种植密度对厚皮菜对土壤中多环芳烃的修复能力

种植密度对厚皮菜对土壤中多环芳烃的修复能力

随着社会经济的发展和城市化进程的加快，包括气候、水、土壤等不同环境介质的污染越来越受到各国科学家的关注。土壤能通过大气降水、地表径流、人为排放等方式直接接收PAHs,又能通过挥发、扬尘等方式向环境排放PAHs,所以土壤既是PAHs的源,也是PAHs的汇1材料和方法1.1土壤的均质性试验试验选取用于耕作的表层土壤(10cm,pH值为7.16,有机质含量为5.62%),晒干后过2mm筛,去除石粒、植物残渣,将每个土样分为6份,取其中1份与溶于丙酮的3种不同环数的PAHs(Nap、Pyr、InP,1∶1∶1)充分混合,待丙酮挥发后,将混合了PAHs的土壤与余下的土壤充分混合后过2mm筛,以确保试验土壤的均质性。土壤中各PAHs的初始浓度为10mg/kg。试验选取在相同育种条件下,形态相似(株高20cm,4片叶)的厚皮菜对污染土壤进行修复。1.2测试配置混染后的土壤置于30×30cm的陶盆,形态相似的厚皮菜按6株(E1.3样品的制备和回收率冻干的土壤样品研磨后过100目筛,取5g过筛后的样品置于索氏提取器中,加入50mL二氯甲烷,将温度控制在50℃抽提48h,提取液使用旋蒸仪旋蒸至1mL,水温控制在38℃;加入5mL正己烷后再次旋蒸至1mL,提取液采用硅胶氧化铝复合净化柱进行净化,利用正己烷将浓缩提取液由旋蒸仪转移至试管;采用50mL体积比为2∶3的戊烷及二氯甲烷的洗脱液洗脱,洗脱液旋蒸至1mL。试验前加入内标物(六甲基苯)。植物样分为地上部和地下部,分别进行分析测试。植物样使用二氯甲烷提取5min,溶液采用离心机分离5min,待水分分离后,二氯甲烷层采用与土壤样品相同的程序净化并浓缩至1mL,加入六甲基苯待测。使用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对样品进行分析测试。采用氦气作为载气,进样口的温度设置为250℃,柱温程序60℃保持5min,以3℃每分钟升至290℃后保持30min,无分流进样1mL。采用基质加标回收进行样品质量控制,土壤中Nap、Pyr、InP的回收率分别为(58.16±12.16)%、(86.21±5.18)%、(82.91±6.19)%;植物中Nap、Pyr、InP的回收率分别为(52.23±12.16)%、(93.05±5.18)%、(92.71±6.19)%。1.4试验方差分析不同试验条件之间的显著性差异采用单向方差分析进行检验,p<0.05表示试验间存在显著性差异。采用SPSS15.0软件对试验数据进行统计分析。2结果与讨论2.1种植密度对厚皮菜生长的影响表1为不同种植密度的厚皮菜在不同试验阶段的生物量。由表1可见,在3种种植密度下,厚皮菜的生物量随着生长期的延长显著增加,种植密度最大的陶盆在3个采样期产出的生物量最大;相反,植物的生长率(两次采样期生物量的差除以植株数)在3个试验阶段则表现出E2.2不同种植类型的土壤中pahs含量的变化不同试验阶段和种植密度下土壤中Nap、Pyr、InP的含量见表2。由表2可以看出:(1)未种植植物的土壤中,Nap、Pyr、InP的含量在前30d降低较快,尤其是Nap的降低程度大于Pyr和InP,在随后的试验过程中,其含量降低程度变缓;在所有种植了植物的土壤中,Nap、Pyr、InP的含量降低程度在前30d的试验中大于未种植植物的土壤,且在每一个试验阶段种植了植物的土壤中的Pyr、InP含量均低于未种植植物的土壤。(2)在不同种植密度下,第一次采样阶段土壤中Nap含量为E(3)在试验的第三阶段,C、E2.3植物中pahs含量的变化不同试验阶段和种植密度下植物根系和茎叶中Nap、Pyr、InP的含量见表3。由表3可以看出:(1)在不同种植密度下,植物根系和茎叶中Nap含量极低,在检出限范围内波动,说明各试验阶段和种植密度对植物中Nap的影响不大;Pyr在植物根系和茎叶中的含量均大于InP;植物根系中PAHs含量高于茎叶。随着时间的推移,植物根系和茎叶中的PAHs含量均呈降低趋势,导致这种现象的原因可能有三:PAHs在植物体内分解;土壤中PAHs含量降低导致植物吸取PAHs的量减少;植物生长所产生的生物量的冲稀效应。(2)在试验的第一阶段,植物的种植密度越大,植物根系中PAHs的含量越高(p<0.05),而在试验的第三阶段,植物的种植密度对植物根系中PAHs含量的影响不大,这可能是因为植物在低种植密度下能产生更大的生物量、吸收更多的PAHs,同时由于种间竞争,植物在高种植密度下能吸收的PAHs含量减少;相对于根系,植物茎叶中的PAHs含量没有明显的变化规律;种植了植物的土壤比未种植植物的土壤有更高的PAHs去除率,说明植物对PAHs的去除有直接的影响,这种影响包括三种方式:一是植物直接吸收PAHs,二是植物促进PAHs降解菌的生长间接降解PAHs,三是植物改变土壤氧化还原条件促进PAHs的分解(3)在试验结束的阶段,植物中PAHs的含量远低于土壤中PAHs的去除量,说明植物对PAHs的直接吸收并不是修复土壤的主要途径。2.4不同种植植物的土壤氧化还原电位的差异前人研究表明,在好氧条件下,有机污染物的分解率远大于厌氧条件由表4可见,种植了植物的土壤的氧化还原电位普遍高于未种植植物的土壤,且在未种植植物的土壤中氧化还原电位一直保持稳定;在不同种植密度的土壤中,在试验的初始阶段,随着种植密度的增加,土壤的氧化还原电位增大,表现出E3植物对pahs的去除通过60d的盆栽试验,对不同种植密度的厚皮菜对3种不同环数的多环芳烃(PAHs)污染土壤的修复能力进行了研究,得到了如下结论:(1)种植了植物的土壤中Pry和InP的去除率大于未种植植物的土壤,Nap因为其强挥发性则无显著性差异。(2)植物对土壤中PAHs的去除方式主要包括植物的直接吸收、促进PAHs降解细菌的生长以及改变土壤的氧化还原电位等。(3)植物吸收的PAHs含量远小于土壤中PAHs的去除量,说明植物直接吸收并不是去除土壤中PAHs的主要途径。(4)种植了植物的土壤的氧化还原电位远大于未种植植