垃圾填埋场渗沥液污染对紫花苜蓿的光合作用的影响外文翻译资料

 2022-06-09 11:06

垃圾填埋场渗沥液污染对紫花苜蓿的光合作用的影响

Lie Yang*, Tiantian Sun, Yanli Liu, Houqing Guo, Lixin Lv, Jie Zhang, Chang Liu

School of Resources and Environmental Engineering, Wuhan University of Technology, 430070 Wuhan, PR China

文章亮点

·研究了苜蓿光合作用对垃圾渗沥液的反应。

·在高剂量的沥出液组中，F v/F m和P n都有轻微的抑制。

·能发现大部分浸出参数对净光合效率的敏感性。

·净光合效率可以作为主要浸出特性的有效指示剂。

文章资讯

文章历史:

2017年7月9日收到2017年8月6日修订版。

2017年8月11日被接受。

可在2017年8月11日在线处理。编辑:T. Cutright。

关键词

光合作用

垃圾渗沥液

最大的光合效率

净光合速率

摘要

· 成千上万的垃圾掩埋场和露天垃圾站产生的渗沥液对土壤和地下水的安全性造成了巨大的威胁。

· 紫花苜蓿因为其强壮的根系，具有清除各种污染物的优良能力，被认为有作为植物修复垃圾渗沥液污染的植物的潜力。

· 通过实验室规模的调查，研究了在对滤过性污染的反应中苜蓿光合作用对浸液污染的敏感性

· 结果表明，在高剂量组中，光合作用效率(F v/F m)和净光合速率(P n)均有轻微的抑制作用。

在统计分析的基础上，观察到了P n对浸出参数的敏感性高于F/F m。

· 大多数浸出参数（pH、铵和COD）和P n之间有显著的相关性，它们的相关系数

因此，P n有可能作为一个分析渗沥液污染土壤的浸出特征的有效指示剂。

介绍

垃圾填埋场是一种至关重要的污染源，主要是由于其中的有机污染物含量高的垃圾填埋场和露天垃圾填埋场中有大量的氮、有机污染物、盐等(Renou等人;2008年;黄et al .,2009)。

非密封性垃圾填埋场和露天垃圾站对土壤和地下水的安全造成了巨大的威胁(Ahmed和Sulaiman，2001年)。因此，受污染土壤的浸出特性对污染物的迁移有重要的影响。植物修复基于良好的适应性(富特等人，2012)和根际圈提取能力(Belouchrani等人，2016)，被广泛应用于各种受污染的土壤中。

苜蓿用于土壤的植物修复，不论无机和有机污染的土壤，如重金属(Zaefarian等，2013)，苯并芘(伏等，2012)，类盐(曹等人，2012)等。可以推论出，苜蓿具有处理类似于填埋场渗沥液等复杂污染物的潜力。根据之前的研究，虽然有多种植物被用于清除垃圾填埋场的复杂污染物， (Pazoki et al., 2014; Lavagnolo et al., 2016)，但是紫花苜蓿在受污染土壤的植物修复过程中很少被应用。值得一提的是，垃圾填埋场的毒性经常被报道。在应用于植物修复前，对紫花苜蓿生理特征的研究是值得的。光合作用是植物代谢过程中最重要的过程之一，被广泛用作各种污染的反应特征。在光合作用的参数中，F v/F m和P n在表征光合作用的变化中是最常用的。在此研究中，研究了光合作用对各种浸出物的反应，以及浸出参数(pH、EC、铵、COD)和光合作用之间的相关性。研究结果对苜蓿未来在土壤污染土壤中的应用有益。

方法和材料

2.1. 土壤，渗沥液和紫花苜蓿

2016年6月28日，从马鞍山森林公园(中国武汉)在地下20厘米以下收集到的土壤样本，在盆栽试验前，经过2天的空气干燥，和2毫米筛分，35℃的烘干。从3个样品中测定了受试土壤的背景物理化学修复，并在表1中列出。2016年7月12日，垃圾填埋场从长山口垃圾填埋场(中国武汉)收集。

