（环境科学专业论文）二氧化碳浓度升高对蔬菜吸收、降解ddt的影响及其健康风险评价.pdf

华中农业大学2 0 1l 届硕士研究生学位论文 后抑制的趋势 c 0 2 浓度升高缓解了d d t 污染对这些指标的抑制作用 这一作用对 大叶荆芥最为明显 并且c 0 2 浓度升高对d d t 污染条件下植物生长和生物量的促 进作用与植物体叶绿素水平和光合作用的增强相关 c 0 2 浓度升高 d d t 污染条件 下 大叶荆芥和春大王体内丙二醛 m d a 含量降低 而三种蔬菜的超氧化物歧化 酶 s o d 活性没有变化 3 jc 0 2 浓度升高时 植物地上部和地下部d d t 含量在不同d d t 处理浓度下的 响应不同 在低浓度 0 5m gk g 1 d d t 处理土壤中 c 0 2 浓度升高对三种蔬菜地 下部d d t 含量的影响不大 而对地上部d d t 含量的变化则分别是大叶荆芥降低 1 5 小白菜降低了2 8 大白菜升高1 2 c 0 2 升高条件下 高浓度 5m g k g 1 d d t 处理土壤中 三种蔬菜地上部和地下部的d d t 含量呈升高趋势 其中地上部 分别升高了7 1 1 5 3 和1 4 地下部分别为7 2 2 3 和2 6 在2 5m gk g 1d d t 处理土壤中 c 0 2 浓度升高时大叶荆芥地上部d d t 含量增加仅为2 而其地下部 d d t 含量增高幅度达到5 8 小白菜地上部和地下部中d d t 含量变化分别为一1 4 和2 5 大白菜地上部和地下部d d t 含量的增量则分别是3 6 和8 4 无论是正常还是c 0 2 浓度升高条件下 随着d d t 浓度增加 食用含d d t 蔬 菜的日均暴露量 a d e 以及非致癌风险值和致癌风险值也都相应增大 c 0 2 浓度 增加时 a d e 值和非致癌危害指数以及致癌危害指数都较正常c 0 2 浓度时有所提高 尤其是高污染条件下 5m gk g 1 其对大叶荆芥影响最大 增幅为1 2 5 左右 对 春大王影响最小 约为1 5 上述结果表明 蔬菜对污染土壤中的d d t 吸收较少 且主要集中在地下部 c 0 2 浓度升高增加了d d t 污染条件下大叶荆芥 苏州青和春大王的生物量和d d t 的积累量 并提高了d d t 的日均暴露量和危害指数 改变了植物的水分利用效率和 叶片叶绿素含量 增强了植物的净光合作用速率 促进了植物根系的生长 c 0 2 浓 度升高条件下 植物生物量和d d t 的积累量增加 对提高d d t 等有机污染土壤的 植物修复效率以及植物修复技术的发展具有重要的意义 但另一方面 c 0 2 浓度升 高条件下增加了食用d d t 污染土壤中生长的蔬菜的风险 对当今全球c 0 2 浓度升 高这一大背景下农产品品质安全构成威胁 关键词 二氧化碳浓度升高 d d t 蔬菜 生物量 光合参数 积累 风险评价 i i 二氧化碳浓度升高对蔬菜吸收 降解d d t 的影响及其风险评价 a b s t r a c t d d t a sat y p i c a lp e r s i s t e n to r g a n i cp o l l u t a n t a l t h o u g hh a sb e e nf o r b i d d e ns om a n y y e a r s s t i l lr e t a i n sah i g hl e v e li nt h ee n v i r o n m e n ta n dc o u l dt r a n s f e ri n t oo r g a n i s m s t h r o u g h t h ef o o dc h a i n s c r o p si nc o n t a m i n a t e ds o i lc o u l dt a k eu pa n da c c u m u l a t ed d t w h e r e a st h e i rn o r m a lg r o w t ha n dd e v e l o p m e n tw o u l db ea f f e c t e d g l o b a lc 0 2 c o n c e n t r a t i o nk e e p sr i s i n gt h e s ey e a r s a n dc 0 2a st h es u b s t r a t eo fp h o t o s y n t h e s i s i t s c h a n g i n gc o n c e n t r a t i o n sp l a ya ni m p o r t a n tr o l ei nc r o pg r o w t ha n dr e s i s t a n c e i no r d e rt o i m p r o v ea g r i c u l t u r a lp r o d u c ts a f e t ya n dt o i m p o r t a n tt os c r e e nt h ev e g e t a b l ev a r i e t i e s r e d u c ed d tt h r e a to nh u m a nh e a l t h i ti s s u i