1、多環(huán)芳烴(PAHs)是一種典型的持久性有機(jī)污染物,主要來源于人類活動(dòng)和能源利用過程。因其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、水溶性差、土壤附著能力強(qiáng),且具有較強(qiáng)的“三致”效應(yīng),嚴(yán)重威脅著生態(tài)環(huán)境、食品安全和人類健康。有關(guān)PAHs污染土壤的修復(fù)研究已成為國內(nèi)外土壤和環(huán)境科學(xué)屆共同關(guān)注的研究熱點(diǎn)之一。
　　 PAHs污染土壤的修復(fù)方法中,植物修復(fù)因其操作簡便、投資少,費(fèi)用低、環(huán)境友好等特點(diǎn)而具有較大的應(yīng)用潛力。本文在評(píng)述土壤PAHs污染植物修復(fù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)

2、上,研究了PAHs污染土壤植物修復(fù)中的根際效應(yīng)及其作用機(jī)制、影響因素等,重點(diǎn)闡述了PAHs污染脅迫下,植物根系分泌物釋放的生理生態(tài)特征、根際微生物的生態(tài)響應(yīng)機(jī)制及促進(jìn)PAHs根際降解的機(jī)制。本文通過50 d的黑麥草盆栽試驗(yàn),探討了黑麥草對(duì)PAHs污染土壤的修復(fù)效果;通過對(duì)黑麥草根系分泌物中主要成分的定性及定量分析,研究了土壤PAHs污染脅迫下植物主要根系分泌物組成及數(shù)量上的生理生態(tài)變化;通過多隔層根箱試驗(yàn)?zāi)M研究了PAHs降解的空間特征

3、及根際距離梯度對(duì)土壤微生物的影響;以水培體系收集芘脅迫下黑麥草的根系分泌物并模擬其空間梯度遞減特征,研究了與之相伴的PAHs降解特征及微生物的生態(tài)響應(yīng)特征。本論文獲得以下主要結(jié)果:(1)黑麥草可明顯促進(jìn)土壤中菲、芘的降解。經(jīng)50 d處理,種植黑麥草土壤中菲和芘的去除率顯著高于無植物對(duì)照,分別為83.5％～95.0%和37.4%～57.3%.黑麥草對(duì)菲的修復(fù)效果好于對(duì)芘的修復(fù)效果。黑麥草對(duì)低、中濃度(5 mg/kg和50 mg/kg左右)

4、的菲、芘污染有較強(qiáng)的耐受性;高濃度(500 mg/kg左右)菲、芘污染抑制黑麥草生長。植物吸收積累不是植物促進(jìn)土壤菲、芘降解的主要原因,其貢獻(xiàn)率小于2.24%。黑麥草對(duì)土壤中菲、芘降解的促進(jìn)作用主要為植物的根際效應(yīng)可顯著促進(jìn)土壤中微生物對(duì)菲、芘的降解。
　　 (2)低分子量有機(jī)分泌物是植物根系分泌物的重要組成部分,主要包括低分子量有機(jī)酸、可溶性總糖和氨基酸。芘污染脅迫下,黑麥草根系低分子量有機(jī)酸的分泌總量隨芘脅迫處理濃度升高而顯

5、著上升,但有機(jī)酸組成無明顯變化。而試驗(yàn)條件下,即芘脅迫濃度在3 mg/L、6 mg/L,和9 mg/L時(shí),根系總糖分泌量隨著芘脅迫處理濃度升高而呈現(xiàn)先略微上升后下降的趨勢(shì),但分泌量差異不顯著。黑麥草根系氨基酸分泌總量隨著芘脅迫處理濃度的增加而顯著增多,但根系分泌的氨基酸組成無明顯變化,而19種氨基酸分泌數(shù)量的變化情況不相同,分泌量總體均隨著芘脅迫處理濃度的提高而增加,其中蘇氨酸、絲氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、組氨酸和鳥氨酸的分

6、泌量顯著增多,差異顯著(P＜0.05)。
　　 (3)與不種植黑麥草處理相比,種植黑麥草的根箱中芘的殘留濃度明顯降低,修復(fù)過程中呈現(xiàn)出較強(qiáng)的根際效應(yīng)。芘的根際降解存在距離根系不同遠(yuǎn)近的差異,芘降解的整體趨勢(shì)表現(xiàn)為:近根層＞根生長層(根室)＞遠(yuǎn)根層。種植黑麥草處理的各室層土壤中芘的殘留濃度間存在顯著差異(P＜0.05),其大小順序?yàn)镾6＞S0＞S5＞S4＞S1＞S3＞S2。不種植黑麥草處理中各室層土壤芘殘留濃度無顯著差異。土壤微生

7、物生物量碳表現(xiàn)出與土壤芘殘留濃度變化相反的趨勢(shì)。土壤芘殘留濃度與土壤微生物量碳、脫氫酶活性和多酚氧化酶活性之間均存在極顯著的負(fù)相關(guān)性(P＜0.01).結(jié)果表明,土壤微生物隨根際距離梯度的變化特征是污染土壤中芘殘留濃度隨根際距離梯度變化而呈現(xiàn)不同根際效應(yīng)的生態(tài)機(jī)制,并且芘降解的根際效應(yīng)在某種程度上受限于距根系的距離。
　　 (4)污染土壤中芘的殘留濃度隨著試驗(yàn)條件下根系分泌物添加劑量的增加呈現(xiàn)先下降后上升的非線性變化趨勢(shì)。土壤微生

8、物量碳和微生物熵與芘殘留量的變化趨勢(shì)相反,表明土壤微生物隨根系分泌物劑量變化可能是污染土壤中芘殘留量隨根系分泌物添加劑量變化的生態(tài)機(jī)制。細(xì)菌隨根系分泌物添加劑量的變化趨勢(shì)與芘降解變化特征一致,表明芘的降解以細(xì)菌為主,根系分泌物主要通過影響細(xì)菌群落的數(shù)量,進(jìn)而影響著芘的降解變化特征。土壤脫氫酶的變化趨勢(shì)與土壤微生物量和主要群落結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)一致,進(jìn)一步證明了土壤微生物隨根系分泌物劑量變化是污染土壤中芘殘留量隨根系分泌物添加劑量變化、呈現(xiàn)出