國內重金屬污染場址污染物類型 ....................................................... 2 表 3. 土壤污染整治技術之分類 .................................................................. 3 表 4. 植生復育法之優缺點 .......................................................................... 9 表 5. 天然植生復育法與化學藥劑添加強化植生復育法差異之比較 ...... 12 表 6. 四種作物(棉、向日葵、大豆、油菜)產量、含油量與石油產量比較 ..................................................................................................................... 14 表 7. 各種重金屬經由不同人為方式排放至環境中的過程 ...................... 19 表 8. 不同重金屬對人體造成的傷害 ......................................................... 20 表 9. EDDS 之相關資料.............................................................................. 21 表 10. GA3 相關物化特性暨其應用表 ........................................................ 25 表 11. 助長植生復育成效之微生物 ........................................................... 27 表 12. 實驗土壤背景參數表 ...................................................................... 35 表 13. 盆栽實驗操作條件表 ...................................................................... 36 表 14. 微波消化儀參數設定 ...................................................................... 37 表 15. 盆栽實驗 重金屬 Cu 各組植體量比較表 ...................................... 45 表 16. 盆栽實驗 重金屬 Zn 各組植體量比較表 ....................................... 49 表 17. 盆栽實驗 重金屬 Pb 各組植體量比較表 ....................................... 53. IV.
(7) 表 18. 盆栽實驗 重金屬 Ni 各組植體量比較表 ....................................... 57 表 19. 盆栽實驗 重金屬 Cu 各組植體量比較表 ...................................... 61 表 20. 盆栽實驗 重金屬 Zn 各組植體量比較表 ....................................... 65 表 21. 盆栽實驗 重金屬 Pb 各組植體量比較表 ....................................... 69 表 22. 盆栽實驗 重金屬 Ni 各組植體量比較表 ....................................... 74 表 23. 盆栽實驗 向日葵根部各組別重金屬含量差異 ............................. 77 表 24. 盆栽實驗 向日葵莖部各組別重金屬含量差異 ............................. 81 表 25. 盆栽實驗 向日葵葉部各組別重金屬含量差異 ............................. 84 表 26. 盆栽實驗 向日葵花部各組別重金屬含量差異 ............................. 87 表 27. 盆栽實驗 向日葵植體各組別吸收重金屬總量差異表 .................. 91 表 28. 盆栽實驗 向日葵根部各組別重金屬含量差異 ............................. 96 表 29. 盆栽實驗 向日葵莖部各組別重金屬含量差異 ........................... 101 表 30. 盆栽實驗 向日葵葉部各組別重金屬含量差異 ........................... 104 表 31. 盆栽實驗 向日葵花部各組別重金屬含量差異 ........................... 107 表 32. 盆栽實驗 向日葵植體各組別吸收重金屬總量差異表 ................ 111 表 33. 盆栽實驗 法規管制標準值一倍濃度之各組別 BCF 值比較表 ... 118 表 34. 盆栽實驗 法規管制標準值兩倍濃度之各組別 BCF 值比較表 ... 118 表 35. 盆栽實驗 法規管制標準值一倍濃度之各組別 TF 值比較表 ..... 119 表 36. 盆栽實驗 法規管制標準值兩倍濃度之各組別 TF 值比較表 ..... 119. V.
(8) 表 37. 盆栽實驗. 法規管制標準值一倍濃度之各組別 PEF 值比較表 . 120. 表 38. 盆栽實驗. 法規管制標準值兩倍濃度之各組別 PEF 值比較表 . 120. VI.
(9) 圖目錄 圖 1.. 國內重金屬污染概況分佈圖............................................................. 2. 圖 2.. 環境永續型植生復育法流程概念圖 ................................................. 7. 圖 3.. 實驗架構圖 ...................................................................................... 32. 圖 4.. 盆栽實驗示意圖 .............................................................................. 34. 圖 5.. 盆栽實驗. Control 組前後生長差異圖 .......................................... 43. 圖 6.. 盆栽實驗. 單純重金屬 Cu 組前後生長差異圖 ............................. 43. 圖 7.. 盆栽實驗. EDDS 組前後生長差異圖............................................ 43. 圖 8.. 盆栽實驗. GA3 組前後生長差異圖 ............................................... 44. 圖 9.. 盆栽實驗. EDDS+ GA3 組前後生長差異圖 .................................. 44. 圖 10. 盆栽實驗. 重金屬 Cu 各組別總生長高度比較圖 ......................... 44. 圖 11. 盆栽實驗. Control 組前後生長差異圖 .......................................... 47. 圖 12. 盆栽實驗. 單純重金屬 Zn 組前後生長差異圖 ............................. 47. 圖 13. 盆栽實驗. EDDS 組前後生長差異圖............................................ 47. 圖 14. 盆栽實驗. GA3 組前後生長差異圖 ............................................... 48. 圖 15. 盆栽實驗. EDDS+ GA3 組前後生長差異圖 .................................. 48. 圖 16. 盆栽實驗. 重金屬 Zn 各組別總生長高度比較圖 ......................... 48. 圖 17. 盆栽實驗. Control 組前後生長差異圖 .......................................... 51. 圖 18. 盆栽實驗. 單純重金屬 Pb 組前後生長差異圖 ............................. 51. VII.
(10) 圖 19. 盆栽實驗. EDDS 組前後生長差異圖............................................ 51. 圖 20. 盆栽實驗. GA3 組前後生長差異圖 ............................................... 52. 圖 21. 盆栽實驗. EDDS+ GA3 組前後生長差異圖 .................................. 52. 圖 22. 盆栽實驗. 重金屬 Pb 各組別總生長高度比較圖 ......................... 52. 圖 23. 盆栽實驗. Control 組前後生長差異圖 .......................................... 55. 圖 24. 盆栽實驗. 單純重金屬 Ni 組前後生長差異圖 ............................. 55. 圖 25. 盆栽實驗. EDDS 組前後生長差異圖............................................ 55. 圖 26. 盆栽實驗. GA3 組前後生長差異圖 ............................................... 56. 圖 27. 盆栽實驗. EDDS+ GA3 組前後生長差異圖 .................................. 56. 圖 28. 盆栽實驗. 重金屬 Ni 各組別總生長高度比較圖.......................... 56. 圖 29. 盆栽實驗. Control 組前後生長差異圖 .......................................... 59. 圖 30. 盆栽實驗. 單純重金屬 Cu 組前後生長差異圖 ............................. 59. 圖 31. 盆栽實驗. EDDS 組前後生長差異圖............................................ 59. 圖 32. 盆栽實驗. GA3 組前後生長差異圖 ............................................... 60. 圖 33. 盆栽實驗. EDDS+ GA3 組前後生長差異圖 .................................. 60. 圖 34. 盆栽實驗. 重金屬 Cu 各組別總生長高度比較圖 ......................... 60. 圖 35. 盆栽實驗. Control 組前後生長差異圖 .......................................... 63. 圖 36. 盆栽實驗. 單純重金屬 Zn 組前後生長差異圖 ............................. 63. 圖 37. 盆栽實驗. EDDS 組前後生長差異圖............................................ 63. VIII.
(11) 圖 38. 盆栽實驗. GA3 組前後生長差異圖 ............................................... 64. 圖 39. 盆栽實驗. EDDS+ GA3 組前後生長差異圖 .................................. 64. 圖 40. 盆栽實驗. 重金屬 Zn 各組別總生長高度比較圖 ......................... 64. 圖 41. 盆栽實驗. Control 組前後生長差異圖 .......................................... 67. 圖 42. 盆栽實驗. 單純重金屬 Pb 組前後生長差異圖 ............................. 67. 圖 43. 盆栽實驗. EDDS 組前後生長差異圖............................................ 67. 圖 44. 盆栽實驗. GA3 組前後生長差異圖 ............................................... 68. 圖 45. 盆栽實驗. EDDS+ GA3 組前後生長差異圖 .................................. 68. 圖 46. 盆栽實驗. 重金屬 Pb 各組別總生長高度比較圖 ......................... 68. 圖 47. 盆栽實驗. Control 組前後生長差異圖 .......................................... 72. 圖 48. 盆栽實驗. 單純重金屬 Ni 組前後生長差異圖 ............................. 72. 圖 49. 盆栽實驗. EDDS 組前後生長差異圖............................................ 72. 圖 50. 盆栽實驗. GA3 組前後生長差異圖 ............................................... 73. 圖 51. 盆栽實驗. EDDS+ GA3 組前後生長差異圖 .................................. 73. 圖 52. 盆栽實驗. 重金屬 Ni 各組別總生長高度比較圖.......................... 73. 圖 53. 盆栽實驗. 重金屬 Cu 各組別根部吸收重金屬量 ......................... 78. 圖 54. 盆栽實驗. 重金屬 Zn 各組別根部吸收重金屬量 ......................... 78. 圖 55. 盆栽實驗. 重金屬 Pb 各組別根部吸收重金屬量 ......................... 79. 圖 56. 盆栽實驗. 重金屬 Ni 各組別根部吸收重金屬量.......................... 79. IX.