t a b l ef o rd d tp o l l u t e da r e a sa sw e l la s s t u d yt h eg r o w t ha n dd e v e l o p m e n t d d tu p t a k ea n da c c u m u l a t i o ni nv e g e t a b l e su n d e r e l e v a t e dc 0 2 i nt h i ss t u d y d i f f e r e n tv a r i e t i e so fc o m m o nv e g e t a b l e s s u c ha sm u s t a r d b r a s s i c aj u n c e a c h i n e s em u s t a r d b r a s s i c ar a p al c h i n e n s 括g r o u p c h i n e s e c a b b a g e b r a s s i c ar a p ap e k i n e n s i s w e r eu s e dt os t u d yt h ed i f f e r e n c e si nd d tu p t a k ea n d a c c u m u l a t i o n a m o n gd i f f e r e n tv e g e t a b l ev a r i e t i e s v a r i e t i e sg r e w w e l li nd d t c o n t a m i n a t e ds o i lw h i l ew i t ht h el e a s td d tw e r es c r e e n e do u t t h e nf u r t h e rr e s e a r c hw a s c o n d u c t e du n d e re l e v a t e dc 0 2t os t u d yt h e g r o w t h p h y s i o l o g i c a n db i o c h e m i c a l r e s p o n s e s a sw e l la sd d tu p t a k ea n dt h er i s ka s s e s s m e n to f t h et h r e ev e g e t a b l e ss c r e e n e d o u ti nt h ep r e e x p e r i m e n t b yu s i n go p e nt o pc h a m b e rd e v i c e o t c a sw e l la st h eg a s c h r o m a t o g r a p h ym a s ss p e c t r o m e t r y g c m s a n do t h e ra d v a n c e dd e t e c t i o nm e a n s t h e m a i nr e s u l t sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w s 1 d d ts t r e s sr e s p o n s eo fd i f f e r e n tv e g e t a b l ev a r i e t i e sw a ss t u d i e dt h r o u g hs o i lp o t c u l t u r e t h er e s u l t ss h o w e dt h a tg e n e t i cv a r i a t i o ni nt o l e r a n c ea n du p t a k eo fd d te x i s t e d a m o n gd i f f e r e n tv e g e t a b l ev a r i e t i e s t h eg r o w t ha n dy i e l do fc h i n e s ec a b b a g eq i n g g e n g b c ow e r es l i g h t l yp r o m o t e d w h i l ei n h i b i t i o ni nt w oo t h e rc e l e r yc a b b a g es p e c i e s c h u n d a w a n g b c o c z a o s h un o 5 b c o z a sw e l la st h ec h i n e s ec a b b a g e sz i g u a nn o 1 b c z a n ds u z h o u q i n g b c s w e r eo b s e r v e d t h e r ew a sa l m o s tn oi n f l u e n c et ot h et w o m u s t a r dv a r i e t i e s b r a s s i c aj u n c e av a t f o l i o s ab a i l e