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土壤的持久性有机污染物(POPs)污染是一个全球性的环境问题。它不仅构成对土壤和地下水水质的持久性危害,对人体健康也构成长期影响。本论文采用英国Sussex大学温室室内盆栽实验的方法研究了多环芳烃(PAHs)和硝基苯(NB)污染土壤对不同种类植物生态效应的关系,考察了不同植物在硝基苯或者多环芳烃污染土壤上的生长状况及各种生态因子的关系,比较各种植物的修复效率,并探讨修复效果产生的可能原因,同时开展了利用营养元素强化植物修复PAHs和NB污染土壤的研究。通过上述研究,主要结论为:
1.硝基苯污染土壤中不同植物的生态效应及修复效果
1.1一定浓度硝基苯污染促进芹菜的发芽,且发芽率不受初始土壤中菌类多少的影响。不同浓度硝基苯污染对芹菜根的长度和胚茎影响较小,但是对初生种子根影响较大。低浓度硝基苯对植株的光和作用率略有刺激作用,而高浓度污染则相反,这可能与土壤中的菌类可以利用或者降解硝基苯促进植物光合作用和生长有关。硝基苯污染促进根部和茎叶对钾元素的吸收,导致植株茎叶和根部的水分流失严重。除1.0mg/kg和0.1mg/kg处土壤有机质含量较高,灭菌的土壤有机质含量较低。
1.2较低硝基苯污染浓度土壤有利于紫茉莉种子的发芽,灭菌的初始土壤对种子发芽有利。不同浓度的硝基苯污染对紫茉莉根总长度、胚茎和初生种子根有影响。植物株高随污染物浓度升高而降低,而低浓度硝基苯对紫茉莉的根长有促进作用,高污染浓度对根长则呈现抑制作用。投加硝基苯对植株的光和作用率影响较小,硝基苯污染有利于植株茎叶对钾元素的吸收。紫茉莉根的鲜重和总干重受污染浓度的影响较小。各硝基苯污染浓度对土壤有机质含量影响相似。营养元素的强化应用影响了紫茉莉茎叶、根的含水率,增加了土壤有机质含量。
1.3低浓度硝基苯污染有利于玉米种子的发芽,不同浓度的硝基苯污染对玉米初生根、胚轴和胚芽鞘的影响较小。不同硝基苯浓度下玉米株高相差不大。硝基苯污染对玉米光合作用率的影响较小;通过营养元素强化修复后,硝基苯污染对植株光合作用率逐渐呈现出抑制作用。硝基苯污染促进植株茎叶对钾元素的吸收,而对根部钾元素含量影响较小。硝基苯污染降低了根部的水分吸收能力。硝基苯污染对土壤的有机质含量影响不大。
1.4观赏性辣椒。硝基苯的存在不利于观赏性辣椒的发芽。不同浓度的硝基苯污染对观赏性辣椒的根总长度、胚茎和初生种子根没有明显的影响。
1.5芹菜对污染土壤中硝基苯的相对去除率达到了100%,去除效果良好;但是芹菜对土壤中硝基苯的相对吸收率小于44%,个别可以达到100%,浓度越大吸收量越小。种植紫茉莉土壤中硝基苯的相对去除率随着浓度的增大而增大,可在99%以上,营养元素强化技术的应用略微增加了硝基苯的相对去除率。但是紫茉莉对硝基苯的相对吸收率小于11%,随着浓度增大吸收量逐渐降低。玉米对硝基苯的相对吸收率可以达到90%,土壤中硝基苯的相对去除率随着浓度的增大而增大,从0.1mg/kg以上污染浓度的硝基苯相对去除率均达到98%以上。
1.6三种修复植物中,芹菜的修复效果最好,土壤中硝基苯的相对去除率最大。
1.7未种植植物,土壤内的菌类可以降解硝基苯,硝基苯本身也会降解,也或者是因为蒸发或者植物挥发作用使得土壤内的硝基苯进入了大气中。
2.多环芳烃污染条件下不同植物的生态效应与修复效果
2.1投加不同浓度的多环芳烃降低了紫茉莉的发芽率,但对紫茉莉株高和根长的影响较小。多环芳烃污染会降低紫茉莉光合作用率。除10.0mg/kg外多环芳烃污染均有利于紫茉莉茎叶对钾元素的吸收,而抑制根系对钾元素的吸收。紫茉莉植株茎叶和根部的鲜重和干重受多环芳烃污染的影响较小。多环芳烃污染促进紫茉莉茎叶、根部含水率增加。多环芳烃污染对土壤有机质含量影响较小。
2.2不同浓度污染条件下,玉米的发芽率在80%-100%之间。未灭菌的初始土壤有利于玉米的发芽。不同多环芳烃污染浓度对玉米株高的影响不大。玉米光和作用率在0-5之间。低污染浓度有利于玉米茎叶对钾元素的吸收。低污染浓度和过高的污染浓度有利于玉米根对钾元素的吸收。未灭菌的初始土壤有利于玉米茎叶和根系对水分的吸收。多环芳烃污染对土壤有机质含量影响较大,灭菌的初始土壤有利于土壤有机质含量增加。
2.3紫茉莉地上部对Bap和pyrene的吸收量为零,根部对Bap的相对吸收率小于11%,根部对pyrene的相对吸收率小于11%,土壤中Bap的相对去除率在83%~99%之间,灭菌的初始土壤有利于紫茉莉根部对Bap的吸收,但是降低了土壤中Bap的相对去除率,土壤中pyrene的相对去除率在5%~98%之间,低浓度时灭菌的初始土壤有利于土壤中pyrene的去除,高浓度时则是未灭菌的初始土壤有利于土壤中pyrene的去除。
2.4玉米对Bap的相对吸收率先上升后下降,当BaP浓度为0.1 mg/kg时达到最大,为100%,未灭菌的初始土壤有利于玉米对Bap的吸收,也有利于土壤中Bap的去除,土壤中Bap的相对去除率在76%~90%之间,在某些浓度处出现土壤中Bap的含量不减少反而增加的反常现象;玉米地上部和根部对pyrene的总相对吸收率呈下降趋势,相对吸收率可高达100%,土壤中pyrene的相对去除率在34%~100%之间,在某些浓度处出现土壤中pyrene的含量不减少反而增加的反常现象。
2.5未种植植物,土壤本身以及Bap和pyrene自身都会降解多环芳烃。Bap的相对去除率在5.6%~99.99%之间,pyrene的相对去除率在21%~99.89%之间。
2.6紫茉莉对土壤中的Bap和pyrene的去除效果较好,比较稳定。