（环境科学专业论文）受多氯代有机化合物污染的水土环境及其植物修复.pdf

中山大学博士学位论文摘要 不同土地利用方式的耕作土壤中氯苯类化合物、滴滴涕和六六六含量各不相同。 西南涌上、中、下游的河水、表层沉积物、沿岸耕作土壤和植物中多氯代有机污 染物分布呈下降趋势。土壤与灌溉用水中多氯代有机污染物含量呈极显著正相关 关系，有机质含量在一定程度上也影响着多氯代有机污染物的分布。富集系数和 位移系数能反映多氯代有机污染物在植物体内和植物与土壤之间的位移能力。供 试土样中多氯代有机污染物的部分同系物之间显示了一定的相关性，某种污染物 含量与其同系物含量有关。 部分多氯代有机污染物在土壤中的含量随剖面深度的加深而升高，部分 则随土壤剖面的加深而降低，这主要与污染物的水溶性和亲脂性有关。多氯代有 机污染物在沉积物中的分布则随深度的变化而各有差异，这主要由沉积物的地质 年代不同而异。其在西南涌沿岸剖面土壤和柱状沉积物中的分布基本呈上游 中 游 下游的趋势。 各土壤模拟柱中，随着淋溶时间的延长，多氯代有机污染物的迁移范围逐渐 加深，但迁移深度与速度却各不相同。污染物和土壤的基本理化性质均能影响多 氯代有机污染物在模拟土壤柱中的迁移状况。渗滤液中能检测出污染物存在，但 含量较低。 3 种不同处理条件下，种植植物能不同程度降低土壤中多氯代有机污染 物的含量，具体表现为种植前期和中期下降速率较快，后期下降速率减弱。与之 相应，植物在生育过程的前期和中期对多氯代有机污染物的吸收能力较强，之后 开始减弱。2 种植物中，以黑麦草对受多氯代有机污染物污染土壤的修复能力略 优于大蒜。3 种受污染程度不同的土壤中，植物对高浓度多氯代有机污染物污染 土壤的修复能力相对较强，中、低浓度次之。种植植物改变了土壤环境，具体表 现为过氧化氢酶活性呈现先增强后稳定、p h 值为先下降后稳定、有机质含量出 现先上升后下降的趋势。 在去除受污染土壤中多氯代有机污染物时，污染物的减少量中仅有部分被植 物直接吸收，其它则可能是由于植物降解以及种植植物后对土壤环境的改变导致 多氯代有机污染物被微生物降解。受污染土壤中多氯代有机污染物的含量与过氧 化氢酶活性和p h 值呈极显著相关关系。 植物能吸收和降解水体中的多氯代有机污染物，但其吸收和降解能力受 i l 中山大学博士学位论文摘要 一定条件限制，不同类型和浓度多氯代有机污染物溶液培养对植物的表观性质有 不同程度影响。在不同类型和浓度多氯代有机污染物胁迫下，植物某些根系分泌 物产生了相应的变化，水培溶液p h 值和根系分泌物中的可溶性总糖、有机酸、 氨基酸含量均有不同的变化。 植物对水体和土壤中多氯代有机污染物的吸收与降解能力的差异可能与水 培溶液和土壤环境中的生物活性有关。 与对照处理相比较，根际、近根际和远根际土壤中多氯代有机污染物含 量变化情况各不相同。与植物吸收特性相一致，土壤中多氯代有机污染物有从非 根际向根际环境迁移的趋势。植物的地下部分对多氯代有机污染物的吸收利用程 度均大于地上部分，这一特性与种植植物后土壤中多氯代有机污染物在根际环境 的迁移特点相符合。土壤微生物在很大程度上影响着植物修复受多氯代有机污染 物污染土壤的效率。在不同处理中，根际、近根际和远根际土壤的p h 值、有机 质含量和过氧化氢酶活性的变化情况各有差异，根际和近根际土壤环境理化性质 的改变较大，而远根际土壤环境的改变相对较小。 综上所述，多氯代有机污染物在水土环境中广泛存在并有向周围环境介质迁 移的趋势，这一结论将为有效控制环境中多氯代有机污染物提供依据。植物修复 受多氯代有机化合物污染水土环境的机理和应用研究能促进这一修复技术得以 进一步推广，从而提出适合我国国情的多氯代有机化合物污染控制策略及消除措 施。 关键词：多氯代有机污染物；水土环境；分布；迁移；植物修复 l l i d i s s e r t a t i o nf o rp i do fs u ny a t s e l lu n i v e r s i t ya b s t r a c t c o n t a m i n a t e d 争场t e ra n ds o i le n v i r o n m e n tw i t h p c o p sa n di t sp h y t o r e m e d i a t i o n m a j o r ： e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e n a m e ：w a nd a j u a n s u p e r v i s o r ：p r o f j i ax i a o s h a n a b s t r a c t i nv i e wo ft h ed o m e s t i ca n df o r e i g nr e s e a r c hs i t u a t i o na n dt h eg l o b a lp r o b l e mo f c o n t r o l l i n gc o n t a