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植物吸收和降解水体中多氯代有机污染物的作用 ＊ 万大娟 陈 娴 贾晓珊 中山大学环境科学与工程学院, 广州 510275 摘要 对黑麦草吸收和降解水中以 1, 2, 4 -TCB 和 pp′ -DDT 为代表的 PCOPs进行了初步研究。 结果表明, 黑麦草能不 同程度吸收和降解 1, 2, 4 -TCB 和 pp′ -DDT, 降低水中 PCOPs 含量。 与吸收和降解土壤中 PCOPs 的能力相比, 黑麦草修 复受 PCOPs 污染水体的能力相对较弱。 关键词 植物 吸收 降解 水 PCOPs ＊“985”工程二期项目; 中山大学重点资助项目 No. 32000-3253282 0 引言 多氯代有机化合物 PCOPs 是一类典型的环境 污染物,其性质稳定 ,难被化学水解和生物降解,易造 成持久性污染 [ 1] 。 植物修复作为直接利用绿色植物系统通过转移、 降解或保持的方式修复污染环境, 与其它方法相比具 有独特的优点 [ 2] , 但该研究尚处于起步阶段, 实质性 报道较少 。本试验采用研究较多且对有机化合物污 染环境有一定修复能力的黑麦草为供试植物 [ 3] , 以 1,2,4-三氯苯 TCB 和 pp′ -滴滴涕 DDT 作为 PCOPs 的典型代表, 通过水培试验初步研究了植物对水中 PCOPs的吸收和降解能力 ,并与受 PCOPs污染土壤中 的植物修复研究进行比较 ,本研究结果将为进一步探 讨持久性有机化合物污染环境的植物修复提供依据。 1 材料与方法 1. 1 供试材料 供试植物 黑麦草 Lolium multiflorum lam 。 试剂 1, 2, 4- TCB 和 pp′ -DDT 德 国 Dr. Ehrenstorfer,Augsburg 公司 。 1. 2 研究方法 试验设计为期 30 d 的水培试验 , 将苗龄为 10 d 的黑麦草移入不同浓度PCOPs 处理的水培溶液中 ,分 别为 24株 盆 ,同时设置 CK 处理 不种黑麦草 , 30 d 后采集水和植物样品分析 。试验设 10 种不同污染程 度的处理 0 不添加 1,2, 4 -TCB 和 pp′ - DDT 、 T0. 25 添 加1,2, 4- TCB 含量为 0. 25 mg kg 、T2. 5 添加 1, 2, 4- TCB含量为 2. 50 mg kg 、 T25 添加 1,2, 4 -TCB 含量为 25. 00 mg kg 、 D0. 25 添加 pp′ - DDT 含量为0. 25mg kg 、 D2. 5 添加 pp′ - DDT 含量为 2. 50 mg kg 、 T25 添加 pp′ - DDT 含量为 25. 00 mg kg 、 TD0. 25 添加 1, 2, 4 -TCB 和 pp′ -DDT 含量均为0. 25 mg kg 、 TD2. 5 添加1,2, 4 -TCB 和 pp′ -DDT 含量均为 2. 50 mg kg 、 TD25 添加 1,2, 4- TCB 和 pp′ -DDT 含量均为25. 00 mg kg 。各处理重复 3 次。 2 结果与讨论 2. 1 水培溶液和植物中 PCOPs 总量的变化 图1 表示水培溶液中两种污染物总量的变化情 况。研究结果显示, 各处理水培溶液中有一定量的污 染物消失 以CK 处理作为参比可以消除挥发等其他 因素的影响 。与 CK 处理相比 , 水培溶液中 1, 2, 4- TCB 和 pp′ -DDT 总量呈不同程度的下降趋势, 到培养 30 d 试验结束时 ,各处理水培溶液中 1,2, 4 -TCB 的减 少量占总添加量的 0～ 2. 0, pp′ -DDT 的减少量占总 添加量的 0 ～ 8. 4, pp′ -DDT 的减少量大于 1, 2, 4- TCB的减少量。一种污染物单独处理和两种污染物 混合处理的变化趋势基本相同 。由此表明,黑麦草能 吸收或降解一定量的 PCOPs, 从而有效降低水中 PCOPs含量。 黑麦草在生长过程中能吸收一定量的污染物 ,添 加的两种污染物中, 黑麦草对 pp′ -DDT 的吸收量大于 对1,2,4- TCB 的吸收量 。到培养 30 d试验结束时 ,以 0、 0. 25、 2. 5、 25 mg kg 浓度 1, 2,4- TCB 处理的黑麦草 吸收量分别占水培溶液中 1, 2, 4- TCB 消失量的 0、 4. 0、 3. 3、19. 7; 以 0、0. 25、2. 5、25 mg kg 浓度 pp′ - DDT 处理的黑麦草吸收量分别占水培溶液中 pp′ - DDT 消失量的 0、12. 3、15. 9、45. 3; 1, 2, 4- TCB 和 pp′ -DDT 混合处理中 ,以 0 、 0. 25、2. 5、25 mg kg 浓度污染物处理的黑麦草吸收量分别占水溶液中污 染物消失量的 0、 3. 4、 3. 3、0 1,2, 4 -TCB 和 0、 16 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 图1 水培溶液中两种污染物的变化情况 15. 6、 30. 5、0 pp′ -DDT 。其中, 高浓度 PCOPs 处理由于污染物浓度过高导致植物死亡或萎蔫,因此 其吸收量占水溶液中污染物消失量的 0。 黑麦草水上部分和水下部分对 PCOPs 的吸收量 也因处理不同而异, 除以 0. 25、 2. 5 mg kg 浓度 1, 2,4- TCB 处理的黑麦草水下部分吸收量大于水上部分 ,其 他处理中均为水上部分吸收量大于水下部分 , 而以 pp′ -DDT 处理的黑麦草均为水下部分吸收量大于水 上部分。这表明污染物被植物根系吸附和吸收后,能 向水上部分转移, 污染物类型和浓度能影响其转移速 度,pp′ -DDT 容易吸附在根部,向上转移速度相对较慢 。 本试 验结 果表明 , 培养 植物 能减 少水 中的 PCOPs。消失的 PCOPs 中, 部分被植物根系吸附或吸 收; 部分被植物由根系转移至水上部分累积或挥发; 部 分在植物根际环境被降解 ,其机理研究已同步进行 [ 4] 。 2. 2 PCOPs对植物生长的影响 研究结果表明, 不同条件污染物对植物生长状况 各有差异。