五氯酚在根際土壤中的積累、分布、消減行為及其對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)的影響研究.pdf

1、隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特別是高度集約化農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展,各種化學(xué)污染物從多種渠道進(jìn)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(jī)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(guān)注。其中五氯酚(Pentachlorophenol,PCP)是具有代表性的一類持久性有機(jī)污染物,PCP被廣泛用作稻田的殺菌劑、除草劑等,對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和人體安全構(gòu)成威脅。因此

2、,研究PCP在水稻根-土界面的行為對(duì)PCP污染土壤的修復(fù)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本論文以PCP為目標(biāo)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(dòng)態(tài)變化;采用盆栽實(shí)驗(yàn),研究了PCP降解的二種中間產(chǎn)物3,5-DCP(3,5-二氧酚)、2,4,6-TCP(2,4,6-三氯酚)和PCP對(duì)水稻葉片和根細(xì)胞中抗氧化酶、過(guò)氧化物酶、細(xì)胞微結(jié)構(gòu)變化及其消減脫氯過(guò)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(jìn)一步了解水稻根系在促進(jìn)PCP消減過(guò)程中的作用,我們繼續(xù)采用根箱法,對(duì)水稻根際環(huán)境中的PCP不同提取態(tài)和徼生物群落結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行了深入探討,獲得如下主要結(jié)果:
　　 (1)利用Clark徼電極,監(jiān)測(cè)了控制條件下水稻根系泌氧量、pH及Eh的動(dòng)態(tài)變化,48小時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)結(jié)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(qiáng)

4、為48500 Lux的中午12:30-13:00時(shí),水稻根際的氧氣濃度(88％)顯著高于其它時(shí)間段,同時(shí),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(dāng)光強(qiáng)為0的夜間21:00時(shí),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(kuò)散和消耗,Eh最低(138.76mv)。此外,我們發(fā)現(xiàn)控制光強(qiáng)條件下。水稻根系的氧氣舍量顯著不同于自然光照條件。當(dāng)光照強(qiáng)度控制為1600

5、0 Lux時(shí)的最大氧氣含量?jī)H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(duì)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(shí)期研究了3,5-DCP、2,4,6-TCP和PCP脅迫對(duì)水稻葉片和根細(xì)胞中抗氧化酶、過(guò)氧化物酶及細(xì)胞微結(jié)構(gòu)變化的影響。結(jié)果表明,受3,5-DCP脅迫,水稻葉片和根系細(xì)胞的細(xì)胞膜受到嚴(yán)重?fù)p害,葉和根中MDA活性顯著高于對(duì)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(shì),均顯著高于對(duì)照處理(p＜0.05)。而在PCP脅迫下。水稻的生長(zhǎng)并未受到明顯的抑制作用,同時(shí),PCP表現(xiàn)出較高的消減水平。由透射電子顯徼鏡觀測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)。水稻根系和葉片細(xì)胞均無(wú)受到明顯損害。
　　 (3)采用改進(jìn)的多隔層三室根箱法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)根際土壤根室、距離根表不同毫米級(jí)(1-5mm)的近根際和遠(yuǎn)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(shí),為了更深入揭示PCP還原脫氯過(guò)程,我們監(jiān)測(cè)了根際中電子受體和電子供體的變化。結(jié)果表明。受水稻根系的影響,在兩個(gè)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(shí),在3mm處,S042-,Cl-,NO3-和NH4+的濃度顯著不同于其它毫米級(jí)根際土壤(p＜0.05)。在未種植物的對(duì)照處理中,PCP的消減效率在

8、距離根表不同毫米級(jí)則沒(méi)有顯著差異。且兩個(gè)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(guò)進(jìn)一步相關(guān)性分析得出,PCP消減效率與SO42-、NO3-及Fe3+顯著負(fù)相關(guān)(p＜0.05),與NH4+、Fe2+和Cl-顯著正相關(guān)(p＜0.05)。
　　 (4)利用磷脂脂肪酸技術(shù)(PLFAs),研究了水稻根系對(duì)PCP不同組分和根系微生物群落結(jié)構(gòu)的變化,并比較了氯化鈣、正丁醇和二氯甲烷三種提取劑對(duì)PCP連續(xù)分級(jí)提取

9、的效率。結(jié)果表明,正丁醇對(duì)PCP的提取效率顯著高于另外兩種提取劑(p＜0.05)。通過(guò)45天的根箱盆栽實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。兩個(gè)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(jí)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(jí)差異顯著,兩個(gè)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(jié)果還顯示。15天后,與