(12) 圖 57. 盆栽實驗. 重金屬 Cu 各組別莖部吸收重金屬量 ......................... 82. 圖 58. 盆栽實驗. 重金屬 Zn 各組別莖部吸收重金屬量 ......................... 82. 圖 59. 盆栽實驗. 重金屬 Pb 各組別莖部吸收重金屬量 ......................... 83. 圖 60. 盆栽實驗. 重金屬 Ni 各組別莖部吸收重金屬量.......................... 83. 圖 61. 盆栽實驗. 重金屬 Cu 各組別葉部吸收重金屬量 ......................... 85. 圖 62. 盆栽實驗. 重金屬 Zn 各組別葉部吸收重金屬量 ......................... 85. 圖 63. 盆栽實驗. 重金屬 Pb 各組別葉部吸收重金屬量 ......................... 86. 圖 64. 盆栽實驗. 重金屬 Ni 各組別葉部吸收重金屬量.......................... 86. 圖 65. 盆栽實驗. 重金屬 Cu 各組別花部吸收重金屬量 ......................... 88. 圖 66. 盆栽實驗. 重金屬 Zn 各組別花部吸收重金屬量 ......................... 88. 圖 67. 盆栽實驗. 重金屬 Pb 各組別花部吸收重金屬量 ......................... 89. 圖 68. 盆栽實驗. 重金屬 Ni 各組別花部吸收重金屬量.......................... 89. 圖 69. 盆栽實驗. 重金屬 Cu 各組別吸收重金屬總量 ............................. 92. 圖 70. 盆栽實驗. 重金屬 Zn 各組別吸收重金屬總量 ............................. 92. 圖 71. 盆栽實驗. 重金屬 Pb 各組別吸收重金屬總量 ............................. 93. 圖 72. 盆栽實驗. 重金屬 Ni 各組別吸收重金屬總量 ............................. 93. 圖 73. 盆栽實驗. 重金屬 Cu 各組別根部吸收重金屬量 ......................... 97. 圖 74. 盆栽實驗. 重金屬 Zn 各組別根部吸收重金屬量 ......................... 97. 圖 75. 盆栽實驗. 重金屬 Pb 各組別根部吸收重金屬量 ......................... 98. X.
(13) 圖 76. 盆栽實驗. 重金屬 Ni 各組別根部吸收重金屬量.......................... 98. 圖 77. 盆栽實驗. 重金屬 Cu 各組別莖部吸收重金屬量 ....................... 102. 圖 78. 盆栽實驗. 重金屬 Zn 各組別莖部吸收重金屬量 ....................... 102. 圖 79. 盆栽實驗. 重金屬 Pb 各組別莖部吸收重金屬量 ....................... 103. 圖 80. 盆栽實驗. 重金屬 Ni 各組別莖部吸收重金屬量........................ 103. 圖 81. 盆栽實驗. 重金屬 Cu 各組別葉部吸收重金屬量 ....................... 105. 圖 82. 盆栽實驗. 重金屬 Zn 各組別葉部吸收重金屬量 ....................... 105. 圖 83. 盆栽實驗. 重金屬 Pb 各組別葉部吸收重金屬量 ....................... 106. 圖 84. 盆栽實驗. 重金屬 Ni 各組別葉部吸收重金屬量........................ 106. 圖 85. 盆栽實驗. 重金屬 Cu 各組別花部吸收重金屬量 ....................... 108. 圖 86. 盆栽實驗. 重金屬 Zn 各組別花部吸收重金屬量 ....................... 108. 圖 87. 盆栽實驗. 重金屬 Pb 各組別花部吸收重金屬量 ....................... 109. 圖 88. 盆栽實驗. 重金屬 Ni 各組別花部吸收重金屬量........................ 109. 圖 89. 盆栽實驗. 重金屬 Cu 各組別吸收重金屬總量 ........................... 112. 圖 90. 盆栽實驗. 重金屬 Zn 各組別吸收重金屬總量 ........................... 112. 圖 91. 盆栽實驗. 重金屬 Pb 各組別吸收重金屬總量 ........................... 113. 圖 92. 盆栽實驗. 重金屬 Ni 各組別吸收重金屬總量 ........................... 113. 圖 93. 試驗組別 DGGE 菌相分析圖........................................................ 122. XI.
(14) 環境永續型植生復育整治重金屬污染土壤暨探討菌相 影響之研究 指導教授: 葉琮裕 博士 國立高雄大學土木與環境工程學系 學生: 黃品儒 國立高雄大學土木與環境工程學系 摘要 台灣地區近年來因為工商業及科技業發達，其相關產業產生之廢棄物或廢水，造 成土壤不同程度的重金屬污染，使土壤污染狀況嚴重。依土壤及地下水污染管理基金 會於 2015 年調查統計場址資料顯示目前共計有 4,138 筆農地、140 筆工廠、22 筆非 法棄置場址與 8 筆其他因重金屬污染達到管制標準而被公告為污染控制場址。依國內 重金屬污染概況分佈顯示，農地重金屬污染場址為最大宗，並且以重金屬為主要污染 物。 針對此些污染場址大部分均為農地，以土壤肥沃力、環境永續經營為目的下使用 綠色整治技術中之植生復育法，並以添加可生物分解螯合劑 EDDS 與植物生長激素 GA3 去做總體植生復育整治效率探討。從本研究盆栽實驗結果顯示環境永續型植生復 育整治重金屬銅、鋅與鎳土壤下可達到最大的效益並且最好的最佳操作因子組合為添 加可生物分解螯合劑 EDDS 加上植物生長激素 GA3，而重金屬鉛則較不適用於添加 可生物分解螯合劑 EDDS 環境下，另外在經 PCR 及 DGGE 技術分析所得之菌相變化 結果顯示，重金屬+EDDS+GA3 組別有最豐富之菌相，說明當添加 EDDS 與 GA3 時， 可刺激微生物生長，具有豐富菌相。 關鍵字:植生復育、重金屬、螯合劑(EDDS)、能源作物(向日葵)、植物生長激素(GA3) 、 土壤菌相分析. 1.
(15) Environmental Sustainability of Phytoremediation in Contaminated Soil with Heavy Metal and Microbial Investigation Advisor: Dr. Tzung-Yuh Yeh Department of Civil and Environmental Engineering National University of Kaohsiung Student: Pin-Ju Huang Department of Civil and Environmental Engineering National University of Kaohsiung. Abstract. The advancement of heavy industry, commerce, technology industry and other related industries in Taiwan over the years has caused the problem of wastewater leading to varied degrees of heavy metal pollution contaminating the soil. According to the Soil and Groundwater Pollution Remediation Fund Management Board’s investigation and statistics in 2015, a total of 4,138 lots of farmland, 140 factories, 22 illegal dumping sites, and 8 other sites were announced as pollution control sites exceeding the heavy metal pollution control standards. In domestic heavy metal pollution distribution status, farmland takes up the largest proportion, with heavy metal as the main pollutant. In consideration of the fact that most polluted sites are farmland, this study adopts phytoremediation, a green remediation technology, for the sake of restoring soil fertility and ensuring environmental sustainability, and adds Ethylenediaminedisuccinic acid (EDDS) and the plant growth regulator (GA3) to examine the overall efficiency of. 2.
(16) phytoremediation. The pot experiment of this study finds that environmentally sustainable phytoremediation achieves the greatest efficacy regarding the remediation of soil polluted by copper, zinc and nickel. The best combination of operational factors is the addition of the EDDS and GA3. The environment where the Ethylenediaminedisuccinic acid (EDDS) is added shows a poorer performance in the remediation of the heavy metal lead. In addition, the PCR-DGGE analysis results of bacterial flora change show that the combination “heavy metal+EDDS+GA3” brings about the richest bacterial flora, indicating that the addition of EDDS and GA3 can stimulate microbial growth, thereby achieving richer bacterial flora.. Keywords: Phytoremediation, heavy metal, chelant (EDDS), energy crop (sunflower), plant growth regulator (GA3), analysis of soil bacterial flora. 3.
(17) 第一章、前言 台灣地區近年來因為工商業及科技業發達，其相關產業產生之廢棄物 或廢水，造成土壤不同程度的重金屬污染，使土壤污染狀況嚴重。依土 壤及地下水污染管理基金會於 2015 年調查統計場址資料顯示(如下表 1) 目前共計有 4,138 筆農地、140 筆工廠、22 筆非法棄置場址與 8 筆其他因 重金屬污染達到管制標準而被公告為污染控制場址。依國內重金屬污染 概況分佈圖(圖 1)顯示，農地重金屬污染場址為最大宗，並且以重金屬為 主要污染物，並從表 2 數據顯示其重金屬污染物質主要種類為銅、鋅、 鎳及鉻。由於高雄屬重工業場所之區域，其中近來最嚴重之污染事件則 為高雄日月光半導體公司所產生之廢水，未經處理而排放至高雄市楠梓 區後勁溪中，造成高 雄 市 橋頭、梓官區 農田首 當其衝 ，此地 區農民 灌溉農田 所使用 之水源 是 引用後勁溪之溪水，故使農地遭受 重金屬 鎳的污染。. 表 1.國內重金屬污染場址類別數 場址類別. 控制場址數. 整治場址數. 農地. 4138. 0. 加油站. 0. 0. 工廠. 140. 32. 非法棄置場所. 22. 35. 其他. 26. 3. 資料來源: 土壤及地下水污染整治基金管理會(2015). 1.
(18) 表 2.國內重金屬污染場址污染物類型 重金屬種類. 控制場址數. 整治場址數. 砷(As). 22. 3. 鎘(Cd). 124. 6. 銅(Cu). 2333. 11. 鋅(Zn). 620. 15. 鉻(Cr). 488. 12. 鎳(Ni). 671. 10. 汞(Hg). 8. 3. 鉛(Pb). 60. 10. 資料來源: 土壤及地下水污染整治基金管理會(2015). 圖 1. 國內重金屬污染概況分佈圖 資料來源: 土壤及地下水污染整治基金管理會(2015) 2.
