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多氯联苯(PCBs)作为一种“致癌、致畸、致突变”的持久性有机污染物(POPs),对人类和整个生态系统存在很大的威胁,如何净化环境中PCBs污染成为人们关注的问题。植物根际修复是PCBs生物修复的研究热点。根际是植物-土壤-微生物与环境交互作用的场所,是根系自身生命活动和代谢对土壤影响最直接、最强烈的区域,根际微生态系统生物多样性对有机污染土壤的理化性质、酶的活性、微生物量都会产生影响。本文对植物间作、植物.菌根.动物等复合生态系统中土壤PCBs的降解效应及其机理研究进行了实验研究。实验一:将南瓜、大豆和黑麦草种在特别设计的根袋中,以收集根际土测定根际土壤中的PCB残留量、植物各部分PCB吸收量、微生物数量、磷酸酶、蛋白酶和土壤理化性质的变化,研究两种生态特性不同的植物能否通过增加根际土壤PCB降解菌加快对PCB的降解;能否通过根系分泌物增加对PCB的吸收和降解:并了解PCB在植物间作系统中的迁移转化规律。实验二:通过根际土壤隔膜实验(无隔膜、300目网隔和完全隔开三种类型)来进一步研究植物间作中不同植物根系交互作用对根际土壤PCB的影响,并通过微生物实验和根系分泌物实验来验证微生物和分泌物对土壤PCB去除的重要作用,从而比较全面清楚地了解植物间作体系下根际土壤PCB去除的机理。实验三:研究了摩西球囊菌和蚯蚓对黑麦草修复土壤PCB效应的影响,通过测定根际土壤PCB残留量、菌根侵染率、过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)、土壤理化性质的差异来阐明菌根、蚯蚓加强黑麦草修复土壤PCB的机理。主要研究结果如下:
1植物间作能显著提高根际土壤PCB的去除率
单种南瓜、大豆、黑麦草和两两间作其根际土壤PCB残留量都显著低于对照(P<0.05)。间作的根际土壤PCB去除率又高于单作的,提高5.6%~12.3%,南瓜-黑麦草间作的去除效果最好,去除率为87.2%。
2根系活动对土壤PCB的去除起着重要作用
根袋间作实验和黑麦草-菌根-蚯蚓实验结果都表明,与对照相比,有种植植物处理的土壤PCB去除率都显著提高,分别高出27.5%和13.4%,说明植物根系活动对土壤PCB的去除起着重要作用;而根袋实验和隔膜实验又表明不同植物根系的交互作用与土壤PCB去除率的提高密切相关。
3根际微生物对降解土壤PCB占主导地位
根袋间作实验表明,植物吸收PCB量占根际土壤PCB去除的份额很小,而其中大部分PCB的去除是由根际微生物作用导致。从灭菌土/非灭菌土实验可以看出,土壤中微生物对土壤PCB的降解占主导地位,非灭菌土的营养液、大豆分泌物、黑麦草分泌物和玉米分泌物处理PCB去除率分别比灭菌土相对应的对照高出17.7%、18.3%、21.8%和30.75%。
4根系分泌物能提高微生物去除土壤PCB效率
添加根系分泌物能提高土壤微生物去除PCB的效率。对于灭菌土,根系分泌物对PCB的去除影响不大;而对于非灭菌土,添加黑麦草、大豆和玉米根系分泌物的处理其土壤PCB去除率分别比只加营养液的对照高出21.4%、24.9%和83.0%。
5菌根和蚯蚓能够促进黑麦草降解土壤PCB
添加菌根和蚯蚓都能够促进黑麦草降解土壤PCB,添加菌根的效果要好于添加蚯蚓的效果,前者高出后者16.5%,黑麦草、菌根、蚯蚓三者联合修复的效果最好,分别比CK、黑麦草单作、蚯蚓、黑麦草-蚯蚓、黑麦草-菌根处理的PCB去除率高出76.7%、74.3%、29.9%、26.0%和8.2%.
本文研究结果丰富了植物间作对PCBs修复的优势、微生物和根系分泌物在其中的重要作用、菌根和蚯蚓对黑麦革修复PCBs的促进作用,可为进一步利用生物多样性强化生物修复特别是利用植物间作体系强化修复PCBs和其它POPs污染提供参考。