m i n a t i o no fp o l y c h l o r i n a t e do r g a n i cp o l l u t a n t s ( p c o p s ) i nw a t e ra n d s o i le n v i r o n m e n t ，t h ee x t r a c t i o na n da n a l y s e sm e t h o d ，d i s t r i b u t i o na n dt r a n s f e ro f p c o p si nw a t e ra n ds o i le n v i r o n m e n t ，p h y t o r e m e d i a t i o nc o n t a m i n a t e dw a t e ra n ds o i l e n v i r o n m e n tw i t hp c o p sa n dt h er h i z o s p h e r em e c h a n i s mo fp h y t o r e m e d i a t i o nw e r e s t u d i e db yu s i n gt h em e t h o do ff i e l di n v e s t i g a t i o na n ds a m p l i n g ，l a b o r a t o r ys i m u l a t i o n a n da n a l y s e s t h em a i nr e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ： t h ed e g r a d a t i o nr a t eo f1 , 2 , 4 - - t r i c h l o r o b e n z e n ei nd i f f e r e n tt r e a t m e n t so f u l t r a s o n i ce x t r a c t i o nw a sv e r yl o wa n dt h eu l t r a s o n i ce x t r a c t i o nw a st h eb e s to ft h r e e e x t r a c t i o nm e t h o d s ( u l t r a s o n i c ，s o x m e ta n ds h a k i n g ) t h eb e s tu l t r a s o n i ce x t r a c t i o n c o n d i t i o n sw e r ea sf o l l o w s ：p o w e r2 0 w ：t e m p e r a t u r e3 54 c ，t i m e6 0 m i na n dt h e m i x t u r eo fp e t r o l e u me t h e ra n da c e t o n e ( 1 ：1 ) a ss o l v e n t u n d e rt h eb e s tu l t r a s o n i c e x t r a c t i o nc o n d i t i o n s ，t h ea v e r a g er e c o v e r yo f1 , 2 ，4 - - t r i c h l o r o b e n z e n ei ns a m p l e sw a s 9 2 1 8 ，r s d0 8 2 a n dt h ed e t e c t i o nl i m i t s0 0 0 0 1 t g 幢t h i se x t r a c t i o nc o u l db e t h es a m ew i t ho t h e rp c o p si ns a m p l e so fw a t e ra n ds o i le n v i r o n m e n t s e v e r a lp c o p sw e r ed e t e c t e di nw a t e r s e d i m e n t ，s o i la n dv e g e t a b l es a m p l e s i v d i s s e r t a t i o nf o rp h do f s u ny a t s e nu n i v e r s i t ya b s t r a c t c o l l e c t e df r o mf i e l d t h ec o n t e n t so fc h l o r o b e n z e n e ( c b s ) h e x a c h l o r o c y c l o h e x a n e ( h c h s ) a n dd i c h l o r o - - d i p h e n y l - - t r