分析生物量的变化情况可知 图 2 , 受 pp′ -DDT 污染水溶液培养的黑麦草 ,其水上部分生物 量随污染物浓度升高而生物量下降 , 而受 1,2, 4 -TCB 和两种PCOPs 混合污染水溶液培养的黑麦草 ,水上和 水下部分均以 0. 25 mg kg 浓度时培养的黑麦草的生 物量最高, 且高于污染物浓度为 0, 同时随着污染物 浓度的升高而生物量相应下降 。因此,较低浓度的污 染物在一定程度上对植物生长有促进作用,但较高浓 度的污染物对植物生长有抑制作用 。 植物的外观分析也显示了同样的结论 图 3 , 受 pp′ -DDT 污染水溶液培养的黑麦草 ,其株高和根长随 污染物浓度升高而下降 , 而受 1, 2, 4- TCB 和两种 PCOPs混合污染水溶液培养的黑麦草,株高和根长均 以污染物浓度为 0. 25 mg kg 培养的黑麦草最高,且随 着污染物浓度的升高而相应下降。以 25. 00 mg kg 浓 度1,2,4- TCB 和 pp′ -DDT 混合污染水溶液培养的黑 麦草 ,由于污染物浓度过高而导致植物死亡。 图 2 水培植物生物量的变化情况 图 3 水培植物生长情况对比 下转第 15 页 17 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 显示出这两者之间有相关关系 。如同有壳根足虫类, 变形虫类也是生活在活性污泥的表面, 以摄食污泥表 面的其他微生物为主 ,但变形虫类却没有显示出与硝 化的关系 。在显微镜下经常可以看见一些变形虫在 快速的移动,这样快速的移动使得变形虫无法对食物 进行挑剔 ,因而不具有特定的摄食硝化细菌的特性 。 图 5 变形虫类虫体密度与硝化率关系 3 结论 通过以上实验表明, 弯凸表壳虫 、普通表壳虫以 及盖厢壳虫均可以作为硝化指示生物, 其中与盖厢壳 虫相比,弯凸表壳虫和普通表壳虫更适宜用作硝化指 示生物。 参考文献 [ 1] Gurds C. H. , Cockburn A . and Vanddyke J. M. An ex-perimental study of the role of the ciliated protozoa in the activated sludge process. Water Pollut. Contr. , 1968,67 312 -329. [ 2] 沈韫芬, 章宗涉, 顾福康等. 微型生物监测新技术. 北京 中国建 筑工业出版社, 1990 51 -93. [ 3] 陈声贵, 许木启. 原生动物在活性污泥中的作用. 生态学杂志, 2002,21 3 47 -51. [ 4 ] 顾福康. 原生 动物学概论. 北 京 高等教育出 版社, 1991 282 -286. [ 5] Poole J. E. . A study of the relationship between the mixed liquor fauna and plant perance for a variety of activated sludge sewage treatment works. Water Research, 1984, 18 281 -287. [ 6] Li X. N. ,Kohama A. , Kim J. H. , Chiba N. , Nishimura O . and Sudo R. . Grazing characteristic of nitrifying bacteria by Testacealobosia Arcella vulgaris and its effect on nitrification. 2000, 23 661 -667. [ 7] Ding G . J. ,Sudo R. , Nagasaka M . , Sato Y. and Inamori Y. . Effect of hairdressing chemicals on microfauna in the treatment of domestic wastewater using a sequencing batch reactor. Johkaso Research, 2002, 14 3 -14. [ 8] Li X. N. ,Kohama A. , Kim J. H. , Chiba N. , Nishimura O . and Sudo R. . Testacealobosia Arcella vulgaris as an indicator in nitrification process. Environ. Engineering Res. , 2000, 37 41 -49. 作者通讯处 丁国际 200072 上海市延长路 149 号 上海大学环境 与化学学院 电话 021 56331867 2005- 11-18 收稿 上接第 17页 2. 3 植物对水和土壤中 PCOPs 的吸收与降解能力 与前期的研究结果相比 [ 5] , 植物对水和土壤中 PCOPs的吸收与降解能力各有异同 。以 pp′ -DDT 为 例,培养植物后 30 d 时, 水中 pp′ -DDT 减少量为 0 ～ 8. 4,土壤中 pp′ -DDT 减少量为 0～ 30. 1; 水和土壤 培养的植物中 pp′ - DDT 含量则分别为 0～ 7. 216 mg kg 和 0. 045 ～ 1. 036 mg kg。比较前期和同期的研究结 果 [ 4,5] ,植物在不同培养环境中对 PCOPs 的吸收与降 解能力有所差异 。土壤中 PCOPs 减少量相对较多 ,这 可能与水培溶液中的生物活性远远低于土壤有关 ,植 物根系与土壤界面形成的根际微环境有利于提高土 壤生物活性,提高修复能力。但植物在水培溶液中对 PCOPs的吸收能力相对较强, 这可能是由于根际环境 的修复能力相对较弱 ,使植物吸收量增加。 3 结论 1 植物能吸收和降解一定量的 1, 2, 4 -TCB 和 pp′ -DDT ,使水培溶液中污染物总量下降,因此培养植 物能不同程度降低水中 PCOPs 的含量。 2 不同类型和浓度 PCOPs溶液培养对植物的生 物量 、 株高和根长等表观性质有不同程度的影响。 