(19) 其中土壤污染因大部分面積廣闊、污染深度、污染濃度等相關問 題 ，若以國內常用之翻轉稀釋、土壤酸洗及排土客土法等物理或化學技 術整治則需經費將為龐大數字。在土壤污染整治技術上則有分為下列三 大項：分別為化學處理、工程技術與生物處理如表 3 所示。 表 3.土壤污染整治技術之分類 類別. 處理方法. 化學處理 萃取法 安定化/固化法. 處理技術說明 現地或離場處理(稀酸或螯合劑溶液) 現場安定化(吸附、離子交換、沉澱) 現地安定化(沉澱、螯合、高分子化) 現場固化. 還原法 工程技術 排土客土法. 六價鉻之還原 移除上層之污染土壤，回填其它乾淨 土壤. 現地土壤淋洗法. 水、酸/鹼、螯合劑. 現地電動力法. 現地通電. 生物處理 植生復育法. 利用植物吸收污染物並割除植物去 除污染物 資料來源: Salt et al. (1998). 3.
(20) 而國內針對受重金屬污染土壤整治技術，現今主要採行技術包含有:土壤 翻轉稀釋法、土壤酸洗法、排土客土法等。而翻轉稀釋法常使用於污染 濃度較低以及土壤深度較深的農地，並且此整治法的標準操作步驟較易 建立及操作因此在施工的時間與成本的花費均易掌控，但其在整治過程 並無法使每部分土壤達到完全混合，所以無法完全達到土壤整治改善目 標。土壤酸洗法常使用於污染濃度較高的農地，其利用硝酸、鹽酸、檸 檬酸等將土壤中重金屬進行氧化還原交換或錯合作用反應，整體的整治 時間可在短時間內完成，使土壤中重金屬濃度降低，使用後之酸液可再 回收循環利用，以降低成本，但此整治法對於土壤的酸鹼值造成影響並 可能會造成某種程度上破壞使其土地無法耕作。排土客土法則是挖除受 高濃度重金屬污染土壤，之後再回填乾淨之土壤，但其方法價格較為昂 貴，除了要買乾淨土方且要將挖除土壤送去處理使其無害化。 相對上述之土壤整治方法，利用植生復育技術 (Phytoremediation) 乃 近年來逐漸廣受重視之土壤及地下水污染整治技術，屬環境友善之綠色 復育技術 (Green remediation) 可達環境生態資源永續利用，其整治法係 利用植物吸收、累積土壤重金屬特性處理受污染場址，較傳統之物化整 治技術更能讓一般社會大眾所接受。此外，植生復育法相對比較傳統物 化處理整治技術所花費的經費較為低廉且經濟，並可同時適用於受有機 及無機重金屬污染之複雜物化組成暨地質狀態為底泥沈澱物或土壤中， 亦不易破壞土壤本身的結構及質地，且對生活於整治復育區域之民眾接 受度較高，並具有增加景觀美化之附加價值及功能，達到永續環境的目 標。. 4.
(21) 故本研究將採用向日葵做為植生復育之植栽選擇，並整合植物生長激素 GA3 及對環境友善之可生物分解螯合劑 EDDS，藉以提升植生復育整治受 重金屬污染之效益以達到環境永續之理念。. 5.
(22) 1.1 研究動機 相較於傳統植生復育法並無添加任何化學藥劑以提升植體對於重金 屬的吸收效率，而是利用植物體本身對於重金屬的吸收能力，此方式所 花費時間較長且成效較低。故本研究探討利用植物生長激素GA3、可生物 分解螯合劑EDDS進行植生復育整治處理受重金屬污染之土壤，並進一步 評估能源作物向日葵於復育過程受重金屬銅、鋅、鉛與鎳污染土壤，以 及其操作方式暨相關因子擬定。 並藉由盆栽實驗探討添加植物生長激素GA3 、可生物分解螯合劑 EDDS與法規管制標準一倍與兩倍濃度下重金屬銅、鋅、鉛與鎳對植體生 長情形暨重金屬累積傳輸效益之影響。土壤之性質、環境因子等情形， 亦影響重金屬於環境介質之傳輸性 (mobility)，即其生物有效性，並利用 對環境較無影響且使環境可在未來永續利用之可生物分解螯合劑EDDS 添加改變土壤重金屬之移動性，配合植物生長激素GA3提昇植體生長，探 討植體各部位重金屬傳輸與累積情形。此外，亦以分子生物技術鑑定植 體與土壤中菌相影響變化，探討再含重金屬土壤下添加可生物分解螯合 劑EDDS與植物生長激素下GA3土壤菌相之影響。故以植物生長激素GA3 結合可生物分解螯合劑EDDS提昇植生復育整治受重金屬污染土壤效 益，並將環境永續型植生復育法做為後續研究之綠色整治技術 (流程與 概念如圖2.所示)。. 6.
(23) 環境永續型植生復育. 植生復育法. 對於環境友善，其復育 成效視植體生長與土壤 重金屬傳輸及濃度有關. 能源作物向日葵. 改善環境景觀，並可應用 於整治. 植物生長激素. 可生物分解螯合劑. 可以增進植體生長，並 降低螯合劑吸收重金. 對環境友善並可增強土 壤重金屬之移動性及傳. 屬對於植體之毒害影 響. 輸性，增加植體對重金 屬之吸收與轉移. 復育受重金屬污染之之土壤 之土壤. 土壤菌相比較探討. 植體重金屬分析. 各添加因子菌相量. 分析比較各部位重金 屬含量(根、莖、葉、 花). 圖 2. 環境永續型植生復育法流程概念圖. 7.
(24) 1.2 研究目的 (1)植物生長激素 (GA3) 、可生物分解螯合劑(EDDS)提升向日葵對重金 屬銅、鋅、鉛與鎳之植生復育效益研析。 (2)環境永續型植生復育技術應用於處理受重金屬污染土壤效益評估。 (3)探討植生復育過程添加可生物分解螯合劑(EDDS)與植物生長激素 (GA3)在重金屬污染土壤之菌相影響。. 8.
(25) 第二章、文獻回顧 2.1 植生復育 植生復育技術 (Phytoremediation) 乃近年來逐漸廣受重視之土壤及 地下水污染整治技術，屬環境友善之綠色復育技術 (Green remediation) 可達環境生態資源永續利用，其係利用植物吸收、累積土壤重金屬特性 處理受污染場址，較傳統之物化整治技術更能讓一般社會大眾所接受。 比較植生復育法與現今主要採行技術包含有土壤翻轉稀釋法、土壤酸 洗法、排土客土法等，植生復育法的優點，其相關優缺點如表 4 所示： 表 4. 植生復育法之優缺點 優缺點 優點. 缺點. 方法 植生復育法. 成本低. 整治復育時間長. 土壤可穩定化. 深層土壤較無法處理. 可現地操作. 處理濃度受限. 改善環境景觀且接受度. 氣候影響植物生長及整治. 高. 之效率 資料來源: Raskin et al. (1997). 9.
(26) 植生復育法包含了下列幾項，主要機制為植生萃取法、植物穩定化 法、根部濾除法。 (1) 植物萃取法：植物萃取法係由植物根部吸收土壤中污染物 (重金屬及 有機物)，將土壤中污染物及傳輸至植體各部位累積，經過一段時間吸收 後，並將植體移除處理，一般以焚化或掩埋為主要之處理措施，期間需 評估植物生長速率及收割時間，避免植體死亡，造成重金屬再釋出環境 而導致二次污染( Yoon et al., 2006; Rafati et al., 2011 )。 (2) 植物穩定化法：植物穩定化係透過植物根部組織作用，將有機物及重 金屬濃縮、重金屬吸附於根部等。以減少污染物之生物有效性 (bioavailability) 及傳輸性，使污染物可進一步在環境中分解或於空中揮 發( Barceló and Poschenrieder, 2003; Ghosh and Singh, 2005; Yoon et al., 2006; Wuana and Okieimen, 2011 )。 (3) 根部濾除法:根部濾除法係利用植體根部吸收、濃縮界質中之重金 屬。根部過濾效果最為明顯係禾本科植物，其根部具有快速生長及擁有 較大之表面積( Mukhopadhyay and Maiti, 2010 )。. 10.
(27) 為提昇植生復育處理重金屬污染之效率，應選擇之植體為具重金屬吸 收率高、高累積於易收割部位，且能生長迅速並具有高植體量種類。 (Salt et al., 1998) 指出植生復育技術之發展有兩大基本之策略，即利用超量累 積植物 (Hyperaccumulator plants) 及藉由添加化學螯合劑增強植體吸收 之效率 (Chemical chelate-enhanced phytoextraction)。 所謂超量累積植體係指當植栽之植體其地上部位重金屬累積量高於 特定濃度，例如可吸收重金屬 Cd 100 mg/kg，但是植體累積的 Cd 含量 超過 100 mg/kg，那此植物就為 Cd 的超量累積植體 (Schmidt et al., 2003)，而超量累積植物種類通常生長緩慢及植物體增生量較小 (Baker and Brooks, 1989; Brown et al., 1994)。關於傳統天然植生復育與藉由添加 化學藥劑添加強化植生復育法比較如表 5 所示。. 11.