i c h l o r o e t h a n e ( d d t s ) i nt e s t e dw a t e ra n ds o i l s w e r ei no r d e ro fu p p e rr e a c h e so fx i n a nr i v e r m i d d l er e a c h e so fx i n a nr i v e r l o w e rr e a c h e so fx i n a nr i v e ni ns u r f a c es e d i m e n ts a m p l e s ，p c o p sw e r ei no r d e ro f h c b 1 ，2 - - d c b 邛- - b h c p e c b 1 , 2 ，3 ，5 - - t e c b 1 , 2 ，4 - - t c b 7 - - b h c a t b h c p p 一d d e 1 , 2 1 3 一t c b p p 一d d d p p l d r o p 一d d ，r 口一 b h c t h ev e r t i c a ld i s t r i b u t i o no fp c o p si nc o r es e d i m e n ts a m p l e sv a r i e dw i t ht h e c h a n g eo fs e d i m e n td e p t h t h ec o n t e n t so fc b s ，b h c sa n dd d t si nc u l t i v a t e ds o i l s w e r e7 6 1 1 8 8 2 8 ，2 3 9 7 2 1 5 4 ，4 3 0 9 2 5 0 6 n g g ，r e s p e c t i v e l y i nt h es o i lp r o f i l e s ， t h ec o n t e n t so fs o m ep c o p si n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo fd e p t ha n do t h e r sd e c r e a s e d w i t ht h ei n c r e a s eo fd e p t h t h ec o n t e n t so fc b s ，b h c sa n dd d t si nt e s t e dv e g e t a b l e s w e r e1 4 0 3 9 9 1 7 6 ，7 4 1 2 6 0 9 6 ，5 5 5 3 6 7 7 2n g g ，r e s p e c t i v e l y am a j o r i t yo ft e s t e d v e g e t a b l e sc o u l da c c u m u l a t et h ep o l l u t a n t sa n dt h et r a n s l o c a t i o nf a c t o r so ft h ep c o p s i nt e s t e dv e g e t a b l e sv a r i e df r o m0t o1 0 2 8 1 p o p sc o u l dt r a n s f e rf r o mw a t e ro f i r r i g a t i o nt os o i l ，t h eb i o a c c u m u l a t i o nf a c t o r so ft h ep o l y c h l o r i n a t e do r g a n i cp o l l u t a n t s i nt e s t e dv e g e t a b l e sv a r i e df r o m0t o3 2 5 5 8 t h ec o n t e n t so fs o m ep c o p si nt e s t e d s a m p l e sw e r ec o r r e l a t e dw i t ht h e i ri s o m e r i cc o m p o u n d s w i t he l u v i a t e dt i m el e n g t h e n i n g ，t h et r a n s f e rd e p t ho fp c o p si ns i m u l a t e ds o i l c o l u m nw e r ei n c r e a s e d ，b u tt h ed e p t ha n dv e l o c i t yo ft r a n s f e rw e r ed i s s i m i l a ri n d i f f e r e n tc o l u m n t h i sc h a r a c t e