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《浙江大学》 2012年
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五氯酚在根际土壤中的积累、分布、消减行为及其对微生物群落结构的影响研究

塔希尔(Malik Tahir Hayat)  
【摘要】:随着工农业生产特别是高度集约化农业的迅猛发展,各种化学污染物从多种渠道进入人们赖以生存和发展的土壤环境,其中毒性高、环境释放率大、影响面广的持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants,POPs)由于其具有致癌、致突变和致畸作用而备受关注。其中五氯酚(Pentachlorophenol, PCP)是具有代表性的一类持久性有机污染物,PCP被广泛用作稻田的杀菌剂、除草剂等,对农产品质量和人体安全构成威胁。因此,研究PCP在水稻根-土界面的行为对PCP污染土壤的修复具有重要的理论和现实意义。 本论文以PCP为目标污染物,水稻为供试作物,采用新型Clark微电极法,研究了控制条件下水稻根-土界面的供氧量、pH及Eh的动态变化;采用盆栽实验,研究了PCP降解的二种中间产物3,5-DCP(3,5-二氧酚)、2,4,6-TCP(2,4,6-三氯酚)和PCP对水稻叶片和根细胞中抗氧化酶、过氧化物酶、细胞微结构变化及其消减脱氧过程的影响;采用特殊的多隔层三室根箱法,研究了PCP在水稻厌氧-好氧根际环境中的降解行为;为了进一步了解水稻根系在促进PCP消减过程中的作用,我们继续采用根箱法,对水稻根际环境中的PCP不同提取态和微生物群落结构的变化进行了深入探讨,获得如下主要结果: (1)利用Clark微电极,监测了控制条件下水稻根系泌氧量、pH及Eh的动态变化,48小时连续监测结果表明,水稻根系通气组织释放的氧气是影响根际pH、Eh变化的重要因素。我们发现,在光强为48500 Lux的中午12:30-13:00时,水稻根际的氧气浓度(88%)显著高于其它时间段,同时,Eh也表现出较高的水平(230.43mv)。水稻根系氧气浓度和Eh的变化显著影响根际的pH。当光强为0的夜间21:00时,水稻根际的氧气浓度最低,仅为0.41%。夜间23:00,由于根际氧气的不断扩散和消耗,Eh最低(138.76mv)。此外,我们发现控制光强条件下,水稻根系的氧气含量显著不同于自然光照条件。当光照强度控制为16000 Lux时的最大氧气含量仅为35%,明显低于自然光照条件。 (2)分别以3,,5-DCP、2,4,6-TCP和PCP为研究对象,探讨了不同污染物在水稻根际中的降解行为,并于20天、40天采样时期研究了3,5-DCP、2,4,6-TCP和PCP胁迫对水稻叶片和根细胞中抗氧化酶、过氧化物酶及细胞微结构变化的影响。结果表明,受3,5-DCP胁迫,水稻叶片和根系细胞的细胞膜受到严重损害,叶和根中MDA活性显著高于对照处理,分别为33.60和41.80 nmol (gfw)-1。SOD、POD及APX活性也表现出于MDA相同趋势,均显著高于对照处理(p0.05)。而在PCP胁迫下,水稻的生长并未受到明显的抑制作用,同时,PCP表现出较高的消减水平。由透射电子显微镜观测结果发现,水稻根系和叶片细胞均无受到明显损害。 (3)采用改进的多隔层三室根箱法,实现了对根际土壤根室、距离根表不同毫米级(1-5mm)的近根际和远根际(5mm)的划分,研究了PCP在水稻(Oryza sative L.)根际厌氧-好氧界面的消减行为,同时,为了更深人揭示PCP还原脱氯过程,我们监测了根际中电子受体和电子供体的变化。结果表明,受水稻根系的影响,在两个污染水平(20±0.5和45±0.5mg PCP kg-1),距离根表3mm处均表现出PCP的最大消减水平,同时,在3mmm处,SO42-,Cl-,NO3-和NH4+的浓度显著不同于其它毫米级根际土壤(p0.05)。在未种植物的对照处理中,PCP的消减效率在距离根表不同毫米级则没有显著差异,且两个污染水平下的消减率显著低于水稻处理(66.0%和64.5%)。此外,通过进一步相关性分析得出,PCP消减效率与SO42-、NO3-及Fe3+显著负相关(P0.05),与NH4+、Fe2+和Cl-显著正相关(p0.05)。 (4)利用磷脂脂肪酸技术(PLFAs),研究了水稻根系对PCP不同组分和根系微生物群落结构的变化,并比较了氯化钙、正丁醇和二氯甲烷三种提取剂对PCP连续分级提取的效率。结果表明,正丁醇对PCP的提取效率显著高于另外两种提取剂(p0.05)。通过45天的根箱盆栽实验发现,两个污染水平下,在距离根表4mm和5mm处,极性和中性水溶态PCP显著高于其它毫米级距离(p0.05),且正丁醇提取态PCP在距根表3mmm处与其它毫米级差异显著,两个污染水平下,其消减效率分别为59.X%和29.X%。DCM提取态PCP则在5mm处表现出显著差异,其消减效率分别15.6%和20.4%。结果还显示,15天后,与未种植物的对照处理相比,极性和中性水溶态PCP显著高于对照处理和PCP其它两种形态。通过PLFAs分析结果,两种污染水平下共检测出34个PLFAs单体。两种污染水平下的PLFAs浓度为29-52 nmol g-1,并且在在距离根表3mm处,PLFAs浓度最。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:X53

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