(28) 表 5.天然植生復育法與化學藥劑添加強化植生復育法差異之比較 方法. 傳統天然植生復育法. 化學藥劑添加強化植物萃取. (Naturally. 法(Chemical assisted. phytoextraction). phytoextraction). 採用超量攝取植物. 植體通常可進行重金屬環境. 差異分析 植物選擇. 下存活 生長速率. 生長緩慢與低植物體增 快速增長與高植物體增生量 生量. 吸收途徑. 藉由植體自身吸收能力 藉由添加化學螯合劑或有機 進行土壤重金屬之吸收. 傳輸效率. 酸添加以增進植物吸收效果. 植體能有效地將重金屬 藉由添加化學螯合劑去有效 由根部傳輸至莖/葉部. 改善重金屬於植體部位之吸 收或傳輸效果. 金屬毒耐性. 植體能有效地吸收重金 植體對重金屬耐受性較低，當 屬，並於高金屬濃度之情 過 多 之 重 金 屬 累 積 於 植 體 形下仍能存活. 時，將會導致其死亡. 二 次 污 染 的 可藉由改善操作條件而 金屬與螯合劑產生之錯合物 產生. 增進處理效果. 有可能造成土壤地下水污染 之風險 資料來源：Meers et al. (2007). 12.
(29) 雖利用大面積種植超量累積植物可克服低植物體質量問題，儘管其對 重金屬累積量較差，則運用快速生長及生物量大之植物可能較為適合， 尤其經由螯合劑的添加，可增加植物對重金屬之吸收及傳輸。藉由螯合 劑強化植生復育法有兩項主要機制，一為增強土壤重金屬之移動性及傳 輸性，二為植物植體對金屬-螯合劑錯合物之吸收與轉移。添加螯合劑改 善植體萃取之效率，提昇植物吸收重金屬效率及植體根莖部位傳輸性。 可達到增加重金屬移動性以及提升重金屬於根部與地上收割部位之傳 輸，被錯合之重金屬錯合物，可被根部累積並有效傳輸至植物之地上部 位。. 13.
(30) 2.1.1 植生復育之植種物選擇(向日葵) 為因應綠色永續整治技術，使用屬於能源作物之向日葵作為植生復育 之植種物，向日葵(學名:Helianthusannus Linn. )，屬於草本植物的一種， 適合於氣溫 21-25°C 下栽種，而台灣 3 至 12 月平均溫度均在 18°C 以上， 因此全年都適合向日葵之栽種，並且向日葵用途廣泛，可用於栽種觀賞 用途，而種子部位還可以做成油品或其他副產品。 由於傳統植生復育過程中，當植物種植於土壤進行復育一段時間或死亡 後，會將植物地上部份(莖及葉部)去除並利用焚化將植體燃燒，避免植體 之重金屬再次轉移至環境中。而為了使植體在去除後還能有後續再利用 的用途，於是選擇了能源作物之向日葵來進行植生復育，不僅能達到污 染重金屬的整治效果，且能再利用。(Skoulou et al., 2011)研究種植向日 葵、油菜、大豆、棉四種作物，來比較植體收成後提煉之生質柴油之含 量，其結果如下表 6 所示。 表 6.四種作物(棉、向日葵、大豆、油菜)產量、含油量與石油產量比較 作物. 產量(噸/公頃). 含油量(%). 石油產量(噸/公 頃). 棉. 9.93. 14.79. 5.9. 向日葵. 7.2. 42.46. 10.46. 大豆. 13.2. 20.9. 7.58. 油菜. 7.2. 42.6. 8.52 資料來源: Skoulou et al. (2011). 14.
(31) 所以最後在於生質柴油之產量上，最高為向日葵，次之是油菜，最後 則分別為大豆與棉，故向日葵以經濟效益來說較適合用來製成生質柴 油，且能對污染土壤之整治效果並於植體去除後達到再利用之效益。. 15.
(32) 2.1.2 植生復育有效係數 為評估植生復育技術應用於受重金屬污染土壤之整治效益，常利用植 物 生 物 濃 縮 係 數 (Bioconcentration factor, BCF) 、 植 物 傳 輸 係 數 (Translocation factor, TF) 及 植 生 復 育 有 效 係 數 (Phytoremediation efficiency factor, PEF) 評析，其係數分述如下： BCF . C root C soil. TF . C shoot C root. PEF . Cshoot BCF TF Csoil. 其中，Csoil 為土壤重金屬濃度，Croot 為植體地下部位 (根部) 重金屬濃度， Cshoot 為植體地上部位 (根部以上) 重金屬濃度。 植物生物濃縮係數(Bioconcentration factor, BCF)：主要係植體根部重 金屬累積量及土壤重金屬含量相比較，當 BCF 值越高表示植物對於土壤 重金屬吸收攝取效益越佳。 植生復育需搭配適切收割植體方能將重金屬 污染物由污染土壤移除，故當植體具有良好之傳輸能力即將重金屬傳送 於莖葉部位，有助於植生復育之後續收割，因而植體莖葉部位生物質量 重金屬累積越大，採收之植體可除之重金屬則越大。 植物傳輸係數(Translocation factor, TF)：TF 係將植體地上部位 (莖及. 16.
(33) 葉部)及植體地下部位 (根部)重金屬含量相比較，探其植體重金屬由根至 莖葉表面可收割部分之傳輸性，TF 值越大表示植物對於重金屬之由根至 莖葉傳輸能力越佳。 植生復育有效係數(Phytoremediation efficiency factor, PEF)：其係由植 物生物濃縮係數與植物傳輸係數之乘積，其 PEF 值越大則表示植生復育 整體效果越佳。. 17.
(34) 2.2 重金屬簡介 在自然環境中原本就存在重金屬，但其濃度不至於影響人體健康或對 環境造成污染。其中重金屬主要分為以下八種，分別為銅、鋅、鉛、鉻、 鎘、汞、鎳、砷。且有部分重金屬是生物體內所需要的微量元素，例如： 鐵、錳、銅、鋅、鎳( Cempel and Nikel, 2006; Göhre and Paszkowski, 2006 )。 而也有重金屬是環境中不需要並且對生物體有傷害的，例如：鎘、鉛、 砷、汞、鉻(Peng et al., 2009; Dabonne et al., 2010 )。當重金屬濃度過高時， 首先影響的是土壤中微生物的活性( Khan et al., 2010 )，接著種植作物會 經由植體根部吸收將重金屬累積至植體，當人們將植體食入身體，會於 體內進行累積，接著影響身體機能的正常運作，造成身體的病變進而造 成死亡。 重金屬會以各種化學型態存在於環境中，因此進入生態系統內，並且 經由食物鏈不斷的轉移、累積或停留，使得生物體內重金屬濃度提高且 重金屬在生物體內難以被分解。重金屬進入生物體中有許多途徑，例如 透過攝食、呼吸或是直接接觸的途徑進入生物體中，重金屬對生物體而 言是容易累積在大腦、腎臟等器官，因人體來說，當重金屬進入人體會 與我們的細胞或蛋白質結合而產生突變，逐漸損壞人體器官，產生疾病 死亡。 然而不同產業，經由不同的製程工序及後續產品的不同處理程序，導 致生物體與環境危害的程度與範圍也不相同。表 7 則為各種重金屬經由 不同人為方式排放至環境中的過程。. 18.
(35) 表 7. 各種重金屬經由不同人為方式排放至環境中的過程 重金屬. 來源. 參考文獻. 銅. 農藥使用和化學肥料. Thangavel Subbhuraam,2004. 鉛. 含鉛汽油、電池製造和殺蟲劑. Salem et al., 2000 and Pulford and Watson, 2003. 鉻. 皮革製造、飛灰、礦區生產. 鎘. 油漆和顏料、塑料穩定劑、電. Khan et al.,2007 Khan et al.,2007. 鍍廢水 鎳. 工業廢水排放和電池製造、電 鍍廢水. 砷. Wuana and Okieimen, 2011 and Rodrigues et al., 2012. 農藥使用和防腐劑添加. Thangavel and Subbhuraam, 2004. 關於重金屬的毒性，其各種重金屬對人體的傷害也不同，如下表 8 所示。. 19.
(36) 表 8. 不同重金屬對人體造成的傷害 重金屬. 對人體影響. 參考文獻. 銅. 造成腦和腎功能受損、肝硬化、慢 性貧血、胃和腸道刺激. 鋅. 引起頭暈和疲勞. Salem et al., 2000 and Wuana and Okieimen, 2011 Salem et al., 2000, Padmavathiamma and Li, 2007, Wuana and Okieimen, 2011 and Iqbal, 2012. 鉛. 發育遲緩、智力降低、短期記憶喪 失、學習障礙、腎功能衰竭、心血 管疾病風險增加。 造成脫髮 致癌性、致突變性、致畸形、內分 泌干擾失調、腎功能衰竭和慢性貧 血 過敏性皮膚炎、肺、鼻、鼻竇、咽 喉和胃癌、具神經毒性、肺炎、腎 和肝病變、脫髮、具生殖毒性. 鉻 鎘. 鎳. 砷. 干擾身體基本細胞 ATP 合成. 20. Hess and Schmid, 2002 Salem et al., 2000 Degraeve, 1981, Salem et al.,2000 and Awofolu, 2005 Salem et al., 2000, Khan et al., 2007, Das et al., 2008, Duda-Chodak and Baszczyk, 2008 and Mishra et al., 2010 Tripathi et al., 2007.
