五氯酚在根際土壤中的積累、分布、消減行為及其對微生物群落結構的影響研究.pdf

1、隨著工農業(yè)生產特別是高度集約化農業(yè)的迅猛發(fā)展,各種化學污染物從多種渠道進入人們賴以生存和發(fā)展的土壤環(huán)境,其中毒性高、環(huán)境釋放率大、影響面廣的持久性有機污染物(Persistent Organic Pollutants,POPs)由于其具有致癌、致突變和致畸作用而備受關注。其中五氯酚(Pentachlorophenol,PCP)是具有代表性的一類持久性有機污染物,PCP被廣泛用作稻田的殺菌劑、除草劑等,對農產品質量和人體安全構成威脅。因此

2、,研究PCP在水稻根-土界面的行為對PCP污染土壤的修復具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
　　 本論文以PCP為目標污染物,水稻為供試作物,采用新型Clark徼電極法,研究了控制條件下水稻根-土界面的供氧量、pH及Eh的動態(tài)變化;采用盆栽實驗,研究了PCP降解的二種中間產物3,5-DCP(3,5-二氧酚)、2,4,6-TCP(2,4,6-三氯酚)和PCP對水稻葉片和根細胞中抗氧化酶、過氧化物酶、細胞微結構變化及其消減脫氯過程的影響:采

3、用特殊的多隔層三室根箱法,研究了PCP在水稻厭氧-好氧根際環(huán)境中的降解行為:為了進一步了解水稻根系在促進PCP消減過程中的作用,我們繼續(xù)采用根箱法,對水稻根際環(huán)境中的PCP不同提取態(tài)和徼生物群落結構的變化進行了深入探討,獲得如下主要結果:
　　 (1)利用Clark徼電極,監(jiān)測了控制條件下水稻根系泌氧量、pH及Eh的動態(tài)變化,48小時連續(xù)監(jiān)測結果表明。水稻根系通氣組織釋放的氧氣是影響根際pH、Eh變化的重要因素。我們發(fā)現(xiàn),在光強

4、為48500 Lux的中午12:30-13:00時,水稻根際的氧氣濃度(88％)顯著高于其它時間段,同時,Eh也表現(xiàn)出較高的水平(230.43mv)。水稻根系氧氣濃度和Eh的變化顯著影響根際的pH。當光強為0的夜間21:00時,水稻根際的氧氣濃度最低,僅為0.41%。夜間23:00,由于根際氧氣的不斷擴散和消耗,Eh最低(138.76mv)。此外,我們發(fā)現(xiàn)控制光強條件下。水稻根系的氧氣舍量顯著不同于自然光照條件。當光照強度控制為1600

5、0 Lux時的最大氧氣含量僅為35%,明顯低于自然光照條件。
　　 (2)分別以3,5-DCP、2,4,6-TCP和PCP為研究對象。探討了不同污染物在水稻根際中的降解行為,并于20天、40天采樣時期研究了3,5-DCP、2,4,6-TCP和PCP脅迫對水稻葉片和根細胞中抗氧化酶、過氧化物酶及細胞微結構變化的影響。結果表明,受3,5-DCP脅迫,水稻葉片和根系細胞的細胞膜受到嚴重損害,葉和根中MDA活性顯著高于對照處理,分別為3

6、3.60和41.80 nmol(gfw)-1。SOD、POD及APX活性也表現(xiàn)出于MDA相同趨勢,均顯著高于對照處理(p＜0.05)。而在PCP脅迫下。水稻的生長并未受到明顯的抑制作用,同時,PCP表現(xiàn)出較高的消減水平。由透射電子顯徼鏡觀測結果發(fā)現(xiàn)。水稻根系和葉片細胞均無受到明顯損害。
　　 (3)采用改進的多隔層三室根箱法,實現(xiàn)了對根際土壤根室、距離根表不同毫米級(1-5mm)的近根際和遠根際(＞5mm)的劃分。研究了PCP在

7、水稻(Oryzasative L.)根際厭氧-好氧界面的消減行為,同時,為了更深入揭示PCP還原脫氯過程,我們監(jiān)測了根際中電子受體和電子供體的變化。結果表明。受水稻根系的影響,在兩個污染水平(20±0.5和45±0.5 mg PCPkg-1),距寓根表3mm處均表現(xiàn)出PCP的最大消減水平,同時,在3mm處,S042-,Cl-,NO3-和NH4+的濃度顯著不同于其它毫米級根際土壤(p＜0.05)。在未種植物的對照處理中,PCP的消減效率在

8、距離根表不同毫米級則沒有顯著差異。且兩個污染水平下的消減率顯著低于水稻處理(66.0%和64.5%)。此外,通過進一步相關性分析得出,PCP消減效率與SO42-、NO3-及Fe3+顯著負相關(p＜0.05),與NH4+、Fe2+和Cl-顯著正相關(p＜0.05)。
　　 (4)利用磷脂脂肪酸技術(PLFAs),研究了水稻根系對PCP不同組分和根系微生物群落結構的變化,并比較了氯化鈣、正丁醇和二氯甲烷三種提取劑對PCP連續(xù)分級提取

9、的效率。結果表明,正丁醇對PCP的提取效率顯著高于另外兩種提取劑(p＜0.05)。通過45天的根箱盆栽實驗發(fā)現(xiàn)。兩個污染水平下,在距離根表4mm和5mm處,極性和中性水溶態(tài)PCP顯著高于其它毫米級距離(p＜0.05)。且正丁醇提取態(tài)PCP在距根表3mm處與其它毫米級差異顯著,兩個污染水平下。其消減效率分別為59.X%和29.X%。DCM提取態(tài)PCP則在5mm處表現(xiàn)出顯著差異。其消減效率分別15.6%和20.4%。結果還顯示。15天后,與