r i s t i cw a sa f f e c t e db yt h ed i f f e r e n tp h y s i c a la n d c h e m i c a lp r o p e r t i e so fp c o p sa n ds o i l s p c o p sw e r ed e t e c t e di ne x t r a v a s a t eo fs o i l c o l u m na n dt h ec o n t e n t so fp c o p sw e r el o w e r p l a n t i n gc o u l dr e d u c et h ec o n t e n to fp c o p si ns o i la n dt h ed e c r e a s er a t ew a s h i g i ii no 一6 0 d t h ec a p a b i l i t yo fp h y t o r e m e d i a t i o nw a sa f f e c t e db yp l a n ts p e c i e s ， g r o w t hp e r i o da n dd e g r e eo fs o i lp o l l u t i o n r y e g r a s sh a dah i 【g h e rc a p a b i l i t yo f a b s o r b i n gp c o p s t h a ng a r l i c d u r i n gt h ee a r l ya n dm i d d l es t a g e so fg r o w t h ( 0 - - 6 0 d ) ， p l a n t sh a da b s o r b e dm o r ep c o p s p l a n t s c a p a b i l i t yo fa b s o r p t i o nw a sh i g hi n c o n t a m i n a t e ds o i lw i t hh i 【g hc o n t e n tp c o p s s o i lc a t a l a s ea c t i v i t y , p ha n dc o n t e n to f o r g a n i cm a t t e rr e f l e c t e dt h ec h a n g e so nl i v i n g n e s so ft h es o i lo r g a n i s m p l a n t i n gc o u l d v d i s s e r t a t i o nf o rp h do f s u a f a t s e ru n i v c m i t ya b s t r a c t p r o m o t e t h ec a p a b i l i t yo fa b s o r p t i o na n d u s i n gp c o p sb yt h eo r g a n i s mi ns o i l 1 1 1 1 0 2 5p e r c e n to fd e c r e a s e dp c o p si nc o n t a m i n a t e ds o i lw e r ea b s o r b e d b yp l a n t o t h e r sm i 【曲tb ed e g r a d e db yp l a n t sa n dm i c r o o r g a n i s mi n s o i le n v i r o n m e n ta f t e r p l a n t i n g r y e g r a s sc o u l da b s o r ba n dd e g r a d e1 , 2 ，4 - - t c ba n dp p - - d d t , r e d u c et h e c o n t e n to fp c o p si nw a t e r r y e g r a s sa b s o r bm o r e p p 一d d tt h a n1 , 2 ，4 - - t c b ，t h e a b s o r p t i o nc a p a b i l i t yo fo v e r w a t e ra n du n d e r w a t e rr y e g r a s sw e r ed i f f e r e n t t h e g r o w t ho fr y e g r a s sw a sa f f e c t e db yt h et y p ea n dc o n c e n t r a t i o no fp c o p s t h e a b s o r p t i o nc a p a b i l i t yo fr y e g