根系分泌物對紅樹林沉積物中多環(huán)芳烴環(huán)境行為的影響研究.pdf

1、紅樹林是生長在熱帶、亞熱帶海岸潮間帶的木本植物群落，對維護(hù)河口、海濱生態(tài)平衡和保護(hù)環(huán)境等方面具有重要意義。近年來，大量污染物被排放到紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)中，其中以多環(huán)芳烴(Polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)為代表的有機(jī)污染物最為明顯。由于PAHs具有較強(qiáng)的致癌、致畸、致突變作用，使其極易在沉積物中被吸附固定，研究根系分泌物對沉積物中PAHs的活化作用，植物修復(fù)PAHs的根際響應(yīng)機(jī)制及其在根際微環(huán)境

2、中的降解機(jī)理，將為深入探討PAHs在根際沉積物中的生物有效性、評價其污染風(fēng)險、提高修復(fù)效率等提供理論依據(jù)。
　　本文從沉積物中PAHs的吸附、解吸和有效性等方面，研究了根系分泌物對沉積物中PAHs的活化作用;并在此基礎(chǔ)上研究PAHs在根際修復(fù)過程的環(huán)境行為，圍繞PAHs在根際微環(huán)境中的降解動態(tài)，及其隨時間的變異特征;探討白骨壤對PAHs的吸收、累積以及植物體內(nèi)的生理生態(tài)響應(yīng)。主要結(jié)果如下:
　　1.根系分泌物對紅樹濕地沉積物

3、吸附菲的影響。結(jié)果表明，在根系分泌物的影響下，紅樹林沉積物對菲的等溫吸附都能用Freundlich模型較好(R2＞0.93)地擬合。根系分泌物對沉積物吸附菲有抑制作用，且隨著根系分泌物濃度的增加其抑制作用增強(qiáng)。隨著根系分泌物濃度的升高，土壤吸附菲的Kd（Kd=Q/Cw，沉積物對菲的吸附能力可用分配系數(shù)）呈現(xiàn)降低的趨勢。與模擬根系分泌物(Artificial root exudates，ARE)相比，低分子量有機(jī)（Low-molecula

4、r-weight organic acids，LMWOA）對土壤吸附菲的抑制作用更強(qiáng)，根系分泌物對菲吸附的抑制作用強(qiáng)弱順序?yàn)?檸檬酸＞草酸＞乙酸＞ARE。模擬根系分泌物的效果并非是各個組分效果的單獨(dú)疊加作用，這為深入地闡明根系分泌物活化根際PAHs的作用原理提供了重要依據(jù)。
　　2.研究根系分泌物對紅樹林沉積物中PAHs解吸的影響，發(fā)現(xiàn)根系分泌物促進(jìn)了沉積物中PAHs的解吸，且隨著根系分泌物濃度的增加，沉積物中PAHs解吸量也呈上

5、升的趨勢。與ARE相比，LMWOAs對沉積物中菲解吸的影響更為顯著。沉積物中的PAHs含量隨著老化時間延長而降低，老化時間之所以對沉積物中的PAHs解吸有影響是因?yàn)殡S著老化時間的增加降低了沉積物中PAHs的生物有效性。研究分析了紅樹林沉積物解吸菲的平衡溶液中可溶性有機(jī)質(zhì)(Dissolved organic matter，DOM)的濃度，發(fā)現(xiàn)加入根系分泌物后溶液中DOM濃度增大，溶液中DOM與菲的結(jié)合增加則會減少沉積物對菲的吸附，這是根系

6、分泌物促進(jìn)沉積物解吸菲的主要原因。
　　3.采用薄層層析實(shí)驗(yàn)，分析根系分泌物對土壤中PAHs的遷移效應(yīng)，結(jié)果表明，根系分泌物能夠促進(jìn)PAHs在沉積物中的遷移能力，且隨著根系分泌物濃度的增大，其遷移能力隨之增強(qiáng)。LMWOAs對土壤的遷移能力的影響大于ARE。
　　4.采用動態(tài)土柱試驗(yàn)法，分析根系分泌物對土壤中PAHs的淋溶作用。結(jié)果表明，根系分泌物對沉積物中PAHs有很強(qiáng)的林洗能力，淋溶過程中PAHs濃度變化均能用一階動力學(xué)方

7、程較好的擬合。LMWOAs在根系分泌物活化PAHs中起著重要的作用。PAHs的淋洗累積量曲線是一個連續(xù)擴(kuò)散的過程，與淋洗時間成線性關(guān)系，符合菲克第一定律。加入根系分泌物后，瀝出液中菲和芘的濃度的變化與可溶性有機(jī)質(zhì)含量和pH變化均呈正相關(guān)。根系分泌物可以活化土柱PAHs，能夠提高土壤中PAHs的生物有效性。被有機(jī)酸淋洗的PAHs隨著重力向下遷移，根系分泌物淋洗后菲、芘含量總體上為土柱下層(9-12cm)＞土柱中層(5-8cm)＞土柱上層(

8、0-3cm)。隨根系分泌物濃度的提高，沉積物中菲、芘的總?cè)コ烤试黾拥内厔荨?br>　　5.采用改進(jìn)的自制尼龍網(wǎng)根袋構(gòu)建白骨壤根際和非根際空間結(jié)構(gòu)，分別采集第0、15、30、60和120天的白骨壤根際和非根際沉積物樣品對PAHs降解行為進(jìn)行分析。PAHs的降解行為在不同的污染脅迫下均呈現(xiàn)一致的規(guī)律:根際＞非根際，白骨壤根際效應(yīng)加速了PAHs在根際微環(huán)境中的降解。白骨壤根際過程加速了PAHs在根際微環(huán)境的降解，越難降解的PAHs受到的加

9、速效應(yīng)越顯著。該結(jié)果明確了植物根際微域有利于持久性PAHs的降解，闡明了植物根際修復(fù)技術(shù)在PAHs污染土壤修復(fù)中的重要作用和潛力。研究發(fā)現(xiàn)，根際可溶性有機(jī)碳（Dissolved organic carbon，DOC）的含量顯著的低于非根際DOC含量，這可能是由于根系泌氧提高了根際沉積物中微生物利用DOC的速率，導(dǎo)致DOC含量下降。植物的根部和地上部分均有PAHs檢出，且根部PAHs的富集量大于地上部分。說明植株從沉積物中吸收的PAHs主