(37) 2.3 可生物分解螯合劑(Ethylenediaminedisuccinic acid, EDDS) 近年來在土壤下所使用之天然螯合劑種類有檸檬酸、乙酸、草酸和可 生 物 可 分 解 螯 合 劑 種 類 EDDS(Ethylenediaminedisuccinic acid) 與 NTA(Nitrilotriacetic acid)其中生物可分解螯合劑近年來已被廣泛使用並 取代化學螯合劑 EDTA 。且相對於化學螯合劑 EDTA 對於環境的的影響 較少(Luo et al., 2006)。以及大多數研究顯示生物可分解螯合劑種類 EDDS 在土壤中的半衰期是 2-8 天(Meers et al., 2005; Tandy et al., 2006)。 表 9. EDDS 之相關資料 EDDS O. OH H N. 結構式. N H O. ONa+. O ONa+. O O-. Na+. ethylenediaminedisuccinic 全名 acid 中文名稱. 二乙胺琥珀酸. 分子式. C10H13N2Na3O8. 分子量 292.24 (g/mol) pka. 2.4*, 3.9, 6.8, 9.8 資料來源：Wang et al. (2007). 21.
(38) 2.3.1 螯合劑應用於植生復育法 近年來螯合劑應用於植生復育法的研究中，許多利用可生物分解螯合 劑EDDS去替代化學螯合劑EDTA於添加植體吸收重金屬之螯合劑使用 (Meers et al., 2005; Lo et al., 2011) 。 (Hseu et al., 2013) 利用菠菜復育重金屬Cd，研究結果顯示添加可生物 分解螯合劑EDDS與NTA可以有效增加菠菜吸收重金屬Cd的吸收量，其 吸收量可接近超量累積植物重金屬Cd(100mg/kg)的吸收量。 (Meers et al., 2007) 利用柳樹復育受重金屬Cd、Cr、Cu、Ni、Pb及 Zn 污染土壤之可行性，添加可生物分解螯合劑EDDS針對三種不同污染程度 土壤進行植生復育整治實驗，結果顯示植體對於鎘及鋅有較高之吸收效 果，在高濃度重金屬土壤中，添加可生物分解螯合劑EDDS與控制組相較 下，植體莖部重金屬鎘之含量可提升60%、葉部則可提升35%。於廢礦場 土壤中，莖與葉部則能分別提升97%及45%。而添加可生物分解螯合劑 EDDS對於植體無法增加植體質量，推測其原因可能為重金屬吸收過多造 成生物毒害性，但並非EDDS為可生物分解之螯合劑對植體生長就不會有 其毒害性。 (Luo et al., 2005) 探討可生物分解螯合劑EDDS及EDTA化學螯合劑 添加至重金屬污染土壤下對小麥及豆子吸收重金屬鉛及鎘效益之影響， 結果顯示添加EDDS效果較EDTA差，其原因為可生物分解螯合劑EDDS 具生物迅速降解性，可生物分解螯合劑EDDS之重金屬錯合物之生物降解. 22.
(39) 能力，其降解能力由高至低分別為Cd >Pb> Zn > Cu，即Cd與Pb之可生物 分解螯合劑EDDS錯合物被植體吸收前已被生物分解。. 23.
(40) 2.4 植物生長激素(Gibberellin acid, GA3)介紹與應用 植 物 生 長 激 素 廣 泛 用 於 協助 植物生長並增進植物植體之植體 量 (Tassi et al., 2008)，因此若整合植物激素與螯合劑應用於強化植生復育受 重金屬污染土壤應具有良好成效。一般而言植物生長激素可分為生長素 (例如 Indole-3-acetic acid, IAA、Indole-3-butyric acid, IBA 等)、吉貝素 (文 獻指出約有 125 種，其中最常見者為 Gibberellic acid, GA3)、細胞分裂素 (cytokinins, CK) 及離層酸（abscisic acid, ABA）等。 吉貝素 Gibberellin (GA)普遍存在於被子植物和真菌。產生於植物體 內，根尖、莖頂的分生組織以及嫩葉和種子部位的胚。吉貝素可促進莖 的伸長，始植物長高，並可供種子蒙發之需，此外，吉貝素可以打破種 子休眠促進種子萌發進而促進植物開花。GA3 能促進柏科(Cupressaceae) 和杉科(Taxodiaceae)等草本植物的開花；然而對松科(Pinaceae)植物，以 極性較小的激勃素，如 GA4、GA7 和 GA9 能促進幼樹或大樹的開花。根 切(Root pruning)、形成層環剝 (Cambial girdling)、土壤水分減少 (Water stress)、低氮量(Low N nutrition) 或高溫等逆境處理亦會促進植物開花。 研究顯示激勃素配合根切處理或其他逆境處理，更能增加花芽數量。 應用方面的話則是噴灑植物生長激素 GA3 可降低重金屬對植體的毒 害性，有學者研究指出噴灑植物生長激素 GA3 能夠使重金屬鋁降低番茄 植體的毒害性並能有效使植體成長(Khan et al., 2015)並有研究指出噴灑 植物生長激素 GA3 於向日葵葉部可有效提升植體累積重金屬 Pb 之能力 (Hadi et al., 2010)。. 24.
(41) 表 10. GA3 相關物化特性暨其應用表 GA3. CO. 結構式. OH HO H3C. COOH. 全名. Gibberellic acid. CAS No.. 77-06-5. 中文名稱. 勃激素 A3. 分子式. C19H22O6. 分子量 (g/mol). 346.4. 溶解度 (H2O). 5 g/L (20 ℃). logKow. 0.24. CH2. 為一植物生長激素，能促 進莖、葉的生長，提早開 農業用途. 花，促進種子、塊根、塊 莖發芽，刺激果實或種子 生長。. 資料來源:行政院農委會動植物防疫檢疫局提供之物質安全資料表. 25.
(42) 2.5 植物促生菌 (Plant growth promoting rhizobacteria, PGPR) 土壤介質中本身即存有許多豐富之微生物族群，彼此相互消長與共 生。藉由此些微生物的生長與代謝，孕育了豐富的土壤環境。其中，有 些微生物存於植體根系與土壤中，不僅可促進植體之生長，亦可幫助植 體抵禦污染物之毒害。因此，過去農業及森林業將植物促生菌 (PGPR) 應 用於促進植體數量以及植體生長及增強對毒害之容忍度。近年來，許多 學者將其應用於環境復育，尤以處理植栽於易淹區域、高溫及酸性環境 之植體 (Lucy et al., 2004)。此些微生物可區分為兩部分，分別為存活於 植體外者 (ePGPR) 與存於植體內部且可產生 nodules 者 (iPGPR)。一些 促植物生長菌 (plant growth promoting rhizobacteria, PGPR) 可藉由固氮 作用、溶解礦物質、轉化養分以產生植物荷爾蒙 (phytohormone)、鐵載 體 (siderophores) 、 1- 胺 基 環 丙 烷 -1- 羧 酸 去 胺 酶 (1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) deaminase) 以增進植體之 生長 (Glick et al., 1999)。此外，一些根細菌亦會分泌有機酸，可增加土 壤重金屬之生物有效性 (Abou-Shanab et al., 2003)。已有許多文獻指出微 生物具有協助植生復育功效之功能，例如 Pseudomonas spp. 、Bacillus spp.、Mesorhizobium sp.、Microbacterium spp.、Rhizobium spp. 、Variovorax sp.、Rhodococcus sp.、Psychrobacter spp.、Flabobacterium sp.、Sinorhizobium sp. 及 Achromobacter sp.如表 11 所示。. 26.
(43) 表 11. 助長植生復育成效之微生物 英文學名. 中文名稱. Pseudomonas spp.. 假單胞菌屬. Bacillus spp.. 桿菌屬. Mesorhizobium sp.. 中慢生根瘤菌屬. Microbacterium spp.. 微細菌屬. Rhizobium spp.. 根瘤菌屬. Variovorax sp.. 貪食菌屬. Rhodococcus sp.. 紅球菌屬 資料來源: Glick et al. (1999). 此外，值得注意得係此些促進植體生長之根系細菌與其寄主植體之間的 關係則為一種要因子。一般而言， PGPR 可藉由兩個機制 (直接與間接) 促進植體生長(Koo and Cho, 2009)： (1) 直 接 機 制 ： 包 含 藉 由 分 泌 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) deaminase 以降低乙烯之生成 (Saleem et al., 2007)，提供植體攝取 所需之生物可利用磷，空氣中之固氮作用，藉由 siderophores 以攝取鐵、 產生植物激素例如 gibberellins、cytokinins 與 auxins。 (2) 間接機制：增進植體對毒性物質之容忍性。惟值得注意得係 PGPR 僅 能於輕微至中度污染場址之處理。應用 PGPR 最主要之限制因子為其對 重金屬濃度之容忍能力。. 27.
(44) (Sheng et al., 2008) 以油菜處理受重金屬 Pb 污染之土壤，並由根系土壤 及油菜植體根部內部分離出兩種具有可忍受重金屬 Pb 之植物促生菌。藉 由 16S rDNA 基 因 序 列 分 析 鑑 定 之 內 生 菌 株 分 別 為 Pseudomonas fluorescens G10 及 Microbacterium sp. G16。此外，Microbacterium sp. G16 可分泌 IAA、siderophore 及 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) deaminase，並指出此二者顯著提升於 Pb 污染土壤之油菜生物量以及 Pb 累積量。此外，(Koo and Cho, 2009) 研究指出一植物根生菌 (plant growth-promoting rhizobacterium) Serratia sp. SY5 可做為一良好之微生 物接種體，於受重金屬污染之土壤仍能促進植體生長以增進植生復育之 成效。. 28.
