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丛枝菌根对多环芳烃污染土壤的修复作用及机理研究

李秋玲  
【摘要】: 土壤是人类赖以生存和发展的基础。目前,土壤污染问题严重,其中有机污染非常普遍,防治和修复有机污染土壤、保障农产品安全、实现土壤资源的可持续利用,已成为环境领域的一个研究重点。丛枝菌根(AM)修复优势突出,有望成为污染土壤修复中最为经济、有效和安全的方法,近年来很受国内外关注。但针对多环芳烃(PAHs)等持久性有机物污染的土壤,AM修复的规律及机理尚待深入研究。 本文介绍了丛枝菌根修复污染土壤的研究进展;以苊、菲和芘为多环芳烃代表物,研究了丛枝菌根真菌(AMF)作用下PAHs污染土壤中植物和微生物的生长效应;较系统地探讨了AM对PAHs污染土壤的修复规律;分析了AM对土壤中PAHs形态的影响;阐释了AM修复PAHs污染土壤的机理。取得的主要创新性成果如下: (1)研究了接种AMF后,PAHs污染土壤中植物和微生物的生长效应。发现,接种AMF后供试植物的生物量及长势都要好于不接种AMF对照。相同条件下,与不接种AMF处理相比,接种AMF的土壤中真菌和放线菌数量有很大提高;其中,真菌数量比无AMF对照高72%~329%,放线菌则最大提高了92%。接种不同AMF,其对污染土壤中微生物的影响差异很大,其中以摩西球囊霉Glomus mosseae(AMF1)、幼套球囊霉Glomus etunicatum(AMF2)、地表球囊霉Glomus versiforme(AMF3)的促进作用最明显,接种AMF1处理中细菌、真菌和放线菌比不接种对照分别高48%、271%和46%,AMF2处理则比对照高10%、329%和92%,AMF3处理中真菌、放线菌数量比对照高230%和67%。 (2)系统地研究了AM对PAHs污染土壤的修复作用。土样中菲和芘的起始浓度分别为0~170.6 mg·kg~(-1)和0~74.0 mg·kg~(-1)。20~70天,供试5种AMF对土壤中菲的修复效率均在91%以上,芘则为54%~89%。与有植物无AMF对照相比,接种AMF后土壤中菲或芘的残留浓度明显降低,其中AMF1、AMF3和AMF4(缩球囊霉Glomus constrictum)对菲或芘降解的促进效果更好。AM修复中,与单一菲污染相比,菲芘复合污染下芘的存在明显抑制了土壤中菲的降解。而复合菌种作用下土壤中菲、芘的残留浓度比单一菌种更低,其降解率分别在98%和89%以上;表明复合AMF对土壤PAHs污染的修复效果更好。 (3)研究了AM作用下土壤中PAHs的形态分布。接种AMF对土壤中PAHs各形态的分配、转化有很明显的影响;其中,明显降低了土壤中苊的有效态含量。供试两种土壤中,接种AMF1或AMF2处理中苊的有效态含量比有植物不接种对照分别降低了11%~16%和15%~18%。AM能够促进土壤中苊向结合残留态转化,两种土壤中,与不接种对照相比,接种AMF2后苊的结合残留态含量分别增加了44%和90%。土壤中PAHs结合残留态含量与土壤有机质含量呈正相关。 (4)研究了AM修复PAHs污染土壤的机理。其机理主要包括:植物的吸收积累作用,土壤中微生物降解作用,AM真菌自身对污染物的降解作用,AM促使土壤中PAHs转化为结合残留态。研究表明,供试条件下,紫花苜蓿吸收积累对AM修复土壤菲和芘污染的贡献率分别小于1.15%和5.21%。AM自身对PAHs的降解量很小,且目前由于体系复杂、难于操作、且分离技术受限,AMF自身直接降解对AM修复的贡献仍几近空白,有待深入研究。AM作用下良好的根际和菌际环境,显著地提高了土壤中微生物的数量和活性,从而促进土壤中PAHs的降解,这应是AM修复的主要机理。


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