论文部分内容阅读
随着工农业的发展,大量有毒有害物质被排入土壤中,对土壤环境、土壤质量以及土壤中生物活性等方面造成不同程度的危害。其中,多环芳烃（PAHs）所造成的环境污染问题是一类全球性的环境问题,在我国,土壤环境状况总体不容乐观,根据2014年4月17日国家环境保护部和和国土资源部联合发布了全国土壤污染状况调查公报显示,土壤中PAHs的超标率为1.4%（http://www.zhb.gov.cn/）。当前,去除土壤中PAHs的主要方式包括有很多种,其中,植物修复方法因其具有操作简便、成本较低、对环境不易造成二次污染且可以美化环境等优点被人们广泛关注和利用,但植物体自身对多环芳烃的吸收较少,主要是通过植物根际作用促进土壤中微生物的活性,从而加速对土壤中PAHs的去除。鉴于此,研究人员通过使用一些辅助手段来增强植物根际修复的效果,比如采用外源添加有机物料、添加表面活性剂等措施,这些措施也都取得了良好的修复效果,但这些修复方法中也存在一些问题,比如有机物料添加以后,有可能引入新的污染物质;使用人工合成的化学物质或者其分解产物可能对土壤造成二次污染等一些潜在的问题。吲哚乙酸（IAA）是自然界中普遍存在的、植物体自身合成的激素类物质,其主要功能是促进植物生物量的增加,而根部生物量的增加可以增大植物体与土壤的接触面积,促进根际环境微生物的活性,进而促进土壤中污染物的去除。是否IAA强化植物对土壤中PAHs的去除,其可能机制是什么?本文就此开展研究,选取单一污染或复合污染下的人工污染和自然污染土壤,设置一系列的培养试验。主要回答:（1）IAA添加对荧蒽污染土壤的去除效果及机制;（2）IAA添加对菲污染土壤的去除效果及机理;（3）自然PAHs复合污染土壤中,添加IAA对不同植物修复PAHs污染土壤的效果及可能的机制;（4）水培条件下,IAA对植物体吸收转化PAHs的影响及机理,通过以上试验,试图系统的揭示外源添加IAA对土壤中PAHs的修复机理,为植物激素和植物联合修复PAHs污染的土壤提供理论依据。研究结果如下:（1）研究了外源添加IAA对人工污染土壤中荧蒽的去除。采用盆栽培养形式,种植黑麦草并喷施不同浓度(0,0.24和2.4 mg kg-1)的IAA,得到IAA的添加可以促进植物生物量的增加,特别是2.4 mg kg-1 IAA处理可以显著促进土壤中荧蒽的去除,且荧蒽去除率与植物中的荧蒽的吸收量呈显著相关;此外,2.4 mg kg-1 IAA的添加可以促进根际土壤中真菌数量的显著提高。（2）研究了IAA的添加对菲污染土壤的去除效果以及对根际环境中微生物数量、活性和群落结构的影响。采用土培形式,选取菲作为多环芳烃的代表,研究了0,1,5,10 mg kg-1IAA对强化黑麦草修复菲污染土壤的影响,得到IAA可以促进植物生物量的增加,显著促进土壤中菲的去除以及植物根系对菲的吸收。菲的最大去除率（97.0%）和黑麦草的最大吸收浓度(1.76mg kg-1)均出现在IAA浓度为10 mg kg-1的处理中;添加IAA可以显著影响土壤中微生物量碳的含量和群落结构的改变,其中真菌和AM真菌百分数含量分别增加了20.04-71.03%和10.99-16.94%。（3）研究了IAA添加对强化黑麦草和紫花苜蓿修复自然污染场地的影响。采用盆栽试验的形式,结果表明,IAA的可以促进种植黑麦草和紫花苜蓿土壤中PAHs的去除。种植植物的处理可以显著促进土壤中PAHs的去除,而就种植两种植物的各处理而言,添加IAA并没有使PAHs总量有明显改变,但对于不同环数PAHs的去除有明显影响,其中,IAA添加后,可以显著促进紫花苜蓿对四环和六环PAHs的去除。植物吸收PAHs浓度可得出,叶部主要对三环和四环PAH有吸收作用,根部对不同环数PAHs均有所吸收。IAA可以使得种植紫花苜蓿的土壤在60d时微生物量碳含量有明显的增加;IAA对种植黑麦草和紫花苜蓿的土壤呼吸含量均有促进作用;对于土壤中PAHs降解菌的数量在60d时较CK相比分别增加了79.77-134.94%。相关性分析表明,较种植黑麦草处理相比,IAA的添加可以更显著的促进紫花苜蓿对PAHs污染土壤中的修复。（4）研究了IAA添加对植物体吸收PAHs的影响。采用水培形式,设置不同处理,分析IAA对植物体对PAHs吸收,被动运输和代谢转化的影响。结果表明,IAA浓度可以促进植物体对溶液中PAHs的吸收,一方面通过增强植物体的蒸腾作用,促进了根部对可溶性PAHs的吸收;另一方面,IAA的添加会增加植物体过氧化物酶活性,提高植物根部和叶部相关去毒基因以及压力缓解基因的表达量,增加植物的解毒排毒能力,促进植物对PAHs的转化。此外,添加不同浓度的IAA可以改变黑麦草根部分泌的小分子酸的数量和种类,这可以引起根际环境的变化,从而影响修复效应。综上所述,IAA的添加可以提高植物生物量,改变根系分泌物的组成,促进植物体自身解毒功能的酶系和基因的表达,提高植物体蒸腾作用,促进对PAHs的吸收和转化;另外,IAA的添加间接地促使根际土壤中微生物数量和群落结构发生改变,包括能够参与多环芳烃降解的功能菌,在强化植物修复多环芳烃污染土壤中的变化情况。