y b j f b r a s s i c aj u n c e a l i n n a e u s c z e m a j e wv a r m u l t i s e c t al h b a i l e y s j m d i f f e r e n c e sw e r ed e t e c t e di nt h eo b s o r b i n g a n d t r a n s p o r t i n gc a p a c i t y o fd i f f e r e n tv a r i e t i e so r g e n o t y p e sv e g e t a b l e s d d t c o n c e n t r a t i o ni ns h o o tt u r n e do u tt ob e b c o z b c q b j m b c z b j f b b c h g b c o c b c s w h i l ei nr o o tt ob e b j m b c o c b j f b c z b c q b c o z b c s b b c h g b u to v e r a l l d d ta c c u m u l a t i o n i na l lt h e v e g e t a b l e s w a sn o th i g h t h e i 华中农业大学2 0 1l 届硕士研究生学位论文 d e g r a d a t i o no fs o i l d d tc o u l db ea c c e l e r a t e db yp l a n t i n gv e g e t a b l e sa n dt h ed d t r e s i d u e si ns o i la f t e rp l a n t i n gw e r ea sf o l l o w s b j f b c o z b c q b c s b c z b b c h g a j m 果皮 果肉 魏峰等 2 0 0 6 4 二氧化碳浓度升高对蔬菜吸收 降解d d t 的影响及其风险评价 研究花生 芝麻和大豆三种油料作物对d d t 的吸收积累时 也发现d d t 在这三种 作物不同部位中的浓度顺序都是 根 茎 果壳 果仁 并且含油量高的花生 果仁和芝麻果仁中d d t 浓度都明显高于大豆果仁的d d t 浓度 3 大气二氧化碳浓度升高对植物的影响 全球c 0 2 浓度增加和全球气候变化已成不争的事实 c 0 2 是主要的温室气体 同时也是植物光合作用的原料 它的增加必将对地球上植物的生长发育及植物生态 系统产生重要影响 最终影响人类的生存环境 因而受到人们的关注 目前国内外 有关c 0 2 浓度升高对土壤环境和植物的影响研究取得的进展主要有以下几方面 3 1 大气c 0 2 浓度升高对植物生长的影响 3 1 1 大气c 0 2 浓度升高对光合作用的影响 c 0 2 是植物进行光合作用的原料 它的增加将直接对植物光合作用产生影响 多数研究资料表明 大气c 0 2 浓度升高可以降低叶片的气孔导度 降低蒸腾速率 增强光合作用 从而改变植物水分利用效率 欧志英等 2 0 0 3 郑凤英等 2 0 0 3 早在1 9 8 7 年 i d s o 等 1 9 8 7 就研究发现棉花 小麦 玉米在c 0 2 倍增的条件下蒸腾 速率分别下降了3 0 1 0 和4 5 s a x e 等 1 9 9 8 总结1 9 9 3 1 9 9 7 年的文献 发 现大气c 0 2 浓度倍增时阔叶树和针叶树种叶气孔导度分别平均下降了1 8 和1 3 r o b r e d o 等 2 0 0 7 的研究也发现 二氧化碳浓度升高可以降低大麦叶片气孔导度 减少蒸腾速率 增加碳同化率 提高整株植物水分利用效率 z h a n g 等 2 0 0 8 研究 发现与大气c 0 2 浓度相比 在7 0 0l x m o lm o l d 的高浓度c 0 2 条件下 桦树叶片净c 0 2 同化速率和水分利用效率明显增加 气孔导度和蒸腾速率显著降低 亦有研究表明 短期高浓度c 0 2 处理会促进植物光合作用 但这种促进作用会随着时间的推移而逐 渐消失 即植物对c 0 2 浓度增加产生了光合适应现象 c h e ne ta 1 2 0 0 5 r o g e r se ta 1 2 0 0 0 a r a n j u e l oe ta 1 2 0 0 5 b a i n s w o r t he ta 1 2 0 0 7 韩文军等 2 0 0 3 就发现 短 期内高浓度c 0 2 处理 闽楠的光合速率上升t 2 1 7 6 而长期高浓度c 0 2 贝u 使闽楠的 叶片光合速率下降8 9 暗呼吸速率下降9 5 6 光呼吸速率下降4 3 7 表明长期 高浓度c 0 2 处理使闽楠的光合作用受到抑制 出现了严重的光合适现象 但是这种 光合适应现象会因植物及其生长环境的不同而有所差别 即有的植物并不会发生光 华中农业大学2 0 11 届硕士研究生学位论文 适应现象 例如a r a n j u e l o 等 2 0 0 9 发现 让生长较缓慢的植物扇棕和铁树生长在 8 0 0 肛m o lm o l 1 的高c 0 2 浓度下2 0 个月后 