r a s si nw a t e rw a sl o w e rt h a ns o i l d i f f e r e n tt y p ea n d c o n c e n t r a t i o no fp c o p sc o u l da f f e c ts o m er o o te x n d a t e s ，t h ec o n t e n to fs u g a r ，o r g a n i c a c i d ，a m i n oa c i di nr o o te x u d a t e sa n dp hi nw a t e r - c u l t u r em e d i u mw e r ec h a n g e db y t h ec h a n g e so fp c o p s t y p ea n dc o n c e n t r a t i o ni nw a t e r c o m p a r ew i t ht r e a t m e n tc k , t h ec o n t e n t so fp c o p si ns o i lo fr h i z o s p h e r e n e a r r h i z o s p h e r ea n df a rr h i z o s p h e r ew e r e d i f f e r e n ta f t e r p l a n t i n g c o n s i s t e n t w i t h a b s o r p t i o nb yp l a n t ，p c o p s i n s o i lt r a n s f e r r e df r o mn e a r r h i z o s p h e r e t of a r r h i z o s p h e r e m i c r o o r g a n i s mi ns o i lc o u l da f f e c te f f i c i e n c yo fp h y t o r e m e d i a t i o n p l a n tc o u l da b s o r ba n dd e g r a d ep c o p si ns o i l ，t h et r e n do fc h a n g ec o r r e s p o n d e d w i t ht h ec h a n g eo fp c o p sc o n t e n t t h ec o n t e n to fp c o p si nu n d e r g r o u n do fp l a n t w a sh i g h e rt h a ni ti no v e r g r o u n do fp l a n t ，w h i c hc o u l dh e l pt ot r a n s f e rp c o p sf r o m f a rr h i z o s p h e r et on e a rr h i z o s p h e r e i nd i f f e r e n tt r e a t m e n t ，s o i lc a t a l a s ea c t i v i t y , p h a n dc o n t e n to fo r g a n i cm a t t e rw e r ec h a n g e d t h ec h a n g ei nn e a rr h i z o s p h e r ew a s d i s t i n c t k e yw o r d s ：p o l y c h l o r i n a t e do r g a n i cp o l l u t a n t s ；w a t e ra n ds o i le n v i r o n m e n t ； d i s t r i b u t i o n ；t r a n s f e r ；p h y t o r e m e d i a t i o n v l 第1 章前言 第1 章前言 二十世纪中期以来，随着现代工农业，尤其是有机化工、石油化工，包括医 药、农药、杀虫剂、除草剂等生产业的迅速发展，以及由此带来人工合成有机化 学物质的大量使用，使环境中有机化合物数量和种类剧增。据统计，目前已知的 有机化合物种类达8 0 0 万种，且呈持续增加的趋势【l 】a 大量有机化合物的出现在 推动人类文明迅速发展的同时，也带来了一系列严重的环境污染问题。 自1 9 6 2 年r a c h e lc a r s o n 首次揭示有机氯农药给人类带来的严重危害以来，各 国改变了对农药政策的取向，人类开始重视由这类人工合成有机化学物质所带来 的潜在危害。但由于有机氯化合物具有特殊的物理化学性质，导致对该领域的研 究起步较晚而且进展缓慢，直到二十世纪九十年代初，与之相关的各种环境问题 日渐突出，有关持久性有机污染物( p o p s ) 对于生态系统及人类健康的影响才 逐渐受到国内外研究者的广泛关注，成为环境科学及其相关科学领域的研究热 点。