(45) 2.6 土壤菌相分析 針對本研究對於土壤及植體根系微生物進行鑑定與分析，以下則針對 微生物之 Genomic DNA 鑑定、土壤 Genomic DNA 萃取與純化的操作 步驟。. 1.微生物 Genomic DNA 萃取: 從土壤中萃取微生物基因組 DNA (genomic DNA) 的方法有許多種，大 致上以 素法 (Bano and Hollibaugh, 2002) 及 (2)冷解凍法(Tselutin et al., 1999)細胞的效果最為顯著，並於後續搭 Phe589nol-Chloroform法進行 DNA萃取與分離。 2.土壤微生物Genomic DNA 之萃取及純化: 土壤中所萃取之微生物 DNA萃取液 (DNA extracts) 中若蛋白質、腐質 酸、富啡酸、金屬離子及其他干擾物的含量太高時，會阻礙聚合酶連鎖 反應之進行。故當干擾物質的濃度過高時，則必須初步進行清除干擾物 質的純化工作。若純化後仍呈現顏色，表示還有腐質酸等干擾物尚未有 效清除，須以 agarose gel electrophoresis purification 做進一步純化。步驟 依序為： a. 加入 2% PVP將 DNA 萃取液 b. loading dye混合後注入凹槽進行電泳 c. 以EtBr 染色並將 DNA從 agarose gel 上切下 d. 經DNA clean-up kit 回收可得純化之 DNA. 29.
(46) 3.聚合酶連鎖反應 (Polymerasa chain reaction, PCR): 利用溫泉菌之DNA聚合酵素(Taq polymerase)耐高溫之特性，循環升降溫 度來控制DNA聚合酵素之活性，大量複製某一目標DNA序列之方法。在 PCR反應中，微生物 genomic DNA萃取液雖經過純化之方式將干擾物去 除，但仍會有些微的殘留，因此可在PCR反應試劑中加入 bovine serum albumin (BSA) ，可以有效降低腐質酸及富啡酸等干擾物對PCR反應之干 擾。降低干擾物質可增加PCR反應中 Taq polymerase 酵素合成 DNA之 效率，此外在PCR反應中，對於產物的數量與專一性，可透過改變 DNA template，PCRbuffer 與 primer 之劑量比例，或是增加 Taq polymerase 的量，或是改變annealing的溫度條件等方式來改善。全部的步驟皆必須 於無菌操作台中完成，以避免PCR試劑遭受污染。 4.PCR產物片段純化與濃縮: 進行變形梯度膠體電泳之前，必須先將PCR產物進行純化，其目的在於 去除不完整之片段與 PCR反應未完全所剩下來之 enzyme、primer 及 dNTP 反應試劑等，此一步驟可減少DGGE電泳膠片上背景顏色之干擾因 素，使DGGE電泳膠片上條帶之對比性更強，呈現的更清晰。 5.變性梯度膠體電泳: 變性梯度膠體電泳是利用 Bio-Rad 公司出品之「The DCodeTM Universal Mutation Detection System」系統進行，條件為 10 % polyacrylamide之凝 膠(base pair separation)： 300-1000 bp ，凝 膠 之 中 具 有 30% 至 70% 變 性 梯 度(urea/formamide) 。將純化後之PCR的產物進行定量與 固定體積，加入變性梯度膠中進行變性梯度膠體電泳。進行變性梯度膠. 30.
(47) 體電泳，首先必須開啟電泳槽之加熱系統，將水槽中之 running buffer (1×TAE buffer)預熱達到60℃，如此才能使DNA在電泳進行的過程中達到 穩定溫度之梯度變性效應，隨後將液體循環系統(perist)啟動，將所製作 之變性梯度膠組放入電泳水槽中，在膠孔中注入固定體積與濃度之PCR 產物。 6.螢光染色: 為了探求最為完整的土壤中的微生物菌相，除了提高DNA的含量之外， 也提高DNA染劑偵測的靈敏度，在一般普遍的DNA染劑的偵測靈敏度的 大小上，分別是SYBR green I > Silver staining > Ethidium的靈敏度，以這 些 螢 光 染 色 處 理 時 須 避 光 處 理 ， 並 於 染 色 完 畢 後 利 用 LAS-3000 Luminescent image analyzer (FU631-JIFILM)螢光偵測系統，進行螢光激發 與影像攝取。. 31.
(48) 第三章、材料與方法 3.1 研究架構 植生復育作用原理. 相關文獻收集. 植物生長激素作用原理與應用. 能源作物之選擇. 螯合劑添加對重金屬傳輸效應. 重金屬簡介. 菌相作用原理與應用分析. 土壤基本參數分析：重. 分析方法建立. 植體分析：植體型態學(植體乾. 金屬背景值、pH、有機. 重、高度)與重金屬含量. 物含量. 土壤菌相分析 實驗儀器. AA、微波消化儀、zeta potential、PCR 等。. 探討植體各部位對重金. 向日葵植體盆栽實驗. 探討整合植物生長激素 GA3. 屬吸收量. 與可生物分解螯合劑 EDDS 對. 探討植體生長情形. 植體重金屬累積傳輸效應. 探討添加植物生長激素. 探討添加管制標準一倍濃度. 探討各別添加植物生長激素. GA3 與可生物分解螯合劑. 與兩倍濃度重金屬對植體生. GA3 可生物分解螯合劑 EDDS. EDDS 在重金屬土壤下菌. 長情形與植體重金屬各部位. 對植體生長情況與重金屬含量. 相變化. 濃度分析. 環境永續型植生復育整治法實場應用可行性評估 可瞭解可生物分解螯合劑添加對 植體生長暨重金屬攝取之影響. 結合植體型態學可瞭解植體生長情形亦 結果與討論. 可進一步推估環境永續型植生復育整治. 植物生長激素對植體生長趨勢與. 之可行性. 重金屬累積攝取相關性分析. 探討添加物質在重金屬土壤下菌相變化 建立環境永續型植生整治復育法處理土. 圖 3. 實驗架構圖. 32. 壤重金屬之最佳操作條件.
(49) 3.2 盆栽實驗 (Pot experiment) 本實驗主要方向為利用盆栽實驗，評估至未來實場應用之可行性， 針對於植物生長激素 GA3、可生物分解螯合劑 EDDS 添加對提升向日葵 植生復育受重金屬污染土壤之效益研究、並利用生物鑑定技術探討添加 植物生長激素 GA3 與可生物分解螯合劑 EDDS 在重金屬污染土壤之菌相 影響、以及整合植物生長激素 GA3 與可生物分解螯合劑 EDDS 未來應用 於模場植生整治復育之評估。 本試驗第一步驟就是將植體植栽於土壤中，先初步探討植物生長激素 GA3 與可生物分解螯合劑 EDDS 添加對於向日葵植體生長暨重金屬攝取情 形，並進一步探討植物生長激素 GA3 與可生物分解螯合劑 EDDS 對各種類 之重金屬使植物產生毒害性之情形。並針對植體之生長情況進行探討，其 能找出植物生長激素 GA3、可生物分解螯合劑 EDDS、各種類重金屬與植 體生長型態之相關性。 盆栽實驗之示意圖與操作條件如圖 4 與表 13 所示，首先實驗土壤取 自高雄大學校園內之土壤以及園藝店所訂購之一般非有機土壤，其土壤 背景參數如表 12。實驗前將每個長 70 公分×寬 30 公分大小之盆栽配置 10Kg 土壤，配置完土壤後進行重金屬 Cu、Zn、Pb、Ni 之添加。於土壤 重金屬配置方面，配置之重金屬濃度依照環保署公佈之重金屬之法規管 制標準值一倍濃度與兩倍濃度並以不使向日葵死亡為原則進行試驗，一 倍濃度分別為 Cu ( 400mg/kg )、Zn ( 2000mg/kg)、Pb ( 2000mg/kg ) 、Ni ( 200mg/kg )，兩倍濃度分別為 Cu ( 800mg/kg )、Zn ( 4000mg/kg)、Pb. 33.
(50) ( 4000mg/kg ) 、Ni ( 400mg/kg )當重金屬添加完成後，將試驗土壤自然風 乾再添加濃度 500 µmol/kg 劑量 100 ml 可生物分解螯合劑 EDDS 至試驗 土壤中至自然風乾，風乾完成後，將向日葵植體移植於實驗盆栽中，分 別於每一盆栽均植栽 4 株向日葵，向日葵的日照循環為 16 h/8 h (day/night) ，實驗期間每天早晚各噴灑一次 50ml 的植物生長激素 GA3 與水 500ml，並每半個月(15 天)對向日葵植體生長狀況進行測量與拍照紀 錄，為期一期月(30 天)。 盆栽實驗一個月後，先是針對植體生長情形做探討，並將植體採收並 分為根部和地上部 (莖、葉、花) 進行植體各部位重金屬濃度分析，評估 各種不同方法下，植體對於法規管制標準值一倍濃度與兩倍濃度之各種 重金屬污染土壤下差異性研析，探討個別添加與整合可生物分解螯合劑 EDDS 和植物生長激素 GA3 之最佳組合。. 圖 4. 盆栽實驗示意圖. 34.
(51) 表 12. 實驗土壤背景參數表 土壤參數. 低有機質土壤. pH. 6.73 ± 0.16. 有機物 (%). 4.16 ± 0.27 %. 土壤重金屬銅背景濃度 (mg/kg). 87.1 ± 5.6. 土壤重金屬鋅背景濃度 (mg/kg). 133.5 ± 7.3. 土壤重金屬鉛背景濃度 (mg/kg). 0 ± 0.01. 土壤重金屬鎳背景濃度 (mg/kg). 9.2± 1.1. 35.
