PAHs污染土壤植物修復(fù)機(jī)理研究.pdf

1、過(guò)去幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，人口的迅速增長(zhǎng)、礦產(chǎn)的開(kāi)采、工業(yè)化進(jìn)程的加快等原因，使得土壤環(huán)境遭受了嚴(yán)重污染。多環(huán)芳烴(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs)是一類(lèi)廣泛分布于土壤環(huán)境中的持久性有機(jī)污染物，對(duì)全球的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和人體健康構(gòu)成威脅。因此，對(duì)被PAHs污染的土壤進(jìn)行修復(fù)勢(shì)在必行。相比較傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)而言，植物修復(fù)技術(shù)是一種極具潛力的土壤有機(jī)污染物修復(fù)技術(shù)，成本低，且對(duì)環(huán)境友好。實(shí)驗(yàn)室研究表明，植物修復(fù)技術(shù)

2、可以顯著促進(jìn)土壤中PAHs的去除，但較為深入的機(jī)制并沒(méi)有得到很好的闡述。雖然植物修復(fù)技術(shù)相對(duì)于其他修復(fù)技術(shù)具有許多優(yōu)勢(shì)之處，但是，由于PAHs較低的水溶性以及土壤顆粒對(duì)其具有強(qiáng)吸附性，土壤植物修復(fù)的效率始終受到限制。 在本論文中，我們考察了不同植物及其組合對(duì)PAHs的去除效率，研究了PAHs在高羊茅根際的去除機(jī)理，同時(shí)，通過(guò)添加表面活性劑強(qiáng)化修復(fù)PAHs污染土壤實(shí)驗(yàn)，研究了表面活性劑對(duì)PAHs去除效率的影響，本論文的相關(guān)試驗(yàn)結(jié)

3、果可為植物修復(fù)技術(shù)在PAHs污染土壤中的實(shí)際應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。本研究成果可歸納如下。 (1)考察了四種植物(高羊茅，黑麥草，紫花苜蓿和甘藍(lán)型油菜)單一盆栽種植或組合種植對(duì)PAHs添加污染土壤的植物修復(fù)效率。經(jīng)過(guò)65天的植物生長(zhǎng)后，測(cè)定植物生物量、脫氫酶等參數(shù)。結(jié)果表明，所添加濃度下PAHs對(duì)所有植物的生長(zhǎng)均具有一定的抑制作用，其中對(duì)苜蓿生長(zhǎng)抑制作用最為明顯，相對(duì)于無(wú)PAHs添加對(duì)照植物生物量減少35％，油菜對(duì)PAHs表現(xiàn)出最大

4、的耐性。相對(duì)于無(wú)植物對(duì)照，種植植物后土壤中水溶性酚顯著提高，含量達(dá)到3.71-5.63ug g-1，分別比對(duì)照高出1.05-1.68倍。植物盆栽處理也提高了土壤的脫氫酶活性。相對(duì)于無(wú)植物對(duì)照，植物處理強(qiáng)化了土壤中PAHs的去除。各植物對(duì)PAHs的去除率有所差異，油菜處理PAHs去除率最高(菲和芘去除率分別為98％和86％)，其次是黑麥草和高羊茅，苜蓿去除率最低，菲和芘去除率分別為97％和79.8％。植物組合盆栽處理進(jìn)一步提高了這種強(qiáng)化效

5、果，高羊茅和油菜組合處理PAHs去除率最高，菲和芘去除率分別達(dá)到99.1％和95.7％。相關(guān)分析表明，不同的植物組合處理中土壤中的生物活性(脫氫酶活性和水溶性酚總量)與土壤中殘余的菲、芘量之間具有非常好的負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)。本節(jié)結(jié)果表明，采用這四種植物對(duì)PAHs污染土壤進(jìn)行植物修復(fù)是可行的，不同植物組合栽培可進(jìn)一步提高植物修復(fù)能力。 (2)添加不同濃度梯度的PAHs(菲，11-344mg/kg-1，芘15-335mg/