3 植物对水和土壤中 PCOPs 的吸收与降解能力 有所差异, 这可能与水培溶液中的生物活性远远低于 土壤有关。 参考文献 [ 1] 王连生. 有机污染物化学 下册 . 北京 科学出版社, 1991. [ 2] Cunningham S D, Shann J R, Crowley D E, et al. Phytoremediation of soil and water contaminants. American Chemical Society, Washington DC, 1997. [ 3] Banks M K, Lee E, Schwab A P. uation of dissipation mechanisms for B [ a] P in the rhizoshoere of tall fesue . Environment Quality , 1999, 28 294-298. [ 4] 万大娟, 贾晓珊. 多氯代有机污染物胁迫下植物根系分泌物的 变化. 中山大学学报 自然科学版 ,2006, 7. [ 5] 万大娟, 陈娴, 贾晓珊. 受多氯代有机化合物污染土壤的植物修 复初探. 环境科学学报, 2006, 6. 作者通讯处 贾晓珊 510275 广州市 中山大学环境科学与工程学院 电话 020 84114545 E -mail eesjxszsu. edu. cn 2005- 11-19 收稿 15 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 ISOLATION AND NUTRIENT BALANCE OF PREDOMINANT BACTERIA FOR DEGRADING PETROLEUM OF CONTAMINATED SOILHuang Tinglin Chai Beibei Ning Yaping7 Abstract In order to restore the soil contaminated by petroleum more effectively, a strain of highly efficient petroleum degrading bacteria, which hasbeen differentiated as Zoogloea sp. ,was enriched and isolatedfrom the contaminated soil by using the oil as the only source of carbon. Whose nutrient balance conditions were studied initially. The experimental results indicated that ammonium nitrate NH4NO3was the predominant nitrogen source and the nutrient balance between N and P ratio for this strain kept at N∶ P4∶ 1. Keywords soil lightly contaminated by oil, predominant bacteria to degrade oil, screening isolating and nutrient balance STABILITY ANALYSIS OF AOB COMMUNITY IN NITRIFYING SUSPENSION FILLER TOWER Wang Feng Xia Siqing Shi Yan et al 10 Abstract It was studied that ammonia -oxidizing bacteria AOBcommunity in a nitrifying suspension tower for biochemical flocculation process, using PCR -DGGE technique. The change in systematic AOB community structure was examined under the regulation of aeration strength and hydraulic residence time RHT. The biofilm sampleswere takendirectly from a nitrifying filler tower. MDS was used for the analysisof DGGE electrophoretogram, and the results were displayed by 2 -D pattern. The results show that the aeration strength and RHT have a certaineffect on AOB community. The main AOB strains remain unchanged in the process of running. Keywords polyase chain reaction, concentration gradient of gel electrophoresis and AOB THE FUNCTION OF PROTOZOA SARCODINA AS NITRIFICATION INDICATOR IN THE PROCESS OF SEQUENCING BATCH REACTORDing Guoji Li Jun 13 Abstract The analysis of relationship between the density of Sarcodina and the nitrification ratio in the process of sequencing batch reactor SBR under the control of aeration showed that Arcella gibbosa, Arcella vulgaris and Pyxidicula operculata were good