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沉水植物种类对沉积物中多环芳烃修复作用的影响

何洋  
【摘要】:表层沉积物是多环芳烃(PAHs)的重要储库。由于与上覆水体间的物质交换作用,赋存在沉积物中的PAHs会对底栖生物、水中鱼类构成威胁,还可通过食物链危害人类的健康。因此开展沉积物中PAHs修复研究具有重要的理论和实际意义。本论文选取4种沉水植物(黑藻、狐尾藻、苦草和菹草),通过实验室研究和野外试验考察了它们对沉积物中PAHs的根际修复效果及其种间差异,并从根际沉积物理化性质和根际微生物群落结构角度探讨了PAHs的修复机制。论文获得了以下主要结果和结论:(1)实验室条件下研究了4种沉水植物对沉积物中菲和芘的修复效果。结果表明:实验期间植物生长正常。4种植物对沉积物中菲和芘去除率依次为苦草(85.2%和82.4%)狐尾藻(63.4%和50.0%)菹草(48.0%和45.7%)和黑藻(57.1%和52.4%)无植物对照(33.9%和38.3%)。沉水植物提高沉积物PAHs去除率的主要途径是促进微生物降解,植物富集积累作用很小。计算表明,降解过程中沉积物中生物可利用态和不可利用态PAHs均有不同程度下降,但是以生物可利用态的降解为主。(2)采用降解菌计数及PCR-DGGE方法分析了PAHs降解过程中根际微生物的响应。降解菌计数的结果表明:PAHs降解菌数量与沉积物中菲和芘的去除率没有相关性,不是决定PAHs消减的主要因素。PCR-DGGE的分析表明:4种沉水植物中,苦草根际沉积物中菌群结构具有最强的PAHs降解功能,与苦草修复效果最佳相一致;其它3种植物中,与苦草根际菌群落结构相似度越高的植物,其对PAHs去除率越高。(3)测定了根际微环境中理化指标和沉积物孔隙水中溶解性有机物。发现,沉积物中菲和芘的去除率与Eh值呈显著正相关,因此根系泌氧能力可以作为衡量沉水植物修复潜力的重要指标。通过分析有机酸含量与不可利用态PAHs含量的变化发现,植物根系分泌物对PAHs的增溶作用及种间差异的影响较小;可能存在植物直接促进不可利用态PAHs的降解。(4)选取2种沉水植物(黑藻和苦草),研究了野外条件下它们对菲和芘的修复效果(3.5个月)。结果表明:植物在野外条件下生长状况良好。相比无植物对照试验组,苦草和黑藻组分别将沉积物中菲的去除率提高了21.1%和11.5%;芘的去除率提高了23.3%和8.8%。同时进一步验证了根系泌氧能力可以作为衡量沉水植物修复潜力的重要指标。


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