联合国、欧共体、美国、中国和日本等国的环境组织也都积极采取行动参与 p o p s 的判断基准、筛选程序、性质、危害和归趋以及污染控制等的研究，旨在 减少或取缔p o p s 的生产和使用，并逐步在全球范围内消除这一类目前已知对人 类生存威胁最大的污染物。2 0 0 1 年5 月，关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩 公约的签订使p o p s 污染成为世界各国关注的环境问题焦点【2 】，该公约中首批列 出了被控制的1 2 种p o p s ，其中六氯苯( h c b ) 、滴滴涕( d d t s ) 、多氯联苯( p c b s ) 和二恶英( p c d d s ) 等均属于多氯代有机污染物( p c o p s ) 。 p c o p s 是指芳香烃、脂环烃、脂肪烃及其衍生物中的几个氢原子被氯原子取 代之后的产物，包括多氯代烃、多氯代苯、p c b s 、p c d d s 和大部分有机氯农药 等含多个氯原子的有机化合物，其广泛应用于医药、化工、农药、电子和制革等 行业，在生产和使用过程中以未经处理的废水、废气和废渣等多种形式进入环境， 造成不同环境介质的污染【3 1 。该类物质由于具有长期残留性、生物蓄积性、半挥 发性和高毒性，能在大气环境中长距离迁移并沉积到地球，对人类健康和环境具 有严重危害的天然或人工合成有机化合物，属于典型的p o p s 4 1o 从p c o p s 的化学 性质来看，由于氯原子具有较高的电负性，使之难以发生亲电反应，且活性随氯 中山大学博士学位论文 取代基的增多而逐渐下降，性质极为稳定。从其毒理效应来看，几乎所有的p c o p s 都具有“三致( 致癌、致畸、致突变) ”效应，对人类和动物的生殖、遗传、免疫、 神经、内分泌等系统具有强烈的危害作用，在水体、沉积物及土壤环境中长期残 留和经生物链富集会严重影响人类健康和环境生态系统平衡p j 。 由于p c o p s 具有较高的正辛醇，水分配系数，生态环境的中土壤含有腐殖酸 和富里酸等有机成分、沉积物中含有多种胶体、生物体内含有大量脂类物质，因 此p c o p s 通过在各环境介质中的迁移转化后，主要被分配到土壤有机质、河湖和 海洋沉积物以及生物体内，很难再次发生迁移，使土壤、沉积物和生物体成为 p c o p s 的最终归宿【6 】。鉴于p c o p s 的物理化学特性和毒理效应，以及相应的生态 环境特点，这一类难降解有机污染物的控制与去除研究就成为当前全球水土环境 科学研究的热点问题之一。 纵观国内外对水土环境中p c o p s 的研究现状，主要集中于对p c o p s 在水土环 境中的分布与迁移转化特征及受其污染水土环境的修复研究。 1 1 水土环境中p c o p s 分布与迁移转化特征 虽然大部分p c o p s 早己在全球大部分国家禁止或限制使用，但就当前国内外 研究者的调查情况来看，水、沉积物、土壤以及在水土环境中生存的动植物体内 均仍能检测出该类物质的长期存在。 日本专家二十世纪七十年代的污染调查结果表明，饮用水中h c b 、口一六六 六( h c h ) 和印一滴滴伊( d d e ) 含量分别为0 0 0 1 6 - - 0 0 0 4 5 、0 0 0 4 6 - - 0 0 0 8 5 和0 0 0 1 m g l t 刀。1 w a t a 等人报道了许多海洋的表层水中均检测出含有d d t s 、氯丹 和p c b s 等p c o p s ，其中以印度洋中d d t s 含量较高，北半球温带地区海洋中p c b s 含量较高【5 1 。西班牙f e r n a n d e z 等人的研究结果表明，e b r o 河水中d d t s 和h c h s 浓 度分别为3 1 和3 4 n g l t 刖。此外，在偏远的俄罗斯北极海水中也检测出较高浓度 的d d t s 和p c b s 【”。r u e y 等人对台湾g a o - - p i n g 河水中多环芳烃( p a i l s ) 的调查 结果为未检出一9 4 f l g l 9 。我国第二松花江河水中p c b s 和h c h s 的浓度则分别为 0 0 1 3 和o 1 2 4 m g l 1 0 】；杨清书等人的研究结果显示，珠江虎门潮汐水道d d t s 和 h c h s 含量分别为o 5 2 9 5 3 和5 8 - - 3 9 8 n g l t “j 。 同时，水体沉积物中也检测到有p c o p s 的存在，且含量较高。有调查结果表 2 第1 章前言 明，世界海洋近岸沉积物中的d d t s 的含量范围多数在 果菜类【9 6 1 ；不同作物对艾氏剂和七氯的吸收能力大小顺序为：花生 大豆 燕麦 玉米【9 7 1 。此外，植物不同部位积累有机污染物的能力不同，大部分植物 根系积累有机污染物的能力高于茎叶和籽实，也有部分植物茎叶和籽粒积累有机 污染物的能力高于根系。