扇棕光合作用速率下降 而铁树则没有出 现这种下调现象 更有研究发现 是c 0 2 浓度升高对植物叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量产生了 影响 从而对植物光合效率产生影响 但在不同实验中叶绿素含量的变化对c 0 2 浓 度升高的响应有所不同 研究表明 c 0 2 浓度升高使大豆叶片的叶绿素a 叶绿素b 含量分别提高了7 1 0 和11 4 2 蒋跃林等 2 0 0 5 m o n j i e 和b u g b e e 1 9 9 8 的室 内研究显示 小麦叶片的叶绿素含量在c 0 2 浓度升高时没有明显变化 廖轶等 2 0 0 2 在f a c e 系统下的研究也发现 高浓度二氧化碳条件下水稻叶片叶绿素含量与对照相 比并没有差别 而x u 等 1 9 9 4 对室内大豆的研究实验则观测到二氧化碳升高条件 下大豆叶片中叶绿素含量明显降低 彭长连等 1 9 9 8 对5 种不同品种的水稻研究结 果则显示 生长前期水稻叶片叶绿素含量均高于对照处理 但在中后期 大多数水 稻品种叶片中的叶绿素含量没有表现出任何优势 关于树木对c 0 2 浓度升高的响应 研究中 蒋跃林等 2 0 0 5 发现 c 0 2 浓度升高条件下茶树新叶的叶绿素a 叶绿素 b 类胡萝卜素含量以及叶绿素总量提高了 从而植物的光合效率也得到提升 何平 1 9 9 8 在研究油桐 v e r n 耙i a f o r d i i 和烟草 n i c o t i a n at a b a c u ml 对c 0 2 浓度 升高的响应时发现 c 0 2 浓度倍增时油桐叶片单位鲜重叶绿素比对照增加了1 4 1 类胡萝卜素比对照增加6 9 而在同样条件下 烟草的光合色素却略有下降 韦彩 妙等 1 9 9 6 也发现 生长在高浓度c 0 2 5 0 01 t m o l m 0 1 下的裂壳锥 c a s t a n o p s i s j 疗s s a c h a m p r e h d e tw i l 和荷木 s c h i m as u p e r b ag a r d e n e tc h a m p 的叶片单位 重量叶绿素含量及类胡萝卜素含量均比其在对照 3 5 0p r n o m o l 1 下降低1 0 左右 3 1 2 大气c 0 2 浓度升高对植物根系的影响 研究表明 大气c 0 2 浓度升高能够明显促进根系的生长 如促进次生根数量和 土表根系数量增加 并且根系的形态也发生改变 例如直径变粗 皮层变厚 中柱 变大等 k o m e r e ta 1 1 9 9 2 b e n t s o ne ta 1 1 9 9 7 p r e g i t z e r 等 2 0 0 0 的研究发现 高c 0 2 浓度能促进个别杨树根直径和根长增加 c 0 2 升高条件下细根生物量较常态下 增加5 2 当c 0 2 浓度升高时 火炬松根系长度和直径也都有明显增加 并且其根 系生物量增加了2 6 p r i t c h a r de ta 1 2 0 0 1 此外 当大气c 0 2 浓度增加时 多年生 植物棉花根长和根生物量也增加 主根和细根的生物量分别平均增加了7 8 和5 2 6 二氧化碳浓度升高对蔬菜吸收 降解d d t 的影响及其风险评价 p r i o re ta 1 1 9 9 4 陈改苹等 2 0 0 5 2 0 0 6 利用f a c e 平台研究水稻根系对c 0 2 浓度升高的响应时 也发现高浓度c 0 2 极显著促进了水稻根系的生长 在分蘖期 拔节期和抽穗期 根的干重分别比对照增加了6 3 3 7 和4 4 且主要增加在根 粗为2 0 2 5 m m 部位 同时 总根长 根直径 根尖数和根表面积等也都显著增加 3 1 3 大气c 0 2 浓度升高对生物量的影响 大量研究表明 多数情况下c 0 2 浓度升高能增加正常环境中植物的生物量和产 量 j o n e se ta 1 1 9 9 6 c a m p b e l lc ta 1 2 0 0 0 a m t h o r 2 0 0 1 e r i c ee ta 1 2 0 0 7 k i m b a l l 等 1 9 8 3 1 9 9 3 对3 7 种植物的4 3 0 个模拟实验结果进行比较分析 发现当大气中 c 0 2 浓度倍增时 全球农作物生物量和产量的增幅可达2 4 4 3 平均产量可提高 3 3 左右 研究表明 c 0 2 浓度升高促进了水稻生物量的明显提高 c u r ee ta 1 1 9 8 6 n a k a g a w ae ta 1 2 0 0 0 例女i k i m 等 2 0 0 3 用f a c e f r e e a i rc 0 2e n r i c h m e n t 平 台研究就发现 c 0 2 浓度升高条件下水稻干物质积累量在分蘖中期 穗分化期 开 花期 结实中期和成熟期分别比正常c 0 2 浓度下增j j l 3 2 2 8 2 1 1 5 和1 2 b a k e r 等 2 0 0 5 在美国南部地区利用水稻也进行了相关实验 结果显示水稻籽粒数 在高浓度的c 0 2 处理下显著增加 并且单个籽粒的重量也显著提高了 国内的f a c e 研究也得出类似结论 水稻对应生育期的干物质积累量在高浓度c 