重金属和溴代阻燃剂复合污染对小白菜(Brassica chinensis L.高梗白)-土壤生态系统的胁迫效应

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土壤中重金属和有机污染物的复合污染是当前面临的重大环境问题。随着工业化的快速发展,越来越多的重金属和有机污染物进入土壤环境中。掌握重金属和有机污染物复合污染的环境行为和效应对于解决我国土壤污染处理面临的实际问题和评估生态安全具有重要意义。目前关于重金属和有机污染物的复合污染研究多集中于重金属和多环芳烃、有机农药等的复合效应,而关于溴代阻燃剂类有机污染物的复合效应研究较少,且实际复合污染的土壤对土壤-植物系统的效应研究。本文选择“小白菜(Brassica chinensis L.高梗白)”为研究对象,采集野外老化多年的污染土壤,利用室内盆栽实验,研究典型重金属镉(Cadmiunm,Cd)、铜(Copper,Cu)和溴代阻燃剂四溴双酚 A(Tetrabromobisphenol A,TBBPA)、十溴联苯醚BDE209(Decabromodiphenyl ether)单一及复合污染对小白菜及其根系土壤的毒性效应。主要研究结果如下:(1)重金属Cd、Cu和溴代阻燃剂TBBPA、BDE209均可在小白菜体内富集、迁移并向上传输。重金属Cd、Cu在小白菜各组织中富集规律相同,富集系数从大到小为根>叶>茎。单一 TBBPA污染条件下,TBBPA在小白菜叶片中的富集系数为0.12,而单一 BDE209处理组中BDE209富集系数仅为0.003,表明TBBPA更易被小白菜吸收并向上传输。在复合污染条件下,Cd+TBBPA和Cd+BDE209叶片中Cd的富集系数分别为0.14和0.10,相比单一 Cd污染(富集系数为 0.18)显著下降了 25.5%和 44.6%。Cu+TBBPA 和 Cu+BDE209 叶片中 Cu的富集系数分别为0.20和0.21,相比单一 Cu污染(富集系数为0.25)显著下降了 19.0%和19.3%,说明TBBPA和BDE209抑制了重金属Cd、Cu在小白菜叶片中的累积。同时,TBBPA和BDE209还抑制了重金属在小白菜体内的迁移和向上传输。另一方面,重金属也影响了溴代阻燃剂在小白菜叶片中的累积。复合重金属Cd之后,Cd+TBBPA、Cd+BDE209处理组叶片中溴代阻燃剂的含量是各自溴代阻燃剂单一污染的71.8%和60.7%。重金属Cu的加入也使叶片中BDE209的含量减少了 51%。(2)重金属Cd、Cu污染可显著抑制小白菜的种子萌发和生长发育,改变植物根细胞通透性,降低光合色素的含量,引发膜脂过氧化,诱导甚至于破坏抗氧化酶系统。溴代阻燃剂TBBPA、BDE209污染对小白菜没有明显的毒性效应,其中BDE209可以促进小白菜种子的萌发。溴代阻燃剂TBBPA和BDE209与重金属Cd、Cu复合之后,小白菜的发芽率升高,生物量和光合色素含量增加,膜脂过氧化产物减少,表明溴代阻燃剂可以缓解重金属对小白菜的毒性效应,二者产生了拮抗效应。(3)重金属Cd和Cu增加了根际土壤pH值,抑制了土壤脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶的活性,改变了根际土土壤微生物细菌的群落组成,减少了微生物的多样性。溴代阻燃剂TBBPA和BDE209对根际土 pH无太大影响,同样抑制了土壤脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶的活性,轻微改变土壤微生物群落的组成结构,对土壤微生物细菌群落的丰富度和多样性没有太大的影响。重金属Cd、Cu复合TBBPA或BDE209之后,根际土 pH降低,重金属Cd和Cu有效态含量增加。相对于单一 Cd污染,复合污染Cd+TBBPA和Cd+BDE209条件下,根际土土壤脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶均显著增加,根际土壤微生物组成发生改变,微生物细菌群落丰富度和多样性有所增加。TBBPA可以缓解单一 Cu污染对微生物细菌群落丰富度和多样性的负面效应,而BDE209对其并无太大影响。
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