前人的研究表明，部分农药被植物通过根系吸收后在植 1 3 中山大学博士学位论文 物体内的分布顺序为：根 茎 叶 果实，同时植物在不同的生育期，由于新陈 代谢强度不同也会导致其吸收有机污染物的能力不同i l 。植物根系类型对其吸收 有机污染物的能力也有显著影响，由于根系类型的不同，能使根际环境中有机污 染物的降解量存在差异。另外，须根由于具有比主根更大的比表面积，且通常处 于有机污染物含量较高的土壤表层，因而须根对有机污染物的吸收量高于主根， 如：禾本科植物对污染物的吸收量高于木本科植物【9 6 】。 从吸收机制来看，植物对有机污染物的吸收分为主动吸收和被动吸收【7 1 l ，主 动吸收为作物的选择性吸收，不同种类植物之间存在着差异；而被动吸收则可以 认为是有机污染物在土壤水相一植物水相和植物水相一植物有机相之间系列 分配过程的组合【9 8 1 ，其动力主要来自植物蒸腾作用的拉力，由于不同种类植物的 蒸腾作用强度不同，对有机污染物的吸收转运能力也就各不相n t 7 “。另外，同类 作物之间的吸收量由于受各种环境条件的影响也会存在差异。研究表明，夏南瓜 对疏水性有机污染物的富集能力明显大于其通族植物，同时各种植物对该类有机 污染物的吸收方式也各不相同，夏南瓜与南瓜主要以根部吸收为主，吸收后不断 向地上部分迁移，而黄瓜主要通过地上部分从空气中吸收有机污染物，之后向地 下部分迁移【蜘。 目前，不同种类植物吸收有机污染物的差异机制仍不明确，可能与不同种类 植物根系分泌物的差异有关1 9 9 1 唧。因此，对于植物吸收有机污染物机理的研究 有待进一步深化。 1 3 3 2 土壤 土壤类型及其理化性质的差异可以影响植物对有机污染物的吸收能力，能直 接制约植物修复效率的高低。 不同类型的土壤中由于植物生长状况的差异而影响其对土壤中有机污染物 的吸收，研究结果表明，不同类型土壤中有机污染物的含量各有差异，供试土样 中氯苯类化合物含量为淡色潮湿雏形土 简育湿润铁铝土 简育水耕人为土 湿润正常新成土、h c h s 含量为简育湿润铁铝土 淡色潮湿雏形土 简育水耕人 为土 湿润正常新成土、d d t s 含量则为简育湿润铁铝土 简育水耕人为土 淡 色潮湿雏形土 湿润正常新成土。土壤p c o p s 含量也因种植不同而各异，供试 土样中氯苯类化合物含量为菜园土 水稻土 苗圃土、h c h s 含量为菜园土 苗 1 4 第1 章前言 圃土 水稻土、d d t s 含量则为苗圃土 水稻土 菜园土( 1 7 】。h a r r i s 等人则发现 土壤类型对作物吸收狄氏剂有影响，生长于壤土的作物中狄氏剂含量低于生长于 砂土和粘土作物中狄氏剂的含量1 1 0 1 1 。 土壤有机质和矿物质的含量是影响土壤中有机污染物生物可给性的最重要 因素，有机质含量高的土壤会吸附或固定大量的疏水性有机物从而降低其生物可 给性1 1 7 l ；矿物质含量高的土壤由于对离子性有机污染物吸附能力强而降低其生物 可给性。其次，土壤酸碱性不同，其吸附有机物的能力也不同。碱性条件下的土 壤中部分腐殖质由螺旋态变为线形态，提供了更丰富的有机污染物结合位点，降 低了有机污染物的生物可给性；而在酸性条件下，土壤颗粒吸附的有机污染物可 重新回到土壤水中，随植物根系吸收进入植物体从而提高有机污染物的生物可给 性【9 6 j 。第三，土壤机械组成是直接关系到土壤颗粒比表面积的大小的因素，能影 响其对有机污染物的吸附能力，影响土壤中有机污染物的含量从而影响其生物可 给性。此外，土壤水分含量和e h 也是植物修复受有机化合物污染土壤的影响因 子，植物主要从土壤水溶液中吸收有机污染物，土壤水分能抑制土壤颗粒对污染 物表面吸附能力，促进其生物可给性；但土壤水分过多，处于淹水状态时，会因 根际氧分不足，而减弱对污染物降解能力；土壤中不同的氧化还原条件影响了土 壤生物的生存条件，会影响植物修复受有机污染物土壤的能力及有机污染物的降 解途径和产物【1 吲。 综合以上因素，通过有效改善和协调复杂的土壤环境能在一定程度上提高植 物修复受有机污染物土壤的能力。 1 3 3 3 有机污染物 有机污染物的理化性质包括k o w 、h 、分子结构、分子大小及离解常数等的 差异均会影响植物对水土环境中有机污染物的吸收、积累或利用、转移1 9 q 。 s i m o n i c h 等人发现，大多数l o g k o , 4 的疏水性有机污染物因被植物根表皮或土壤颗粒吸附， 不易被植物吸收转运【1 0 3 】。s c h n o o r 等人也得到类似的研究结果，l o g k o w = 1 o 一 3 5 的有机污染物较易被植物吸收转运；l o g k o w 3 5 的亲脂性有机污染物被根 表面强烈吸附而不易向上迁移；l o g k o w 1 0 4 的有机污染 中山大学博士学位论文 物主要以气态形式通过叶面气孔或角质层被植物吸收，因此h 1 0 _ 4 的有机污 染物一般不宜采用植物修复受其污染的水土环境f 1 0 4 】。