(52) 表 13. 盆栽實驗操作條件表 參數項目. 實驗條件. 栽種植體. 向日葵 (Helianthus annuus ). 重金屬濃度. Cu(400mg/kg)、Zn( 2000mg/kg)、 Pb( 2000mg/kg) 、Ni ( 200mg/kg ). 重金屬濃度. Cu(800mg/kg)、Zn( 4000mg/kg)、 Pb( 4000mg/kg) 、Ni ( 400mg/kg ). GA3濃度. 10-8mol/kg. EDDS濃度. 500 µmol/kg. GA3劑量. 50ml/次. EDDS劑量. 100ml. 澆灌水量. 500ml/次. 光照. 16 h/8 h day/night cycle. 試驗時間. 30天. 盆栽尺寸. 長70cm×寬30cm. 36.
(53) 3.3 重金屬分析 盆栽實驗之土壤係以王水消化進行土壤總重金屬 Cu、Zn、Pb 及 Ni 之萃取，將土壤以烘箱 104℃ 烘乾，經 20 號篩過篩後，取過篩後之土 壤 0.5 g 以濃硝酸及濃鹽酸體積分別為 3.0 mL 及 9.0 mL 混合利用微波消 化儀 (MarsX microwave) 進行微波消化，再以原子吸收光譜儀(Atomic Absorption Spectrophotometer (AA), Perkin Elmer, AAnalyst 200)分析。 盆栽實驗之向日葵植體將區分為根、莖、葉、花之各向日葵植體部位 並以烘箱 104℃ 烘乾 24 小時後再擺放至室溫下使其烘乾之植體溫度降 至室溫，再將其研磨細碎，取 0.5 g 植體添加濃硝酸及濃鹽酸體積分別為 5.5 mL 及 0.5 mL，以微波消化儀(MarsX microwave)進行消化萃取後，再 以原子吸收光譜儀(Atomic Absorption Spectrophotometer (AA), Perkin Elmer, AAnalyst 200) 分析之。微波輔助消化之參數設定如表 14 所示。. 表 14. 微波消化儀參數設定 Power (W). Ramp (min). Temperature (oC). Hold time (min). 土壤全量萃取. 1600 (75%). 15:00. 200. 15:00. 序列萃取(末段). 1600 (75%). 15:00. 200. 15:00. 植體萃取. 1600 (75%). 15:00. 200. 15:00. *. ( ) 內數值表示微波消化儀之實際輸出功率; 此外，當其升溫至 200 oC，. 維持 15 min，便開始降溫。. 37.
(54) 3.4 菌相分析 1.變性梯度膠體電泳(DGGE) 變性梯度膠體電泳是利用 Bio-Rad 公 司 出 品 之 「 The DCodeTM Universal Mutation Detection System」系統進行。本實驗使用 Bio-Rad 公司「Model 475 Gradient Delivery System」作為製作膠片的設備。變性 梯度膠體的條件為，10% polyacrylamide 的凝膠(base pair separation： 300-1000 bp)，凝膠之中具有 35-57.5%變性梯度(urea/formamide)，其實驗 步驟如下。 土壤採樣為添加兩倍管制標準值濃度重金屬銅、鋅、鉛及鎳之盆栽 實驗中向日葵植體收割完分別採樣 100g 土壤，再均勻混合採樣之土壤後 取出 100g 為樣品進行菌相分析，實驗時將各別將玻璃以酒精清潔乾淨 後，置於已鋪放好海綿之架膠台上，以夾子固定並鎖緊。接著配製底層 膠，將 0.1g 10%APS 以 1mL 去離子水配好備用，依序將藥品加入到離心 管: Urea 1.68 g、Foramide 1.6 mL、Acrylamide/Bis 1.2 mL、50X TAE buffer 0.1 mL、加入 ddH2O 到 16 mL、TEMED 5.3 μL、10％APS 53 μL，配好 後搖勻，加 1600μl 到玻璃膠台內，再加入 1600 μL Isopropanol 壓膠等約 30 分鐘，待底層膠凝固後將 Isopropanol 倒掉。接著配製兩種不同濃度之 上 層 膠 ， 分 別 是 35 % 上 層 膠 ： Urea 2.52 g 、 Foramide 2.40 mL 、 Acrylamide/Bis 2.4 mL、50X TAE buffer 0.32 mL、加入 ddH2O 到 16 mL、 TEMED 6.4 μL、10％APS 64 μL 與 57.5 %上層膠：Urea 3.86 g、Foramide 3.68. mL、Acrylamide/Bis 2.4 mL、50X TAE buffer 0.32 mL、加入 ddH2O. 到 16 mL、TEMED 6.4 μL、10％APS 64 μL，配好後搖勻插入冰中保持低. 38.
(55) 溫環境。兩個濃度膠體配好後分別加入針筒內，將針筒架在推膠台上準 備進行推膠，推膠時間大約在 15 分鐘內左右，推完膠後將齒梳插入後每 個 well 再加入少許的 APS 幫助其凝固，約兩小時後待上層膠凝固後將齒 梳拔起，以 ddH2O 清洗並用針筒加 well 內的水吸取乾淨，架在檯子上準 備將 PCR 的產物加到 well 內。 將純化後的 PCR 的產物進行定量與固定體積，加入變性梯度膠中， 進行變性梯度膠體電泳。首先開啟電泳槽的加熱系統，將水槽中的 running buffer (1×TAE buffer) 預熱達到溫度 60℃，如此才能使 DNA 在電泳進行 的過程中達到穩定溫度的梯度變性效應，隨後將液體循環系統(perist)啟 動，將所製作的變性梯度膠組放入電泳水槽中，注入與 loading dye 混合 的 PCR 產物至變性梯度膠體上的凹槽中，以較低的電壓 65 volt，在溫 度 60℃的實驗條件下進行電泳 14.5 hr。. 2.SYBR greenⅠ螢光染色 為了探求最為完整的土壤中的微生物菌相，所以除了提高 DNA 的含 量外，也提高 DNA 染劑偵測的靈敏度。在一般普遍的 DNA 染劑的偵測 靈敏度的大小上，分別是 SYBR green Ⅰ> Silver staining > Ethidium bromide 的靈敏度。因此本實驗採取 SYBR greenⅠ螢光染色的方式(Bano and Hollibaugh, 2002; Seghers et al., 2004)。將變性梯度膠體於電泳系統中 仔細取出，放置於平底盤中，用去離子水清洗三次以上。後隨即進行 SYBR greenⅠ螢光染色，將變性梯度膠體放入 200 mL 1X TAE buffer solution 中，加入 20 μL SYBR greenⅠ(amresco)，以 150 rpm 搖晃反應 1 hr。在進. 39.
(56) 行 SYBR greenⅠ進行染色時必須以避光處理。染色完畢利用 LAS-3000 Luminescent image analyzer (FUJIFILM) 螢光偵測系統，進行螢光激發與 影像攝取。. 40.
(57) 第四章、 結果與討論 4.1 盆栽實驗 土壤重金屬濃度與植體生長差異相關性探討 為了找出最好的植生復育操作參數，藉由 文獻顯示（Yeh et al., 2015） ，最佳濃度為濃度 10-8M 下，能有效提昇植體生長高度與重金屬從 植物根部轉移至地上部的累積量，並添加可生物分解螯合劑 EDDS 進行 相互比較。 首先分別在添加法規管制標準值一倍濃度與兩倍濃度重金屬銅、鋅、 鉛、鎳土壤下進行盆栽實驗，總共分為五組，分別為 Control(無任何添加 物的土壤)組、單純添加重金屬組、添加可生物分解螯合劑 EDDS 組、添 加植物生長激素 GA3 組、添加可生物分解螯合劑 EDDS+植物生長激素 GA3 組。. 4.1.1 盆栽實驗 管制標準值一倍重金屬濃度與植體生長相關性 探討 第一是添加法規管制標準值一倍濃度重金屬銅之土壤下生長的向日 葵進行探討，從圖 5~圖 9 由左至右分別為向日葵第 1 天、第 15 天、第 30 天生長情形，先由植體高度來進行比較，添加可生物分解螯合劑 EDDS+植物生長激素 GA3 組可生長至 37cm 、添加可生物分解螯合劑 EDDS 組可生長至 29 cm、添加植物生長激素 GA3 組可生長至 35 cm、單 純添加重金屬 Cu 組可生長至 31 cm ，Control(無任何添加物的土壤)組可 生長至 33 cm。. 41.
(58) 由各組別總生長高度比較圖(圖 10)與各組別植體量表(表 15)可發現單 純添加植物生長激素 GA3 組別之生長高度與植體量高於單純添加重金屬 Cu 的組別，證明添加植物生長激素 GA3 有效促使植體生長，然而添加可 生物分解螯合劑 EDDS 組之生長高度與植體量與其他組別比較是相對較 矮小，由於文獻顯示螯合劑可增加植體對重金屬的吸收量但會增加植體 的毒害性，所以添加可生物分解螯合劑 EDDS 組之植體高度與植體量相 對於其他組別相對矮小，然而添加可生物分解螯合劑 EDDS+植物生長激 素 GA3 組之植體高度與植體量高於添加可生物分解螯合劑 EDDS 之組 別，證明添加植物生長激素 GA3 可有效抵抗添加可生物分解螯合劑 EDDS 對向日葵植體造成的生長影響。. 所以在法規管制標準值一倍濃度重金屬銅污染之土壤下進行植生復 育，以植物生長高度與植體量比較後最適合應用於的組別為添加可生物 分解螯合劑 EDDS+植物生長激素 GA3 組。. 42.
