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本文以土霉素为研究对象,通过对多种植物(包括作物、花卉、杂草)的发芽试验(水培和土培),筛选出受土霉素影响较小和耐受性较强的几种植物;对筛选出的玉米、大豆、凤仙花、向日葵、高羊茅采用盆栽模拟实验的方法,在经不同浓度土霉素染毒的土壤中进行土霉素在植物的根、茎、叶中的吸收累积效应及土壤中土霉素的形态转化情况进行研究,探讨土霉素在土壤,植物系统的迁移转化;同时研究根系分泌物中典型的7种低分子量有机酸对土霉素吸附和解吸行为的影响,探明植物参与土壤中土霉素释放和转化的机制。研究结果表明:
(1)从多种植物中筛选出对土霉素耐受性较强的五种植物分别为:玉米、大豆、凤仙花、高羊茅和向日葵。土培实验中,玉米和凤仙花的发芽率受土霉素影响不大,大豆、高羊茅和向日葵的发芽率随土霉素浓度升高而呈下降趋势;玉米和高羊茅的根伸长和芽伸长受土霉素的抑制作用随土霉素浓度升高而增大;大豆和凤仙花的根伸长和芽伸长在低浓度土霉素影响下表现为促进作用,高浓度土霉素影响下表现为明显的抑制作用。水培实验中,玉米和大豆的发芽率受土霉素影响不大,凤仙花和高羊茅的发芽率则随土霉素浓度升高呈下降趋势;玉米和大豆的根伸长抑制率和芽伸长抑制率在土霉素浓度较低(50,200mg·L-1)时相差不大,但明显低于高浓度(1000mg·L-1)土霉素影响下的抑制率;凤仙花和高羊茅的根伸长和芽伸长受土霉素影响明显,抑制率均在60%以上,且随土霉素浓度升高抑制作用呈上升趋势。
(2)玉米和大豆植株在不同浓度土霉素污染土壤中的生长几乎不受土霉素影响。不同浓度土霉素污染的土壤中,玉米和大豆植株不同部位对土霉素的累积浓度和累积总量的大小顺序均为:根<茎<叶,表明叶部为植株累积土霉素的主要场所。玉米和大豆各部位对土霉素的富集系数随土霉素染毒浓度的升高而减小。大豆植株整体对土霉素的富集系数和转运系数均大于相同条件下的玉米植株,大豆植株具有更强的富集土霉素和将土霉素转运到地上部的能力。大豆的种植对土霉素含量的影响随土霉素染毒浓度升高而增大。玉米的种植对较低浓度(50,200 mg·kg-1)染毒土壤中可浸提的土霉素含量影响较小,对高浓度(1000 mg·kg-1)污染土壤中可浸提态土霉素浓度影响较大,且主要体现在吸附态上。低浓度土霉素污染的土壤中,土壤中可浸提态土霉素(水溶态+交换态+吸附态)的减少方式主要为自然降解,高浓度土霉素污染的土壤中,除了自然降解,玉米和大豆的种植也可以明显的减少土壤中可浸提态土霉素的含量。
(3)土霉素在凤仙花、向日葵各部位的土霉素累积浓度和累积总量的顺序均为为:根<茎<叶;高羊茅植株均为:地下部<地上部。凤仙花和向同葵的种植使得土壤中直接生物有效性的土霉素(水溶态+交换态)有所减少,使得吸附态土霉素有所增加;高羊茅的种植可以使土壤中可浸提土霉素均明显减少。高羊茅植株对土霉素的生物富集系数(0.1057)远大于凤仙花(0.0192)和向日葵(0.0110),转运系数(22.68)同样大于凤仙花(7.94)和向日葵(7.64),具有更强的富集土霉素及从地下部转运到地上部的能力,具有修复土壤中土霉素污染的潜能。
(4)低分子量有机酸对土霉素吸附和解吸的影响预示着植物参与条件下对土壤中土霉素释放和转化的影响。吸附过程中,柠檬酸明显降低土霉素在土壤中的吸附比,其他6种低分子量有机酸(草酸、酒石酸、苹果酸、富马酸、邻苯二甲酸、乙酸)则明显提高土霉素吸附比;解吸过程中,除柠檬酸外,其他6种低分子量有机酸的添加明显降低了土壤中土霉素解吸量占吸附量的比,而柠檬酸的添加使得土霉素的解吸比略有提高。结果表明只有柠檬酸能够促进土壤中土霉素的释放,从而促进植物根系对土霉素的吸收。