6、kg-1)，較細(xì)致地考察了高羊茅對(duì)PAHs污染土壤的植物修復(fù)潛力。通過(guò)分析植物生物量、土壤微生物計(jì)數(shù)、脫氫酶活性、水溶性酚總量，微生物群落結(jié)構(gòu)等參數(shù)，探討了高羊茅修復(fù)土壤PAHs的可能機(jī)理。結(jié)果表明，較低濃度PAHs不影響植物的生物量，但是隨著濃度升高，可觀察到生物量明顯降低，最高濃度下植物生物量減少至無(wú)PAHs添加對(duì)照的53.5％(莖)和29.7％(根)。相對(duì)于無(wú)植物對(duì)照，植物處理顯著提高了微生物量，水溶性酚類(lèi)物質(zhì)量，脫氫酶活性，PA

7、Hs去除率顯著提高。進(jìn)一步分析PCR-DGGE結(jié)果，植物處理Shannon指數(shù)值為3.65-3.79，顯著高于無(wú)植物處理(3.51-3.68)，表明植物處理增加了土壤中的微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性；同時(shí)本研究結(jié)果也顯示，隨著PAHs濃度升高，微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性降低。植物處理65天后，土壤中菲的去除率為91.70-97.78％，芘的去除率為70.80-89.97％，相對(duì)于無(wú)植物處理，菲和芘去除率分別提高了1.88-3.19％和8.85-20.

8、69％。綜合以上結(jié)果分析，土壤中PAHs的去除可能是源于根際土壤生物活性的提高，從而使得PAHs的去除率顯著提高。 (3)研究了高羊茅對(duì)菲和芘的吸收和累積，以考察其對(duì)根際PAHs去除效率的貢獻(xiàn)。結(jié)果表明，對(duì)于菲和芘初始濃度分別為199.97mg/kg-1和199.34mg/kg-1的污染土壤，植物盆栽處理65天后，根吸收因子( Root concentration factors，RCFs)分別為0.33-0.46和0.56-

9、1.21，莖吸收因子(shoot concentration factors，SCFs)分別為0.15-0.22和0.017-0.083。莖中的菲、芘累積主要來(lái)源于根部；盡管莖部也會(huì)從大氣中吸收菲、芘，但從對(duì)照處理可見(jiàn)，菲、芘并沒(méi)有從莖部向根部遷移。通過(guò)植物吸收累積途徑去除的PAHs量占PAHs總?cè)コ康?.10-1.42％(菲)和0.18-2.04％(芘)。由此說(shuō)明，植物根際土壤中PAHs的主要去除途徑是生物去除而不是植物吸收累積。本

10、文的結(jié)果也表明，生長(zhǎng)于PAHs污染土壤中的植物體中會(huì)累積一定量的污染物，因此，對(duì)于修復(fù)后的植物或生長(zhǎng)于污染場(chǎng)地的農(nóng)作物需妥善處理，以防止污染物進(jìn)入食物鏈。 (4)采用盆栽試驗(yàn)方法，研究了添加非離子表面活性劑(Tween80、Triton x-100)，生物表面活性劑(大豆卵磷脂)以及隨意甲基化-β-環(huán)糊精(RAMEB)四種表面活性劑對(duì)高羊茅修復(fù)PAHs(芘)污染土壤的影響。芘初始濃度為243mg/kg-1，不同表面活性劑添加濃

11、度設(shè)置5個(gè)梯度，分別為0，200，600，1000和1500mg/kg-1，同時(shí)，設(shè)置無(wú)植物、不添加表面活性劑及滅菌等對(duì)照處理，盆栽60天后收獲植物進(jìn)行植物生物量測(cè)試和PAHs殘留分析。結(jié)果顯示，相對(duì)于不添加表面活性劑對(duì)照，4種表明活性劑添加后均顯著提高了植物生物量。在不遮光滅菌和遮光滅菌對(duì)照處理情況下PAHs損失量分別為3.9％和3.2％，證明根際土壤中的PAHs去除主要是生物降解作用，光解與揮發(fā)作用較小。相對(duì)于不添加表面活性劑對(duì)照，