天然水体中菹草对酞酸酯的富集降解特性研究

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沉水植物作为水生态系统重要的初级生产者,对水环境中有机污染物的生物地球化学循环具有重要意义。由于增塑剂的广泛使用,酞酸酯类化合物(PAEs)已成为全球最普遍存在的环境污染物之一,我国水环境也受到了严重的污染。沉水植物能够有效的治理水体富营养化,减少水中无机、有机污染物,利用沉水植物进行PAEs生态修复具有广阔的应用前景。本课题从海河干流和2个小型景观湖泊采集了5个水样作为实验基质,选择典型内分泌干扰物酞酸二丁酯(DBP)和酞酸二异辛酯作(DEHP)为研究对象,以沉水植物菹草(Potamogeton crispus L.)为被试物种,研究了天然水的水质对菹草生理指标(叶绿素、可溶性蛋白和硝酸还原酶活性)的影响;无菌及有菌条件下菹草对PAEs的富集和降解作用;在此基础上分析水质对天然水中菹草富集和降PAEs的影响。实验条件下各水样之间温度和溶解氧相同,pH值均偏弱碱性;磷的形态特征差异较小,均主要以颗粒态磷和溶解性有机磷的形式存在。氮的形态特征差异较大;海河水中硝态氮(NO3--N)为氮的主要形态,湖泊水中氨态氮(NH4+-N)为主要形态。无菌条件下,菹草自身生长对水中TN有明显的吸收作用,实验结束时TN平均下降53.9%;并且对NO3--N的吸收利用能力远大于NH4+-N。菹草生长对水中磷的吸收作用不显著。菹草的生理指标也主要受NO3--N含量的影响;随着NO3--N含量增加,菹草的生理活性增大。NO3--N含量高的海河水更有利于菹草的生长,其生理活性也较高。菹草对水中PAEs的去除包括富集和降解,去除过程符合一级动力学方程。无菌条件下,海河水中菹草对DBP和DEHP的去除率平均为68.52%和84.74%,去除速率常数(k)平均为0.36×10-2 h-1和0.5×10-2 h-1;湖泊水中菹草对DBP和DEHP的去除率平均为29.08%和36.93%,k值分别为0.086×10-2 h-1和0.09×10-2 h-1。菹草富集占水样中DBP总去除的比例为1.22%–7.41%,占DEHP总去除的比例为4.31%–18.34%,降解是菹草去除水中PAEs的主要途径。菹草与微生物共存条件下对水中DBP和DEHP的平均去除率分别为:海河82.32%、90.12%,湖泊36.9%、44.92%;与微生物单独作用相比,DBP和DEHP的去除率分别提高1.53%16.71%、3.22%17.55%,k值分别提高5.92%45.91%、-53.16%119.3%,说明菹草对PAEs的去除起重要作用。经相关性分析,菹草及其与微生物共存时,PAEs的k值与水中NO3--N的初始浓度显著相关,其中DEHP呈极显著相关,说明天然水中NO3--N的浓度是影响菹草富集和降解PAEs的关键因素。由于微生物与菹草存在营养竞争的关系,NO3--N含量也是影响二者正常代谢和发挥降解作用的制约因素。
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