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文檔簡介
1、六六六(HCH)和滴滴涕(DDT)是世界公認(rèn)的含氯持久性有機(jī)污染物,經(jīng)過多年的環(huán)境降解,在土壤中仍有較普遍殘留,嚴(yán)重威脅著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和人類健康。殘留在土壤中的HCH和DDT易發(fā)生老化或固化,使其生物有效性和可提取性降低,但對環(huán)境仍存在較大的潛在危害。如何安全、有效地去除土壤中老化的HCH和DDT污染,保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全和土地資源永續(xù)利用已成為當(dāng)前環(huán)境科學(xué)和土壤學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點。植物修復(fù)技術(shù)被認(rèn)為是高效、綠色、適合于大面積有機(jī)
2、污染物去除的最有前景的土壤治理技術(shù)。以往有關(guān)持久性有機(jī)污染物的植物修復(fù)研究多采用新添加的人為污染土壤于實驗室或小區(qū)域模擬試驗中展開,缺乏田間試驗的數(shù)據(jù)支持,可利用的修復(fù)植物有限;且研究僅從土壤中有機(jī)污染物的可提取態(tài)含量變化闡釋植物修復(fù)的過程及機(jī)理,忽視了土壤中有機(jī)污染物的形態(tài)變化,一定程度上掩蓋了污染物的潛在風(fēng)險,難以準(zhǔn)確評價植物修復(fù)的效果,特別是針對長久施用老化污染物的修復(fù)研究存在偏差。為此,以歷史殘留的老化HCH、DDT污染物為代表
3、,開展農(nóng)田原位土壤的植物(作物)去除機(jī)制、吸收轉(zhuǎn)化過程、根際消解行為及其機(jī)理的研究和應(yīng)用,對尋找新的既能用于保證農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)又具有去除土壤有機(jī)污染物的功能性植物、揭示土壤老化污染物的消減規(guī)律、高效利用有限的耕地資源、保護(hù)人類健康和生態(tài)環(huán)境安全具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
本研究以土壤學(xué)、植物學(xué)、生物地球化學(xué)、污染生態(tài)學(xué)以及新興植物修復(fù)的理論和方法為指導(dǎo),以土壤-植物系統(tǒng)為主線,以歷史殘留的老化HCH、DDT污染物去除為目標(biāo),選擇
4、省會城市城鄉(xiāng)結(jié)合部人口密度大、耕作密度大、人為擾動大、面臨用地職能轉(zhuǎn)換的農(nóng)業(yè)污染土壤為修復(fù)對象,開展了作物自修復(fù)及安全影響相結(jié)合的老化農(nóng)藥污染土壤修復(fù)的過程及機(jī)理研究,并進(jìn)行了田間修復(fù)實踐。在功能植物材料篩選的基礎(chǔ)上,深入探討了農(nóng)田土壤中老化HCH和DDT在土壤-植物系統(tǒng)中的跨界面遷移、轉(zhuǎn)化過程以及作物應(yīng)殘留污染的抗性基礎(chǔ);通過多級提取技術(shù)表征了老化HCH和DDT在土壤、生物體表面和組織內(nèi)的賦存形態(tài)及消減規(guī)律;通過室內(nèi)盆栽和田間試驗,評
5、價了原位污染土壤中老化HCH和DDT的植物凈化效能,以期為持久性有機(jī)污染農(nóng)藥去除的植物修復(fù)技術(shù)提供理論和實踐依據(jù)。本研究取得如下主要認(rèn)識和進(jìn)展:
1.全部試驗均基于自然老化HCH和DDT污染的土壤,在作物篩選、盆栽試驗及作物對老化HCH和DDT污染土壤修復(fù)機(jī)理機(jī)制研究的基礎(chǔ)上,開展了原位土壤的作物田間修復(fù)實踐。與前人在人為新添加污染土壤基礎(chǔ)上開展的實驗室或小區(qū)域模擬試驗相較,在立意和研究思路上更富新意,在研究成果的應(yīng)用上更貼近
6、自然實際。
2.以全株生物富集系數(shù)和污染物生物累積量作為考察指標(biāo),在HCH和DDT的高殘留區(qū)篩選出富集能力和累積能力均較強(qiáng)的小麥和玉米兩種農(nóng)作物,擴(kuò)大了圖間持久性有機(jī)氯農(nóng)藥污染的植物修復(fù)選擇范圍,為實施老化HCH和DDT污染土壤的大面積農(nóng)田植物修復(fù)提供了可能和新路徑。
3.基于質(zhì)量守恒原理獲得了作物60天盆栽種植對土壤老化HCH和DDT的修復(fù)參數(shù),揭示了小麥和玉米的種植修復(fù)作用主要源于作物與根際微生物相互促進(jìn)的結(jié)果,
7、而作物直接吸收累積和降解的貢獻(xiàn)率不足1%。作物修復(fù)過程中物理因素和生物環(huán)節(jié)的不同貢獻(xiàn)解析,為進(jìn)一步研究老化HCH和DDT的作物修復(fù)機(jī)理提供了前提和基礎(chǔ)。
4.采用梯度盆栽試驗量化了土壤老化HCH和DDT跨作物系統(tǒng)界面的遷移、轉(zhuǎn)化過程。結(jié)果表明,小麥和玉米均能不同程度激活SOD、POD、CAT酶的抗氧化活性以清除自身毒害;兩種作物對HCH和DDT的吸收存在選擇性并受土壤污染水平影響,而這種體內(nèi)吸收過程主要依賴于根系吸收或吸著污染
8、物的能力。梯度盆栽試驗明確了老化HCH和DDT的作物抗性及其吸收、累積、分配和降解機(jī)制,為進(jìn)一步開展田間應(yīng)用研究指明了方向。
5.利用根際模擬實驗研究了植物旺盛生長期內(nèi)根際土壤老化HCH和DDT的消減效應(yīng),并通過多級提取技術(shù)表征了老化HCH和DDT在作物根際土壤的形態(tài)轉(zhuǎn)化機(jī)制。發(fā)現(xiàn)作物種植過程加速了根際可提取態(tài)有機(jī)氯農(nóng)藥的消減過程,且這種消減以老化農(nóng)藥的形態(tài)轉(zhuǎn)化和總量降低同時并存。根際土壤老化HCH和DDT的腐植酸結(jié)合態(tài)和胡敏
9、素結(jié)合態(tài)可以過渡形式進(jìn)一步向可提取態(tài)轉(zhuǎn)化增溶;采用正己烷提取態(tài)的含量變化指標(biāo)表征小麥和玉米對土壤HCH和DDT的提取效率,更能揭示植物修復(fù)的潛能。為持久老化HCH和DDT的環(huán)境行為和植物修復(fù)性評價提供了新的理論認(rèn)識。
6.田間狀態(tài)下原位污染土壤的作物修復(fù)實踐表明,小麥和玉米種植對土壤老化有機(jī)氯農(nóng)藥污染的修復(fù)效果明顯,作物對OCPs的提取修復(fù)效率具有時間累積效應(yīng)??傮w上,小麥和玉米種植使土壤中可提取態(tài)OCPs污染總量降低了22.
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