典型多環(huán)芳烴在紅樹(shù)林濕地模擬系統(tǒng)中的遷移規(guī)律及其毒性效應(yīng)研究.pdf

1、紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)是熱帶、亞熱帶海岸重要的濕地生態(tài)系統(tǒng)。河口海岸帶生態(tài)破壞性開(kāi)發(fā)活動(dòng)的日益頻繁和大量的工農(nóng)業(yè)廢水和生活污水的長(zhǎng)期直排入近岸海域使紅樹(shù)林濕地遭受極大的破壞。紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)因生產(chǎn)力高、富含有機(jī)質(zhì)以及強(qiáng)還原性環(huán)境條件等特性，使之成為吸收和積累多環(huán)芳烴(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs)的重要場(chǎng)所。因此，深入開(kāi)展紅樹(shù)林濕地中PAHs污染物的環(huán)境行為及其對(duì)紅樹(shù)林生境的生態(tài)效應(yīng)的研究，具有重

2、要意義。 菲(Phenanthrene，PHE)和熒蒽(Fluoranthene，F(xiàn)LA)分別是16種優(yōu)控PAHs中3環(huán)和4環(huán)芳烴的代表性化合物，已有的文獻(xiàn)報(bào)道在紅樹(shù)林濕地水域和表層沉積物中含量較高。本論文通過(guò)模擬系統(tǒng)試驗(yàn)，對(duì)這兩種典型PAHs在紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)各組成：沉積物、水、紅樹(shù)植物和藻類等多介質(zhì)中的遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)律及其對(duì)紅樹(shù)植物和藻類的毒性效應(yīng)進(jìn)行研究，并探討了紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)中優(yōu)勢(shì)藻種對(duì)PAHs的富集、降解。主要內(nèi)容和結(jié)果

3、包括以下幾個(gè)方面： (1)研究砂土-紅樹(shù)植物體系中砂土對(duì)菲和熒蒽的吸附，以及菲和熒蒽在紅樹(shù)植物組織(根、莖、葉等)的分配轉(zhuǎn)運(yùn)。將秋茄(Kandelia candel(Linn.)Druce.)一年生幼苗種植在不同濃度菲(1、5、10、50和100μg·g-1)和熒蒽(2、20、40、80和100μg·g-1)污染砂土中進(jìn)行脅迫處理。結(jié)果表明PAHs從植物根部向莖葉轉(zhuǎn)運(yùn)是植物地上部分(莖葉)積累PAHs的重要途徑。隨著處理濃度的

4、增加和脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，菲和熒蒽在植物體各組織中的富集量呈逐漸增加的趨勢(shì)。處理13周后，從富集量來(lái)看，植物根、莖、葉中的，菲濃度分別為0.28～4.36μg·g-1，0.04～0.84μg·g-1和0.03～0.19μg·g-1，熒蒽的濃度分別為0.79～35.76μg·g-1，0.07～1.49μg·g-1和0.06～0.13μg·g-1。植物根系對(duì)熒蒽的富集量和根富集系數(shù)(Root concentration factor，RCF)均

5、大于菲，而菲的莖富集系數(shù)(Shoot concentration factor，SCF)、葉富集系數(shù)(Leaf concentration factor，LCF)及生物富集系數(shù)(Bioconcentration factor，BCF)均比熒蒽的高。秋茄植物有效地去除砂土中菲和熒蒽，平均去除率分別為31.7％和19.7％。 (2)研究砂土-紅樹(shù)植物體系中不同濃度菲和熒蒽污染砂土對(duì)秋茄幼苗的生長(zhǎng)量、葉綠素含量和光合作用、根系活力等

6、生理生態(tài)指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，隨著處理濃度的增加和脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，幼苗根系受毒害嚴(yán)重，表現(xiàn)為腫大、變黑、腐爛。脅迫前6周根系活力隨著處理濃度的增大而增大，第9周后則減?。挥酌绺祷盍﹄S著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈先增加后降低的趨勢(shì)。PAHs處理濃度和脅迫時(shí)間對(duì)植株含水量和根冠比無(wú)顯著影響，卻明顯降低了秋茄幼苗的根、莖、葉生物量，總生長(zhǎng)量較對(duì)照組低，干物質(zhì)積累量減少。增加PAHs濃度和脅迫時(shí)間使葉氣孔阻力增加，細(xì)胞間隙CO2濃度減少，葉綠素a、b的