0 2 条件下分别增 加了4 0 3 0 2 2 2 6 和1 6 y a n ge ta 1 2 0 0 6 二氧化碳浓度升高条件下 其他农作物的响应与水稻类似 有相关的f a c e 研究结果显示 棉花产量在c 0 2 浓度 倍增时提高了5 0 小麦则增加了1 0 k i m b a l le ta 1 1 9 9 3 d u g a se ta 1 1 9 9 4 白丽萍等 2 0 0 2 在自行设计的模拟未来气候变化的半开放式c 0 2 浓度递增大棚 c g c 中进行相关试验 研究c 0 2 浓度递增对不同冬小麦品种后期生长状况与产 量的影响 其研究结果表明 随着c 0 2 浓度递增 小麦的生物总量与经济产量均增 加 t p r b e r t 等 2 0 0 4 在o t c 中进行了长达3 年的研究 发现c 0 2 浓度升高促进了高 粱和大豆两种作物的生物量增加 并且两种作物3 年的平均生物总量的增幅为4 0 大豆 和3 0 高粱 蒋跃林等 2 0 0 5 也通过o t c 试验发现 与大气c 0 2 浓度 相比 当c 0 2 浓度为5 5 0l a r n o lt o o j 和7 5 0g m o lm o l 1 时 大豆产量分别增加1 5 1 9 和 2 9 1 0 大豆生长 株高和茎粗等指标也都明显提高 其中大豆茎粗分别增 j 1 8 6 2 和1 3 7 9 株高分别提高1 5 7 4 和2 1 5 7 大豆的叶面积在鼓粒期增加了7 2 7 和 1 4 0 8 比叶重在不同生育期则平均提高3 5 0 和7 2 5 7 华中农业大学2 0 11 届硕士研究生学位论文 大气c 0 2 浓度升高有利于植物生物量及农作物产量的增加 但因植物光合途径 的不同 提高的幅度有所差异 k e i t h 和s h e r w o o d 1 9 9 4 以及p o o r t e r 1 9 9 3 认 为 当二氧化碳浓度倍增时 c 3 作物生物量增加4 1 c 4 作物增长2 2 c a m 植 物提高1 5 郑风英和彭少麟 2 0 0 1 搜集1 9 9 5 一1 9 9 8 年有关c 0 2 浓度升高对植 物影响的文章进行m e t a 分析 也发现无胁迫时c 3 植物的总生物量增加3 0 0 1 c 4 植物的增加率显著低于c 3 植物 为2 7 8 3 2 大气c 0 2 浓度升高对土壤根际微生态系统的影响 c 0 2 浓度倍增促进了植物根系的生长发育 更多的生物量能够转移到土壤中 同时大气c 0 2 浓度升高时植物根系的物质组成如淀粉 油脂 纤维素 木质素等物 质的含量和根系分泌物也明显改变 研究表明 c 0 2 浓度升高时 水稻单株根系甲 酸和乙酸的分泌总量以及根系分泌物总量都明显增加 王大力等 1 9 9 9 长叶松根 系化学组成中淀粉 木质素和纤维素的含量下降 油脂含量增加 e n t r ye ta 1 1 9 9 8 亦有研究表明 根系分泌物释放的物质可直接或间接地影响土壤理化性质以及土壤 的生物学性状 并进一步影响土壤养分有效性 腐殖质 根际微生物的数量和种群 结构以及微生物活动 李伏生等 2 0 0 2 陈龙池等 2 0 0 2 朱丽霞等 2 0 0 3 h ue t a 1 1 9 9 9 l i ne ta 1 2 0 0 0 n o r b y 1 9 9 4 的研究就表明 在资源有限的情况下 二 氧化碳浓度升高促进了植物根际有机物质分泌量的增加 从而增加了土壤微生物的 活性 l a m b o r g 等 19 9 3 和b r u c e 等 2 0 0 0 也认为高浓度c 0 2 对根际微生态系统 微生物的影响主要是通过影响植物生长而间接产生的 贾夏 2 0 0 4 2 0 0 5 在o t c 条件下采用d g g e 技术研究发现 高浓度c 0 2 对红松根际和非根际土壤细菌群落结 构产生了较大影响 主要表现为对根际土壤细菌数量起着显著促进作用和对非根际 土壤细菌数量起着显著的抑制作用 c 0 2 浓度增加使土壤微生物呼吸速率加快 但 植物种类和土壤状况对此有很大影响 罗燕 2 0 0 3 例如 k o u 等 2 0 0 7 进行f a c e 平台试验得到的结果显示 c 0 2 浓度提至5 5 0g m o lm o l 1 左右时 低n 和高n 土壤中的 土壤微生物呼吸速率分别增加了2 1 4 和2 2 5 而c o n s t a n z a 等 2 0 0 2 在f a c e 条 件下的研究结果却发现 白三叶草根际土中细菌数量在高浓度c 0 2 条件下增加 微 生物群落也受到影响 黑麦草根际土中细菌数量却没有影响 土壤微生物生物量是反映土壤养分有效性状况和土壤生物活性的一个重要指 8 二氧化碳浓度升高对蔬菜吸收 降解d d t 的影响及其风险评价 标 许多研究显示 c 0 2 浓度升高会导致土壤中微生物的生物量增加 d i a ze ta 1 1 9 9 3 z a ke ta 1 1 9 9 3 p r e g i t z e re ta 1 2 0 0 0 w i l l i a m se ta 1 2 0 0 0 例如 w i l l i a m s 等 2 0 0 0 连续八年在高原草原进行增施二氧化碳气肥的试验 发现c 0 2 浓度倍增 时土壤微生物碳 氮的含量明显提高 