(59) 第1天. 第 15 天. 第 30 天. 圖 5. 盆栽實驗 Control 組前後生長差異圖. 第1天. 第 15 天. 第 30 天. 圖 6. 盆栽實驗 單純重金屬 Cu 組前後生長差異圖. 第1天. 第 15 天. 第 30 天. 圖 7. 盆栽實驗 EDDS 組前後生長差異圖. 43.
(60) 第1天. 第 15 天 圖 8. 盆栽實驗. 第1天 圖 9. 盆栽實驗. 圖 10. 盆栽實驗. 第 30 天. GA3 組前後生長差異圖. 第 15 天. 第 30 天. EDDS+ GA3 組前後生長差異圖. 重金屬 Cu 各組別總生長高度比較圖. 44.
(61) 表 15. 盆栽實驗 重金屬 Cu 各組植體量比較表 組別. 總生長高度. 植體量. EDDS+ GA3. 37cm. 23.76±1.39g. EDDS. 29cm. 13.56±1.08g. GA3. 35cm. 19.71±0.73g. Cu. 31cm. 15.08±0.57g. Control. 33cm. 16.94±0.49g. 45.
(62) 第二是添加法規管制標準值一倍濃度重金屬鋅之土壤下生長的向日 葵，從圖 11 至圖 15 由左至右分別為向日葵第 1 天、第 15 天、第 30 天 生長情形，由植體高度來進行比較，添加可生物分解螯合劑 EDDS+植物 生長激素 GA3 組可生長至 44cm 、添加可生物分解螯合劑 EDDS 組可生 長至 32cm、添加植物生長激素 GA3 組可生長至 41 cm、單純添加重金屬 Zn 組可生長至 33 cm ，Control(無任何添加物的土壤)組可生長至 33 cm。. 由各組別總生長高度比較圖(圖 16)得知，在添加法規管制標準值一倍 濃度重金屬鋅之土壤添加可生物分解螯合劑 EDDS 會抑制植體的生長， 其中添加可生物分解螯合劑 EDDS+植物生長激素 GA3 之組別在生長高度 上，明顯高於其他組別許多，並且在添加法規管制標準值一倍濃度重金 屬鋅之土壤下添加可生物分解螯合劑 EDDS 還是能使植體生長至一定高 度，證明了在重金屬鋅對於向日葵植體本身毒害性不大且在法規管制標 準值一倍濃度重金屬鋅之土壤下生長的向日葵添加植物生長激素 GA3 能 確實有效抑制螯合劑對抑制植體生長的缺點。. 所以在法規管制標準值一倍濃度重金屬鋅污染之土壤下進行植生復 育，以植物生長高度與植體量比較後最適合應用於的組別為添加可生物 分解螯合劑 EDDS+植物生長激素 GA3 組。. 46.
(63) 第1天 圖 11. 盆栽實驗. 第1天. 第 15 天. 第 30 天. Control 組前後生長差異圖. 第 15 天. 第 30 天. 圖 12. 盆栽實驗 單純重金屬 Zn 組前後生長差異圖. 第1天 圖 13. 盆栽實驗. 第 15 天. 第 30 天. EDDS 組前後生長差異圖. 47.
(64) 第1天. 第 15 天 圖 14. 盆栽實驗. 第1天. 圖 16. 盆栽實驗. GA3 組前後生長差異圖. 第 15 天. 圖 15. 盆栽實驗. 第 30 天. 第 30 天. EDDS+ GA3 組前後生長差異圖. 重金屬 Zn 各組別總生長高度比較圖. 48.
(65) 表 16. 盆栽實驗 重金屬 Zn 各組植體量比較表 組別. 總生長高度. 植體量. EDDS+ GA3. 44cm. 33.68±2.47g. EDDS. 32cm. 24.73±1.38g. GA3. 41cm. 30.81±0.92g. Zn. 37cm. 19.14±0.67g. Control. 33cm. 16.94±0.49g. 49.
(66) 第三是在添加法規管制標準值一倍濃度重金屬鉛之土壤下生長的向 日葵，從圖 17 至圖 21 由左至右分別為向日葵第 1 天、第 15 天、第 30 天生長情形，由植體高度來進行比較，添加可生物分解螯合劑 EDDS+植 物生長激素 GA3 組可生長至 38cm 、添加可生物分解螯合劑 EDDS 組可 生長至 26cm、添加植物生長激素 GA3 組可生長至 34 cm、單純添加重金 屬 Pb 組可生長至 33 cm， Control(無任何添加物的土壤)組可生長至 33 cm。. 由各組別總生長高度比較圖(圖 22)得知，在添加法規管制標準值一倍 濃度重金屬鉛之土壤下添加可生物分解螯合劑 EDDS 組之生長高度明顯 低於添加植物生長激素 GA3 組與添加可生物分解螯合劑 EDDS+植物生長 激素 GA3 組，所以在法規管制標準值一倍濃度重金屬鉛污染之土壤下生 長的向日葵添加植物生長激素 GA3 能確實有效抑制螯合劑對抑制植體生 長的缺點，除此之外，添加可生物分解螯合劑 EDDS 組之生長高度低於 了單純添加重金屬鉛的組別，說明了添加螯合劑雖可增加向日葵對重金 屬的吸收量但也增加了對於向日葵植體的毒害性。. 所以在法規管制標準值一倍濃度重金屬鉛污染之土壤下進行植生復 育，以植物生長高度與植體量比較後最適合應用於的組別為添加可生物 分解螯合劑 EDDS+植物生長激素 GA3 組。. 50.
(67) 第1天 圖 17. 盆栽實驗. 第1天. 第 15 天. 第 30 天. Control 組前後生長差異圖. 第 15 天. 第 30 天. 圖 18. 盆栽實驗 單純重金屬 Pb 組前後生長差異圖. 第1天 圖 19. 盆栽實驗. 第 15 天. 第 30 天. EDDS 組前後生長差異圖. 51.
(68) 第1天. 第 15 天 圖 20. 盆栽實驗. 第1天. 圖 22. 盆栽實驗. GA3 組前後生長差異圖. 第 15 天. 圖 21. 盆栽實驗. 第 30 天. 第 30 天. EDDS+ GA3 組前後生長差異圖. 重金屬 Pb 各組別總生長高度比較圖. 52.
(69) 表 17. 盆栽實驗 重金屬 Pb 各組植體量比較表 組別. 總生長高度. 植體量. EDDS+ GA3. 38cm. 18.98±1.04g. EDDS. 26cm. 11.94±0.66g. GA3. 34cm. 15.37±0.89g. Pb. 29cm. 12.94±0.39g. Control. 33cm. 16.94±0.49g. 53.
(70) 最後是添加法規管制標準值一倍濃度重金屬鎳之土壤下生長的向日 葵，從圖 23 至圖 27 由左至右分別為向日葵第 1 天、第 15 天、第 30 天 生長情形，由植體高度來進行比較，添加可生物分解螯合劑 EDDS+植物 生長激素 GA3 組可生長至 37cm 、添加可生物分解螯合劑 EDDS 組可生 長至 26cm、添加植物生長激素 GA3 組可生長至 34 cm、單純添加重金屬 Ni 組可生長至 29cm ，Control(無任何添加物的土壤)組可生長至 33 cm。. 由各組別總生長高度比較圖(圖 28)得知，在添加法規管制標準值一倍 濃度重金屬鎳之土壤添加可生物分解螯合劑 EDDS 會抑制植體的生長， 其中添加可生物分解螯合劑 EDDS+植物生長激素 GA3 組與添加植物生長 激素 GA3 組別在生長高度上，明顯高於添加可生物分解螯合劑 EDDS 組 與添加單純重金屬鎳組許多，所以在添加法規管制標準值一倍濃度重金 屬鎳之土壤添加可生物分解螯合劑 EDDS 確實會抑制植體的生長，另外 添加法規管制標準值一倍濃度重金屬鎳之土壤中添加單純重金屬 Ni 組與 前項探討之添加法規管制標準值一倍濃度重金屬銅與鋅土壤下的單純添 加重金屬之組別相比下都相對矮小，說明了重金屬鎳對植體的毒害性比 重金屬銅與鋅高。. 所以從各重金屬 Ni 各組別總生長高度比較圖(圖 28)與重金屬 Ni 各組 植體量比較表（表 18）得知在法規管制標準值一倍濃度重金屬鎳污染之 土壤下進行植生復育，以植物生長高度與植體量比較後最適合應用於的 組別為添加可生物分解螯合劑 EDDS+植物生長激素 GA3 組。. 54.
(71) 第1天. 第 15 天. 圖 23. 盆栽實驗. 第1天 圖 24. 盆栽實驗. 第 30 天. Control 組前後生長差異圖. 第 15 天. 第 30 天. 單純重金屬 Ni 組前後生長差異圖. 第1天 圖 25. 盆栽實驗. 第 15 天. 第 30 天. EDDS 組前後生長差異圖. 55.
(72) 第1天. 第 15 天 圖 26. 盆栽實驗. 第1天. 圖 28. 盆栽實驗. GA3 組前後生長差異圖. 第 15 天. 圖 27. 盆栽實驗. 第 30 天. 第 30 天. EDDS+ GA3 組前後生長差異圖. 重金屬 Ni 各組別總生長高度比較圖. 56.
(73) 表 18. 盆栽實驗 重金屬 Ni 各組植體量比較表 組別. 總生長高度. 植體量. EDDS+ GA3. 37cm. 21.98±1.67g. EDDS. 26cm. 12.08±0.73g. GA3. 34cm. 17.85±1.06g. Ni. 29cm. 14.16±0.88g. Control. 33cm. 16.94±0.49g. 57.
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