nitrification indicator. However, A. gibbosa and A. vulgaris were better than P. operculata as the nitrification indicator considering the relativity with nitrification ratio and the convenience of observation. Keywords SBR process, Sarcodina, nitrification and indicator PRIMARY STUDY ON PHYTOREMEDY OF CONTAMINATED WATERWITH PCOPs Wan Dajuan Chen Xian Jia Xiaoshan 16 Abstract Phytoremediation of contaminated water with PCOPs 1, 2, 4-TCB and pp ′ -DDTwere studied by the of water -culture medium. Results showed that ryegrass could absorb and degrade 1, 2, 4 -TCB and pp′ -DDT, reduce the content of PCOPs in water. The growth of ryegrass was affected by the variety and concentration of PCOPs. The absorption capability of ryegrass inwater was lower than in soil. Keywords plant, absorb, degrade, water and PCOPs EFFECTS OF PLANT SELECTIONON THE NITROBACTERIA DENSITY IN RHIZOSPHERE AND NITROGEN REMOVAL IN CONSTRUCTED WETLANDS Zhou Wei Huang Minsheng Nian Yuegang 18 Abstract Effects of plant selection on the nitrobacteria density in rhizosphere and nitrogen removal in constructed wetlands had been presented. Experimental results showed that there were very high density of nitrobacteria in the rhizospheres of wetlands planted with Zizania caduciflora, Scirpus validus, Iris pseudacorus under appropriate DO and pH conditions. Nitrobacteria density in the rhizosphere is always higher than that in the substrate of the wetlands which is due to the difference of DO levels. And the nitrogen removal efficiencies are related positively to the nitrobacteria density and water temperature, which indicates nitration of microbes and assimilation of the plants played important roles in the nitrogen removal of wetlands. Keywords constructed wetlands, rhizosphere, ntrobacteria, nitrogen removal and experimentation DEGRADATIONOFORGANOCHLORINEPESTICIDESINAMERICANGINSENGBY BIOLOGICAL WAYWang Likun Pang Jinzhao Liu Wenzhi et al 21 Abstract The bacterial strain which can degrade organochlorine pesticideswith high effect was isolatedfrom soil planted American ginseng. The solid preparation made by the strain applies to field experiments via three -year -old ginseng in one year, indicating the degradation rate of the strain for total amount of BHC up to 36. 27～ 49. 90, the degradation rate of the strain for total amount of DDT up to 25. 19～ 35. 61. Keywords organochlorine pesticides, degrading bacterium and American ginseng EXPERIMENT ON THE COUPLING BIOREACTOR FOR THE DOMESTIC WASTEWATER TREATMENT OF LOW C N RATIO IN DIFFERENT OPERATING MODES Li Jun Zhang Ning Yang Haiyan et al 23 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24,No. 3, Jun. , 2006