在c 0 2 浓度升高条件下 莫哈维沙漠中的多 年生草类的根际微生物生物氮量也显著增加 b i l l i n g se ta 1 2 0 0 4 但有些研究也发 现 c 0 2 浓度升高对微生物生物量没有影响 如b a m a r d 等 2 0 0 4 a 对四个草地生 态系统的研究结果就表明 土壤微生物生物量氮不受大气c 0 2 浓度升高的影响 a l l e n 等 2 0 0 0 在大气c 0 2 浓度增加2 0 0g m o lm o l 的f a c e 条件下进行了研究 也发现栽种火炬松的土壤中微生物生物量碳 氮以及净氮矿化量没有增加 大气c 0 2 浓度升高对土壤微生物生物量的影响变异性很大 可能与植物种类不同和土壤底物 性质的改变等结果有关 3 3 大气c 0 2 浓度升高对植物抗逆性的影响 c 0 2 浓度升高降低了气孔蒸腾速率 提高了植物水分利用效率 增加了植物叶中 的类胡萝卜素的含量 因而可以有助于提高植物的抗逆境能力 使植物能在不利的 外界环境因子胁迫下生长发育 陈平平 2 0 0 2 目前 关于c 0 2 与植物抗逆性的相 关研究主要集中于c 0 2 与温度 c 0 2 与氮磷等营养水平 c 0 2 与水分胁迫 c 0 2 与 盐胁迫以及c 0 2 与光抑制等因子对植物的影响 l e a k ye ta 1 2 0 0 6 m e l g a re ta 1 2 0 0 8 w ue ta 1 2 0 0 4 d a r b ae ta 1 2 0 0 8 研究表明 c 0 2 浓度升高增强了植物的光合作用 植物的生长得到促进 根系更 加发达 从而在一定程度上抵消了因干旱所造成的负面影响 m i s h r ae ta 1 1 9 9 9 h a m e r l y n c ke ta 1 2 0 0 0 l i ne ta 1 2 0 0 2 任红旭等 2 0 0 1 和l e a k y 等 2 0 0 6 分 别发现 c 0 2 浓度升高对于减缓干旱胁迫对蚕豆和玉米生长发育的影响十分有利 干旱胁迫下 高浓度c 0 2 处理下蚕豆叶片中的m d a 含量要显著低于正常二氧化碳 浓度下的含量 c 0 2 浓度增加时玉米叶片气孔导度和蒸腾速率也都明显降低 另外 刘家尧等 1 9 9 8 在研究c 0 2 倍增对不同抗盐性冬小麦幼苗应对盐胁迫的响应时 考察了两种小麦的有机干重 植物体内k n a 十 c a s m d 含量 脯氨酸水平 及蛋白质变化情况 发现c o s 浓度倍增使1 5 0m m o l ln a c l 胁迫对小麦的生长抑制 降低 植物体内蛋白质的含量提高 并且在n a c l 胁迫和c 0 2 浓度倍增的综合作用 9 华中农业大学2 0 11 届硕士研究生学位论文 下两种小麦蛋白质的组成发生了明显变化 之后 m e l g a r 等 2 0 0 8 研究了c 0 2 浓 度升高和盐胁迫对不同抗盐性橄榄树幼苗的影响 发现 尽管c 0 2 浓度倍增没有促 进受盐胁迫的橄榄树幼苗生物量的显著增加 但却提高了其水分利用效率 并且降 低了供试植物中的相对耐盐橄榄树品种对盐离子的摄入 近年来 c 0 2 浓度升高对重金属胁迫下植物生长发育等方面的影响也引起了一些 研究人员的关注 唐世荣等 2 0 0 3 研究发现c o 浓度升高有利于提高印度芥菜和 向日葵的抗铜胁迫能力 高浓度c 0 2 不仅促进了两种植物生物量的增长 还可诱导 这两种植物超积累铜 之后 t u k a j 等 2 0 0 7 和武慧斌等 2 0 0 9 先后发现 增加 c 0 2 浓度可以缓解c d 对绿藻s c e n e d e s m u sa r m a t u s 的毒害作用 以及c 0 2 浓度升高 能够促进高丹草和红三叶的生物量增长以及植物体内铯积累量的增加 继而 李中 阳等 2 0 1 0 等以粮食作物水稻为供试植物 发现高浓度c o 缓解了铜 镉复合污 染对六种水稻的胁迫 促进了水稻的生物量及水稻产量的提高 其研究还发现二氧 化碳浓度升高时6 个供试水稻品种中的粤杂8 8 9 桂农占和银晶软占这三个品种对 c d 的吸收显著增加 全球c o 浓度升高己成趋势 有关c o 浓度升高的生态效应的研究越来越受关 注 尤其是其对植物抗逆境胁迫研究 已有研究发现c o 浓度升高有利于提高植物 抗重金属胁迫能力 能显著提高植物对于重金属的萃取能力 而对于c o 浓度升高 对于植物修复d d t 等持久性有机物污染的影响的研究目前尚无报道 1 0 二氧化碳浓度升高对蔬菜吸收 降解d d t 的影响及其风险评价 1 选题依据 第2 章选题依据和研究内容 有机氯农药滴滴涕 d d t 化学名为双氯苯基三氯乙烷 是一种典型的持久性 有机污染物 自合成以来被大量用于农业生产防治各种害虫 促进了农产品产量的 大幅度提高 它也曾被用于控制斑疹伤寒 疟疾等疾病的传播 对人体健康起到了 一定的积极作用 r o g a ne ta 1 2 0 0 5 d d t 被广泛应用数十年后 其对生态环境的负面影响因r a c h e lc a r s o n 的 寂 静的春天 一书而引起人们的关注 大量研究证明 d d t 能在哺乳动物和鸟类的脂 肪组织中富集 对其繁殖生长以及免疫系统造成严重的负面影响 l u n n e ye t a 1 2 0 