7、含量減少，從而降低了秋茄幼苗的凈光合速率和蒸騰速率。菲對(duì)秋茄幼苗生長(zhǎng)及光合作用的影響大于熒蒽，表明秋茄幼苗對(duì)不同類型PAHs有不同的耐受性。 (3)研究了藻培養(yǎng)體系中藻類對(duì)PAHs的富集、降解以及PAHs對(duì)藻的毒性。藻種采自福建九龍江口紅樹(shù)林區(qū)，經(jīng)分離、純化和培養(yǎng)，將其暴露于含不同濃度菲和熒蒽的培養(yǎng)液中。結(jié)果表明，菲對(duì)中肋骨條藻和菱形藻的72h-EC50分別為0.95mg·L-1和0.32 mg·L-1，熒蒽的72h-EC50

8、分別為0.17 mg·L-1和0.09 mg·L-1。中肋骨條藻對(duì)菲和熒蒽的耐受性比菱形藻強(qiáng)，熒蒽對(duì)實(shí)驗(yàn)藻種的毒性比菲大。從藻對(duì)PAHs的富集、降解來(lái)看，脅迫6 h后，藻即快速地吸附和吸收PAHs；脅迫168 h后，中肋骨條藻和菱形藻對(duì)菲的降解率分別為16.4％和54.8％，而對(duì)熒蒽的降解僅有6.9％和2.7％，表明實(shí)驗(yàn)藻種對(duì)菲的降解能力強(qiáng)于熒蒽。在復(fù)合毒性實(shí)驗(yàn)中，熒蒽存在時(shí)中肋骨條藻對(duì)菲的降解效率更高，表現(xiàn)出復(fù)合污染下的協(xié)同作用。不同

9、脅迫時(shí)間下，PAHs在培養(yǎng)液中的殘留量均有變化；實(shí)驗(yàn)藻種對(duì)PAHs的富集和降解效率也隨脅迫時(shí)間的不同而表現(xiàn)出差異。 (4)通過(guò)水培體系，對(duì)PAHs在水體-植物-藻等多介質(zhì)中的遷移規(guī)律進(jìn)行研究。發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)初期水相中的PAHs迅速向菱形藻、紅樹(shù)植物根系等介質(zhì)分配，水里PAHs的濃度顯著降低，在植物-藻體系中的下降幅度最大，植物體系次之，藻體系最小。如第1 d，植物-藻、植物、藻體系水相中菲下降幅度分別為78.5％、66.7％和12.

10、1％；而熒蒽的下降幅度分別為88.8％、84.3％和18.2％；熒蒽在不同體系中的分配比菲快。PAHs對(duì)藻的毒害作用在脅迫初期就呈現(xiàn)，表現(xiàn)為藻細(xì)胞分裂受到抑制，但第4 d后逐漸恢復(fù)；脅迫10 d后水中低濃度PAHs反而有利于藻細(xì)胞活力的恢復(fù)。菲和熒蒽復(fù)合脅迫下，藻細(xì)胞的生長(zhǎng)受抑制程度更加嚴(yán)重，表現(xiàn)為協(xié)同效應(yīng)。菲或熒蒽單獨(dú)脅迫下其在藻細(xì)胞中的富集量隨時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸降低的趨勢(shì)，藻細(xì)胞對(duì)熒蒽的富集量比對(duì)菲的高。菲和熒蒽復(fù)合脅迫下，植物-藻體

11、系中菱形藻細(xì)胞對(duì)PAHs的富集量呈先增加后降低的變化。在菱形藻的作用下，水中菲和熒蒽的降解半衰期(T1/2)分別為105.5 h和120.7 h，聯(lián)合毒性實(shí)驗(yàn)中菲和熒蒽的降解半衰期為74.1 h和108.2 h。從植物根吸收菲和熒蒽的含量-時(shí)間關(guān)系曲線中發(fā)現(xiàn)，在0～30 d內(nèi)，根中菲和熒蒽含量(干重計(jì))均先增加后逐漸降低，且植物-藻體系中根對(duì)菲和熒蒽的最大富集量比植物體系根的大。處理30 d后，紅樹(shù)植物的莖(木質(zhì)部)、葉對(duì)培養(yǎng)液中菲和熒

12、蒽有明顯的吸收和積累，但其含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于根中的含量：莖葉中菲的含量明顯大于熒蒽。 總之，在紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)中，秋茄植物根系能吸收沉積物中PAHs并向莖葉轉(zhuǎn)運(yùn)，優(yōu)勢(shì)藻種也可快速地富集、降解水體中PAHs，最終起到修復(fù)紅樹(shù)林濕地PAHs污染的作用。另一方面，沉積物PAHs污染會(huì)使秋茄幼苗根腫大(通氣組織的形成)、變黑、腐爛，根系脫氫酶活性降低，葉綠素合成和光合作用受抑制，總生長(zhǎng)量和干物質(zhì)積累量減少。PAHs對(duì)藻類有明顯的毒害作用，