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植物—丛枝菌根真菌修复多环芳烃污染土壤

周笑白  
【摘要】:多环芳烃(PAHs)是具有慢性毒性和致癌、致畸、致突变的“三致”作用的有机污染物。PAHs可以在动植物体内和环境中积累,威胁生态安全以及人类健康,是人类最关注的污染物之一。物理方法、化学方法和生物方法都可用于PAHs污染土壤的修复。其中,植物修复成本低廉、环境友好,是最有潜力的修复技术之一。然而,受PAHs不易被生物降解和自然环境条件多变的影响,植物修复PAHs,尤其是高分子量PAHs的效率较低。丛枝菌根真菌广泛分布于自然界和人类影响的土壤中,有利于植物在PAHs污染土壤中的生长和土壤中PAHs的去除。目前植物-丛枝菌根真菌体系在PAHs污染土壤修复中应用较少且效果差异很大,影响这一体系效果的因素也有待于进一步研究。 本研究以菲、芘和二苯并蒽代表土壤中的三、四和五环的PAHs,分别利用盆栽试验和微生物培养试验,考察了植物-丛枝菌根真菌联合体系对PAHs(?)亏染土壤的修复效果及影响修复效果的因素:植物种类、丛枝菌根真菌种类、PAHs性质、土壤水分、施磷肥量等。 植物种类和丛枝菌根真菌对PAHs降解的影响。本实验对比了紫花苜蓿、酥油草、黑麦草及西芹四种植物在有无丛枝菌根真菌Glomus intraradices的条件下,对PAHs污染土壤的修复效果。二元方差分析结果显示,丛枝菌根真菌的接种可以增加植物茎叶和根的生物量。植物种植和丛枝菌根真菌的接种有利于菲的降解,但对芘和二苯并蒽的降解没有明显的促进作用。不同植物在PAHs的去除效果上存在差异,其中紫花苜蓿促进了所有PAHs的去除(平均值),是几种备选植物中最有效的植物。本研究还利用一个小实验对比了紫花苜蓿、酥油草单独种植和共同种植时植物生物量和PAHs降解率,结果发现联合种植和植物单独种植时PAHs的降解没有明显的差别。 不同的丛枝菌根真菌促进植物生长和PAHs降解的能力不同。本实验以紫花苜蓿和酥油草(1:1)作为宿主植物,对比了两种丛枝菌根真菌Glomus intraradices和Glomus mosseae)对植物、微生物生长以及PAHs去除的效果。结果表明,两种丛枝菌根真菌都增加了宿主植物的生物量,但接种Glomus mosseae的宿主植物生物量和土壤中PAHs降解菌量明显高于接种Glomus intraradices的宿主植物。由于菲降解速度较快,两种丛枝菌根真菌对菲的降解都没有明显的效果,但和Glomus mosseae相比,Glomus intraradices明显促进了二苯并蒽的去除。这说明丛枝菌根真菌增加植物生物量并非是丛枝菌根真菌促进PAHs植物修复的主要原因。 土壤水分和施磷量可以影响丛枝菌根真菌的侵染率和植物-丛枝菌根真菌的修复效率。丛枝菌根真菌侵染率在高水分低磷浓度条件下最高,在此条件下二苯并蒽在植物-丛枝菌根真菌中的去除率明显高于无植物对照体系。施加高磷Hewitt营养液体系中二苯并蒽的降解率明显高于施加低磷Hewitt营养液的体系。水分增加提高了植物-丛枝菌根真菌体系中二苯并蒽的去除率。 PAHs的分子量是影响PAHs生植物降解的重要因素。随着PAHs分子量的提高,PAHs降解菌的数量明显降低,PAHs降解率也明显下降。菲可以抑制盆栽试验中植物的生长和丛枝菌根真菌的侵染,但无论在盆栽试验还是在微生物培养板试验中,菲都增加了二苯并蒽的去除率。芘和二苯并蒽共存时,芘对二苯并蒽的降解没有明显影响。但将芘加入菲+二苯并蒽体系中,芘明显抑制菲和二苯并葸的降解。 综上所述,丛枝菌根真菌促进了PAHs污染土壤中植物的生长和对磷的提取,也可以促进高分子量PAHs的降解,对PAHs污染的土壤植物修复起着重要的作用。但植物-丛枝菌根真菌体系非常复杂,PAHs的去除由植物、微生物、土壤性质等多种因素共同决定。本研究中所讨论的因素,如植物种类、丛枝菌根真菌种类、PAHs性质和水肥条件等均可影响PAHs的去除效果,对这些因素的研究有利于寻求良好的PAHs降解条件,提高PAHs污染土壤的植物修复效率。


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