有机污染物的分子结构和 分子量也会影响植物修复受其污染水土环境的效率，分子结构不同的污染物会因 其稳定性和对植物的毒害性不同而影响植物修复效率；同时，植物根系容易吸收 分子量小于5 0 0 的有机化合物，而分子量较大的非极性有机化合物因被根表面强 烈吸附，不易被植物吸收转运1 1 0 5 1 0 6 1 。c a r m a n 等人发现石油污染物中的短链、 低分子量的有机化合物更易被植物一微生物体系降解n 0 7 1 。 1 3 3 4 环境微生物的作用 水土环境中微生物的种类、数量及其活性对于植物根际环境有机污染物的代 谢有着至关重要的作用，它与植物体一起共同承担着修复受有机化合物污染水土 环境的责任【1 0 8 1 。同时，菌根也能对土壤中的有机污染物的行为能产生很大的影 响，它作为真菌与植物的结合体，对土壤的影响具有微生物和植物的双重特性， 菌根植物的特定结构使根系的吸收面积增大，能降低植物与土壤之间的流体阻 力，促进根系对水分和养分的吸收和利用。b i n e t 等人的研究指出，在受p a h s 污染严重的土壤环境中，菌根化黑麦草的修复能力高于非菌根化黑麦草【9 1 】； l e y v a l 等人的研究结果也表明，接种菌根菌能提高黑麦草在受p a h s 污染土壤中 的存活率【9 2 l 。 部分微生物在某些时刻虽然能忍受较高浓度的污染物胁迫，但降解能力很 弱，需要与其它微生物共同代谢，因此环境微生物的存在对植物修复受有机化合 物污染水土环境有着深远的意义。如农药对微生物脱氢酶活性的影响表征微生物 氧化代谢活性的高低，以单钾脒农药为例，选用d r 8 菌株和d b - - 2 2 菌株， 其脱氢酶的活性有很大差别，d r 一8 菌株的活性比d b - - 2 2 菌株高约两倍，且对 单钾脒都比较敏感，5 0 m g l 的单钾脒对脱氢酶活性有明显的抑制作用，浓度达 到3 0 0 m g l 时，d r - - 8 菌株的脱氢酶活性被抑制了9 0 上【1 0 9 1 。此外，特殊种 类的微生物还可以用于降解特定的有机污染物，如：b e h a i g l e l 分离出一种革 兰氏阴性杆菌p s e u d o n o n a sj s1 0 0 可以利用1 ，2 一二氯苯为唯一碳源和能源，也 具有独立降解1 ，3 一二氯苯和1 ，4 一二氯苯的能力。也有学者发现，在含有氯苯类 化合物的河流、沉积物、土壤等深层缺氧处以及鼠类肠溶物中都存在能降解氯苯 的厌氧细菌【加1 。 第1 章前言 1 3 3 5 表面活性剂的施用 表面活性剂具有较好的增溶和乳化性能，能提高水土环境中有机污染物的生 物可利用性，同时也为环境微生物提供足够的碳源和能源，为这些微生物的大量 繁殖提供必要的条件，这些微生物对植物修复受有机化合物污染水土环境起到重 要作用，是土壤中有机污染物迅速清除的主要因素和原动力【”。表面活性剂本身 对植物具有一定的危害作用，但若将其浓度控制在合理范围内，将会促进亲脂性 有机污染物的生物可利用性，提高植物修复受有机化合物污染水土环境的效率。 环境中的疏水性有机污染物往往被吸附于土壤中，而游离在水相中的部分很少， 一般情况下，未被吸附的化合物易于被微生物降解，而吸附态污染物的生物可利 用性较低，表面活性剂的加入能够改变这一状态，从而提高水土环境中有机污染 物的生物可利用性。有研究表明，一定浓度的表面活性剂r i w 一8 0 能提高土壤中 p a h s 的植物吸收率和生物降解掣1 1 0 1 1 1 】。国际上较多学者也已经开始重视表面 活性剂在植物修复受有机化合物污染土壤这一研究领域的应用前景，并开展了初 步研究盼u 2 1 。但目前的研究多局限于表面活性剂旌用前后植物修复污染环境效 率的前后变化，对表面活性剂的作用过程、机理以及对生物危害机制的研究较少， 植物一表面活性剂结合的修复技术将成为植物修复受有机化合物污染水土领域 一个新的研究焦点。 1 3 3 6 其它因素 影响植物修复受有机化合物污染水土环境的因素较多，生态环境中的种种自 然条件都能促进或抑制其修复效率。如：人类、动植物以及其它生物生命活动的 干扰作用、气候与气象条件的温度、湿度、降水、风、日照和其它天气特征的变 化、环境中其它化学物质和物理作用的存在等均能影响植物对水土环境中有机污 染物的吸收、转运和降解。 1 4 植物修复有机化合物污染土壤的研究与应用 虽然对植物修复受有机化合物污染水土环境的研究仍处于初步阶段，但众多 学者们已进行了大量的相关研究，具体集中于对p a h s 、石油和燃油添加剂、杀 虫剂与除草剂、硝基芳香化合物等有机物污染环境的植物修复。 1 7 中山大学博士学位论文 种植植物能促进水土环境中p a h s 的清除，w e t z e l 等人的对比试验表明，种 植苜蓿的土壤中p a l - i s 降解修复效果与未种植物的土壤相比，降解速率要明显加 快【1 1 3 l 。s c h w a b 等人利用紫花苜蓿和牛毛草研究植物根系对萘的吸附降解情况， 发现植物挥