论文部分内容阅读
近年来,随着我国工业化和城市化的快速进展,工业“三废”大量排出、矿物冶炼、污水灌溉和农药化肥的不合理施用等导致土壤面临着不同程度的重金属污染,其中砷(As)已成为我国多地农业土壤的首要类金属污染物。随着科技的进步,藻类的成分和特性已被人类熟知,其中小球藻是一种常见的单细胞绿藻,因其具有易获得、个体小、繁殖快等特点,加上绿藻对毒性物质较敏感,在环境As污染治理方面已取得较好成果。本文首先研究溶液体系中小球藻对As化学形态的转化作用,并进一步探究小球藻细胞是否对As有积累以及氧化还原转化的作用,确认水溶液中As(Ⅲ)的氧化是否来自于藻细胞,为明确小球藻细胞对As的氧化或还原反应具体位置,进行小球藻细胞内外As形态与总量实验。在此基础上,探索在淹水土壤体系和淹水土壤-水稻体系中,小球藻对土壤As化学形态的转化作用。主要研究内容及结果如下:(1)在As溶液体系中,光照条件下浅水体系中小球藻的光合作用使水中含氧量增加、Eh上升,小球藻促进As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ),且As(Ⅲ)氧化率随小球藻浓度的增加而升高,从而降低水体As的毒性,并有利于小球藻对As的吸附固定。由此可见,小球藻可推动天然水体上层As的氧化转化,使得As(Ⅴ)占主导地位,由此降低As毒性。(2)小球藻可对As(Ⅲ)进行氧化,在As(Ⅲ)浓度低于200μg/L的情况下,化学氧化占主导;在As(Ⅴ)溶液中,当As(Ⅴ)浓度为200μg/L时,小球藻对As(Ⅴ)的还原效率高达97%,并且在As(Ⅲ)浓度较高时小球藻的还原性强于氧化性。(3)小球藻细胞内部As形态与总量数据表明,小球藻细胞不仅对As有积累作用,还有氧化还原转化的作用。当水溶液中As浓度较高时,藻细胞氧化As(Ⅲ)占主导,藻细胞中累积As的最大量约为138μg/g,而且小球藻细胞内As的积累量随As(Ⅴ)浓度的增加而降低。(4)小球藻对As进行积累的同时也会对As产生排泄作用。外排使小球藻细胞内部只留下有机As,细胞内的As总量一直在减少,而细胞外的As总量处于增加状态。实验末期,小球藻细胞外的As总量高出细胞内的2倍。由此可以看出,小球藻细胞外排As的速度大于积累As的速度。(5)通过对比小球藻培育后的滤液中As(Ⅴ)的实测浓度(68.37μg/L)与理论浓度(69.67μg/L)的差距,可知小球藻细胞对As(Ⅴ)的还原作用主要发生在细胞内。(6)在淹水土壤体系中,较低浓度小球藻(1%)有利于促进土壤孔隙水As甲基化,而高浓度小球藻(5~10%)则会加速去甲基化过程,使无机As(Ⅲ)成为土壤溶液最主要的As形态;各浓度小球藻的碱性特征均有利于促进土壤As(Ⅴ)的脱附溶出。(7)在淹水土壤-水稻体系中,小球藻使土壤可溶性有机碳(DOC)含量增加,加速了As向As(Ⅲ)与DMA的转化;同时使根际土壤固相As由稳定钝化态向非稳态转化,由此导致水稻幼苗As含量升高。