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人工湿地中酰胺类农药降解的植物作用机制

赵梦云  
【摘要】:为了强化人工湿地对酰胺类农药的降解,研究了湿地中植物作用机制。建立了液体样品和固体样品的前处理方法以及异丙甲草胺液相色谱分析方法;通过批次实验,研究了植物对农药的降解动力学,并探讨了农药对植物叶绿素荧光特性、生长特性和酶活性的影响;通过人工湿地模拟实验,研究了植物种植对人工湿地常规污染物和异丙甲草胺降解效果、空间分布规律和降解途径的影响机制。研究结果如下:(1)针对液体样品和固体样品(植物、土壤)中异丙甲草胺的分析,建立了离心-过滤-高效液相色谱联用(CE-FI-HPLC)以及固相萃取-高效液相色谱联用(SPE-HPLC)的方法。通过实验优化,得出高浓度异丙甲草胺(200μg/L-20 mg/L)的色谱分析条件为:流动相比例为乙腈:水=60:40、1 mL/min的流速、柱温30℃、进样量20μL;低浓度异丙甲草胺(2-200μg/L)的色谱分析条件为:流动相比例为乙腈:水=70:30、0.4 mL/min的流速、进样量100μL。(2)植物的存在能够提高反应体系对农药的降解效果,植物+农药组对异丙甲草胺的去除率比农药组高23.4%,而且植物对酰胺类农药的降解符合一级动力学方程C/C_0=1.1434 e~(-0.0545t)。农药的存在对植物具有胁迫作用,植物的叶绿素荧光参数F_o、F_m、F_v/F_m、Y、ETR、qP和qN值比初始值分别下降了79.6%、93.2%、96.8%、85.4%、93.1%、96.8%、95.8%。此外,农药对植物的胁迫程度超过了抗氧化酶的清除速度,植物+农药组中植物体内的超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽还原酶(GR)呈现出先增加后减少的趋势,过氧化物酶(POD)和过氧化物(CAT)呈现出先减少后增加的趋势,而丙二醛(MDA)的含量则显著增加。(3)植物的存在强化了人工湿地对农药降解的能力,种植植物的人工湿地对农药的平均去除率(54.4±20.5%)大于无植物人工湿地(46.0±21.8%)(P0.05)。而温度的降低则会减弱两组人工湿地的农药降解能力,种植植物和无植物人工湿地对农药的平均去除率随着温度的降低分别降低了31.63%、28.36%。此外,沿着水平沿程距离的增加,两组人工湿地内异丙甲草胺的浓度均逐渐降低;但两组湿地却具有不同的异丙甲草胺纵向去除规律,种植植物湿地对农药的去除主要集中在植物根系生长的中上层,而空白湿地对农药的去除则随着填料深度逐渐展开。通过对人工湿地中农药的降解进行量化分析可知,植物不仅能够直接吸收去除农药(9.56μg/m~2),而且能提高湿地基质对农药的吸附和积累(1.67μg/m~2 vs 0.76μg/m~2)。(4)运用冗余分析(RDA)可知,湿地对异丙甲草胺的去除与湿地内部环境因子、进水各污染物浓度、各污染物去除量以及植物生长特性具有较好的相关性。其中环境因子ρ(DO)、T、pH与农药去除率呈正相关且相关性依次减小,进水中NH_4~+-N、TN、农药、TP浓度也与农药去除率呈正相关且相关性依次增大。此外,农药去除率还与TP、TN、NH_4~+-N去除率以及植物茎高呈正相关且相关性依次减小。


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