0 4 b 一些研究也发现d d t 及其代谢产物是一种内分泌干扰物 对人类生殖系统 神经系统等容易产生干扰作用 并具有致癌作用 t u r u s o ve ta 1 2 0 0 2 b e a r de ta 1 2 0 0 6 陈秀云等 2 0 0 7 目前 d d t 在环境中残留依然广泛存在 而有关植物修复d d t 的研究报道却 相对较少 g a r r i s o ne ta 1 2 0 0 0 l u n n e ye ta 1 2 0 0 4 已有的有关植物修复d d t 的 研究也大多数停留在植物对d d t 及其降解产物的吸收量的水平 而对于植物吸收和 降解d d t 机理的研究尚少 还有待深入研究 工业革命以来 由于大量砍伐森林和大量化石燃料的燃烧 大气中c o 浓度从 2 8 0 u m o l m o l 上升到目前的3 7 0 t m o lm o l 4 左右 b o l i nb 1 9 9 1 据全球碳排放趋势 预计到2 1 世纪中叶将是目前的1 5 倍 k o b a y a s h i 2 0 0 1 到本世纪末将达到 7 0 0 u m o l m o l p r e n t i c ee t a 1 2 0 0 1 s t e p h e ne ta 1 2 0 0 4 全球c 0 2 浓度增加和全球 气候变化已成不争的事实 c o 是植物光合作用所必需的原料之一 全球性c o 浓 度升高 必然对植物产生影响 近年来植物对大气c o 浓度升高 全球气候变暖的 响应已成为研究的热点 已有很多的研究证明了高c o 浓度对植物光合速率 植物 生长和作物增产存在潜在的有利影响 k i m b a l l 1 9 8 3 g r i f f i ne ta 1 1 9 9 6 m u l h o l l a n d e ta 1 19 9 7 c e u l e m a n se ta 1 19 9 7 d o n n e l l ye ta 1 19 9 9 2 0 0 0 c o 浓度增加对无污染土壤中植物生长的促进作用 引起了一些研究人员关于 c 0 2 浓度升高对污染环境中植物生长的影响的关注 唐世荣等 2 0 0 3 研究发现c o 浓度升高有利于提高印度芥菜和向日葵的抗铜胁迫能力 还可诱导这两种植物超积 华中农业大学2 0 11 届硕士研究生学位论文 累铜 武慧斌等 2 0 0 9 也发现c 0 2 浓度升高促进高丹草和红三叶的生物量及铯积 累量的增加 继而 李中阳等 2 0 1 0 等以粮食作物水稻为供试植物 发现高浓度 c o 对铜 镉复合污染土壤中生长的六种水稻的生物量及其对两种重金属的吸收有 显著促进作用 全球c o 浓度升高已成趋势 有关c o 浓度升高的生态效应的研究越来越受关 注 尤其是其对植物抗逆境胁迫研究 已有研究发现c o 浓度升高有利于提高植物 抗重金属胁迫能力 能显著提高植物对于重金属的萃取能力 而对于c o 浓度升高 对于植物修复d d t 等持久性有机物污染的研究目前尚无报道 本试验以d d t 为研究对象 通过采用开顶式气室装置 o t c 以及g c m s 等 先进的检测手段 研究c 0 2 浓度升高对十字花科类蔬菜大白菜 芥菜等在d d t 污 染土壤中的生长情况及植株中d d t s 含量 探讨二氧化碳浓度升高对大白菜 芥菜 等十字花科类蔬菜吸收和降解d d t 的影响 为d d t 污染土壤的植物修复提供一定 的科学依据 也对农产品品质安全分析具有重要的意义 2 研究内容 1 研究正常c o 浓度下不同品种蔬菜对d d t 的吸收和降解差异 包括根系含量 地上部含量以及转运系数等 筛选出d d t 污染土壤中生长良好 且d d t 含量较低的 蔬菜品种 2 以前期试验筛选出的蔬菜品种为供试植物 在o t c 内进行土壤盆栽试验 研 究c o 浓度升高条件下不同植物对d d t 的吸收积累规律及其风险评价 3 c 0 2 浓度升高条件下 不同程度的d d t 污染胁迫对蔬菜生长的影响 主要包 括根系数量及形态 生物量以及各项生理生化指标等 1 2 二氧化碳浓度升高对蔬菜吸收 降解d d t 的影响及其风险评价 3 技术路线 l 蔬莱生长情况蔬菜中d d t 含量土壤中d d t 残督量 ll 生长良好且d d t 含量低的品种 一 一 一 处理供试土壤 j c 莲 2 e j l 处理 开顶式气室 o t c 中土培实验 正常浓度 高浓度c 0 2 处理 1 3 华中农业大学2 0 11 届硕士研究生学位论文 第3 章不同品种蔬菜对d d t 的吸收 降解差异及健康 风险评价 1 前言 有机氯农药滴滴涕 d d t 化学名为双氯苯基三氯乙烷 是一种典型的持久性 有机污染物 其物理 化学性质稳定 在环境中不易降解而长期存在 我国曾是d d t 用量最多的国家之一 尽管d d t 在农业上已被禁用2 0 多年 但由于其化学稳定性 高 在土壤和农产品中检出率仍然较高 土壤中结合残留态的d d t 在一定条件下可 被活化 表现出一定的生物有效性 因而能被生长其中的植物吸收和富集并沿食物 链传递 对农产品质量和人类健康构成威胁 y a oe ta 1 2 0 0 7 邱耀文等 2 0 0 8 值得关注 同时 d d t 水溶性低 易于在脂肪中富集 其进入植物体内并在农产品 