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根系分泌物及其组分对土壤中多环芳烃的活化作用

作　者: 孙冰清
导　师: 高彦征
学　校: 南京农业大学
专　业: 环境科学
关键词: 土壤根系分泌物多环芳烃活化吸附脱附有效性
分类号: X53
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

目前我国土壤有机污染问题突出,如何控制与修复土壤有机污染,实现土壤资源的可持续利用已成为各界关注的焦点之一。但是,多环芳烃(PAHs)类化合物易被土壤吸附固定,其活化及生物可利用性是影响修复效率的关键因素。研究根系分泌物对土壤中PAHs的活化作用,将为深入探讨PAHs在根际土壤中的生物可利用性、评价其作物污染风险、提高修复效率等提供基础依据。本文在评述根系分泌物及其组分在有机污染土壤修复中作用研究现状的基础上,以菲和芘为PAHs代表物,从土壤中PAHs的有效性、吸附、脱附等三个方面,研究了根系分泌物及其组分对土壤中PAHs的活化作用。主要研究结果如下：(1)采用批量平衡试验法,研究了模拟根系分泌物(ARE)及其低分子量有机酸(LMWOA)、氨基酸和糖等组分对黄棕壤吸附菲的影响。在供试根系分泌物及其组分的影响下,黄棕壤对菲的等温吸附曲线显著地呈线型,分配作用是黄棕壤吸附菲的主导机制。供试根系分泌物及其组分对黄棕壤吸附菲有抑制作用,且抑制作用随着加入量的增加而增强。例如,加入67.1g·L-1苹果酸后,土壤吸附菲的Kd和Koc值分别从998.3L·kg-’和69909.0L·kg-’下降至521.7L·kg-1和36534.0L·kg-1,比对照低47.7%。与氨基酸和糖相比,LMWOA对土壤吸附菲的抑制作用更强,各种根系分泌物组分对菲吸附的抑制作用强弱顺序为：柠檬酸>草酸>苹果酸>>丙氨酸>丝氨酸>果糖。分析了黄棕壤吸附菲的平衡溶液中水溶性有机质(DOM)和金属离子的浓度,发现加入根系分泌物及其组分后DOM浓度略有增大,金属离子浓度显著增加,金属离子溶出导致土壤有机-无机复合体中固相有机质释放、成为DOM,而溶液中DOM与菲的结合作用抑制土壤对菲的吸附,这是供试根系分泌物抑制土壤吸附菲的主要原因。(2)采用批量平衡试验法,研究了模拟根系分泌物及其组分对黄棕壤中PAHs脱附的影响。发现,供试模拟根系分泌物或其组分均促进了黄棕壤中菲的脱附。土壤中菲的脱附量随着老化时间延长而降低。与ARE、氨基酸和果糖相比,低分子量有机酸对土壤中菲和芘脱附的影响更为显著。例如,加入65g·L-1的柠檬酸、苹果酸、草酸、丝氨酸、丙氨酸、果糖和ARE后,土壤中菲的脱附量分别由对照的10.7mg·kg-1增加到20.6、15.8、17.6、9.4、11.1、11.4和17.8mg·kg-1。揭示了根系分泌物及其组分影响黄棕壤中PAHs脱附的作用机理。(3)研究了模拟根系分泌物及其组分对黄棕壤中PAHs有效性的影响。向PAHs(菲和芘)污染黄棕壤中加入根系分泌物并培养30天后,用正丁醇提取土壤中有效态的菲和芘。与对照相比,加入20.0g·kg-1左右的柠檬酸、苹果酸、草酸、丝氨酸、丙氨酸,果糖和ARE后,灭菌土壤中菲的可萃取态含量分别由对照的8.1mg·kg-1增加到40.4、34.8、40.9、24.6、26.2、20.4和39.3mg·kg-1。多环芳烃种类不同其可萃取态含量存在差异,高分子量、多苯环的PAHs的有效性较低；加入20.6g·kg-’ARE,灭菌和非灭菌黄棕壤中可萃取态菲含量分别增加了386.0%和310.8%,而芘则增加了211.2%和215.5%。微生物的生物降解作用对PAHs有效性有重要影响,灭菌土壤中有效态PAHs含量明显高于未灭菌土壤。

全文目录

摘要 8-10ABSTRACT 10-12第一章文献综述 12-18 1 引言 12-13 2 根系分泌物的概念和分泌机理 13-14 3 根系分泌物在有机污染土壤修复中的作用 14-16 3.1 根际强化微生物对有机污染物的降解 14 3.2 根系分泌物中酶类直接降解有机污染物 14 3.3 根系分泌物对土壤中有机污染物的活化作用 14-16 4 问题与展望 16-17 5 研究目标及技术路线 17-18第二章根系分泌物及其组分对黄棕壤吸附菲的影响 18-28 1 材料与方法 18-20 1.1 试剂与仪器 18 1.2 供试土样 18-19 1.3 实验方法 19 1.4 数据处理与统计分析 19-20 2 结果与讨论 20-27 2.1 黄棕壤对菲的等温吸附曲线 20 2.2 根系分泌物及其组分对黄棕壤吸附菲的影响 20-22 2.3 根系分泌物及其组分影响黄棕壤吸附菲的作用机理 22-27 3 结论 27-28第三章根系分泌物及其组分对黄棕壤中菲脱附的影响 28-36 1 材料与方法 28-29 1.1 试剂与仪器 28 1.2 供试土样 28-29 1.3 实验方法 29 2 结果与讨论 29-35 2.1 根系分泌物及其组分对土壤中PAHs脱附的影响 29-32 2.2 根系分泌物及其组分影响土壤中菲脱附的机制 32-35 2.2.1 根系分泌物及其组分对土壤中金属离子的溶出效应 32-33 2.2.2 根系分泌物及其组分对土壤中DOM的影响 33-35 3 结论 35-36第四章根系分泌物及其组分对土壤中PAHS有效性的影响 36-44 1 材料与方法 36-37 1.1 试剂与仪器 36 1.2 供试土样 36 1.3 实验方法 36-37 2 结果与讨论 37-42 2.1 不同根系分泌物种类和浓度对土壤中PAHs有效性的影响 37-40 2.2 根系分泌物及其组分对土壤中不同PAHs有效性的影响 40-41 2.3 微生物对土壤中PAHs有效性的影响 41-42 3 结论 42-44第五章总结与展望 44-46 1 总结 44-45 2 创新点 45 3 问题与展望 45-46参考文献 46-54攻读学位期间发表的学术论文 54-56致谢 56

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