中富集 引起了极大关注 近年来 关于苏丹草 高羊茅以及紫花苜蓿等杂草或牧 草对d d t 的吸收和降解的报道较多 而对于农产品特别蔬菜类的研究却相对较少 且大多停留在农残检测方面 蔬菜是人民日常生活中必不可少的食物 食用量大 较低水平的污染就可以造 成极大的危害 蔬菜的安全问题对污染区人民的健康极其重要 g o n g 等 2 0 0 1 和 刘文新等 2 0 0 8 分别对天津市近郊和天津地区表层土进行有机氯农药残留分析 发现该地区表土具有一定的d d t s 潜在生态风险 因此筛选出在污染农地中生长良 好 且d d t 含量较低的蔬菜品种 是保证d d t s 潜在生态风险地区农产品安全生产的 有效途径 本研究以收集的北方广泛种植的8 种十字花科叶类蔬菜品种为试供材料 通过土培试验研究d d t 对不同蔬菜生长的影响 旨在选出在污染农地中适合种植的 蔬菜品种 达到减少d d t s 污染对人体健康威胁的目的 2 材料和方法 2 1 供试土样及制备 供试土壤采白天津市东丽区华明镇农田 土壤基本理化性质如下 p h8 6 4 全 氮0 7 5g l g 全磷o 3 4g g 全钾2 2 3 4g 瓜g 有机质2 3 2 4g k g c e c 为l5 3 4c m o l k g 1 土壤质地为壤粘土 供试土壤未检测到d d t 残留 1 4 二氧化碳浓度升高对蔬菜吸收 降解d d t 的影响及其风险评价 试验用的所有土壤均过2 m m 的筛 土壤采取人工污染方法 准备未经污染的土 壤 配制d d t 的丙酮溶液 加入到土里 除d d t 外 每盆还分别以分析纯的 n h 4 2 8 0 4 k h 2 p 0 4 和k 2 s 0 4 为肥源 底肥施用量分别为每k g i n0 2 5 9 p 2 0 5 0 1 5 9 和i 2 0 0 2 0 9 以将化学物质加入后控制土壤含水量在田间持水量的7 0 情况下培养 7 天 并在整个试验期间保持这一含水量水平 土壤污染过程如下 准确称取d d t1 0 0 0 0 9 用l o o m l 丙酮作溶剂溶解 最后定容至1 0 0 0 m l 得到浓度为1 0 0 0m g l 1 的d d t 溶液 然后取适当体积配制好的溶液 根据污染浓 度及所需土量计算得到 加到2 k g 过1 0 目筛的土壤中 对照土壤直接添加等量的丙 酮 充分搅拌混匀 为第一母体污染土壤 待第一母体污染土壤中丙酮挥发干后 再分别加入2 k g 土壤 充分混匀 逐 步加入未受d d t 污染的土壤混匀 直至使d d t 浓度达到试验处理要求 以5 m gk g d 浓度d d t 为例 根据计算的土壤含水量称取相当于2 0 k g 的烘干土 壤的供试土壤平铺于地板上 取配好的1 0 0 0m gl d 溶液3 0 0 m l 混入称重好的土壤 中 用木铲混匀后 加入相当于2 0 k g 的烘干土壤的供试土壤 使土壤总重相当于 4 0 k g 烘干土壤 充分混匀 以次类推 直至土壤重量为6 0 k g 充分混匀 此时污 染土壤d d t 的浓度为5m gk g d 土 烘干重 根据计算 确定加入蒸馏水的量 使 田间持水量保持在7 0 室温 避光条件下平衡7 天后 加入基肥 混匀装盆 每 盆土壤换算干重l k g 2 2 供试蔬菜 本研究收集北方广泛种植的8 种十字花科叶类蔬菜品种为试供材料 具体如下 芥菜品种为大叶荆芥b r a s s i c a j u n c e av a f f o l i o s ab a i l e y 和金丝芥b r a s s i c a j u n c e a l i n n a e u s c z e m a j e wv a r m u l t i s e c t al h b a i l e y 本章节中分别简写为b j f 和b j m 大白菜品种为早熟5 号b r a s s i c ac a m p e s t r i sl s s p p e k i n e n s i s l o u r o l s s o n z a o s h un o 5 和春大王b r a s s i c ac a m p e s t r i sl s s p p e k i n e n s i s l o u r o l s s o nc h u n d a w a n g 分别简写为b c o z 和b c o c 小白菜品种 紫冠1 号b r a s s i c ac a m p e s t r i sl v a r c o m m u n i st s e ne tl e ez ig u a n n o 1f 1 青梗小白菜b r a s s i c ac a m p e s t r i sl v a r c o m m u n i st s e ne tl e e q i n gg e n g 苏 州青b r a s s i c ac a m p e s t r i sl v a r c o m m u n i st s e ne tl e es u z h o uq i n g 和华冠l 号 华中农业大学2 0 1l 届硕士研究生学位论文 b r a s s i c ac a m p e s t r i sl v a r c o m m u n i st s e ne tl e e