土壤的pH值是用1:2.5(w/v)的水/水比来测量和记录的。用半微基耶达尔方法确定了N和P的总值。苜蓿(药用植物)种子从武汉科农公司购买。

2.2 Pot experiment盆栽实验

采用盆栽试验方法，对沥出液污染土壤中苜蓿的应用进行了评价。所有的样品都在4个水平(包括0)中培养42天，并在非植物和植物治疗组之间进行比较。土壤用四层的渗沥液灌溉（即：每480克土壤中有0、20、40和60毫升的渗沥液)并放置在塑料罐中(向上=9厘米，向下=7厘米，高度=12厘米)。两天后，苜蓿种子在每一个花盆中都有相同的深度和数量。修复处理被安排在一个完全随机化的设计中，每处理一次有三次重复实验。每天用蒸馏水冲洗所有经过处理的土壤，保持60%的水保持能力。利用 LI 6400(北京Ecotek科技有限公司)的设备，测量了光合作用参数(F v/F m和P n)。一个模拟调制管被用作光源，光合作用的测量在光子通量密度1000 m mol的情况下进行。采集苜蓿根附近的土壤进行浸出试验。5克挑选出的土壤样品与100毫升蒸馏水混合在一起，以每分钟110次的频率放置在振动器中。然后，悬浮物被四号滤纸过滤掉，滤液用于参数测试(pH、EC、铵和COD)。

用电极法测定土壤浸出的pH值和EC，用HACH-3900(HACH中国有限公司)测量COD。所有的参数都是用三个重复的样本测量。本实验中的所有试剂都是分析级的。

2.3统计分析

利用SPSS 19.0的方差分析方法，使用最小显著性的处理方法(LSD)试验。利用SPSS 19.0进行相关分析，分析浸出参数(pH值、EC、铵、COD)和光合作用参数(F v/F m和P n)之间的关系。在95%和99%的置信水平上，t-test证实了这些差异。

结果与讨论

3.1 浸渗污染对土壤浸出特性的影响

图1给出了不同浸出率的浸出参数的变化。很明显，高剂量沥出液样品的土壤pH值(40毫升和60毫升)随垃圾渗沥液增长呈轻微下降，而浸出COD、铵和EC则增加了。pH值的降低可以归因于原始的酸性pH值或渗沥液中的有机物质的退化。在其他许多研究中也发现了类似的结果(杨等，2013，2014;Abunada Nassar,2015)。Abunada和 Nassar(2015年)发现，废水灌溉可能会导致土壤表面和地下土壤的pH值降低，可能是因为长期的废水的作用可以添加一些有机酸和取代阳离子，从而导致pH值随时间的推移而降低。最初的酸性pH值(表2)表明，渗沥液在酸阶段很可能与之前的报告类似(Kjeldsen和1984年)。至于铵盐和COD，随着渗沥液的增加，浸出的浓度也增加了。可以推断，由于高浓度的COD和铵盐(表2)，渗沥液增加了土壤中铵的含量。有大量的研究关注垃圾填埋场渗沥液对土壤有机质和铵盐的影响。在西班牙的3个旧垃圾填埋场，对天然粘土壤进行了调查研究，与其他地方相比，水溶性有机碳和NH 4的含量明显高于其他地区（regadoh等，2012）。在马德里附近的15个旧垃圾填埋场中，从样本土壤中检测到高浓度的有机化合物，(Pastor和Hernandez,2012)。在短时间内(Syafalni等人，2012)中，铵盐和COD去除效率主要取决于非密封土壤的吸附能力。因此，越来越多的浸出的浸出剂和铵盐，可以合理地推断出是因为土壤吸附能力的饱和。

尽管进行了苜蓿的修复，但EC的值与渗沥液的含量有显著的相关性（r 0.956，plt;0.01）。在表2中其结果可能是由于盐离子浓度很高。渗沥液渗露或淋洗能够提高土壤导电性(Hernttndez et al., 1999; Kim et al., 2004). Wijesekara et al. (2014)。结果发现，在含盐的土壤中，含有丰富的溶盐的水浸液的含量为 3.2e31.4 mS/cm。一项尝试是由Yoon et al (Yoon and Park, 2002)进行的。采用锥度计，研究了渗沥液在不饱和土中对电阻率的影响，发现含多种离子的渗沥液的加入降低了电阻率。尽管一些学者已经证明了苜蓿有效地降低了植物提取的土壤盐分含量(Cao et al., 2012; Ni ~ nerola et al., 2017).本研究以非浸出条件为实验对象，因此，植物提取液还不足以去除高含量的盐离子。总的来说，尽管对苜蓿的推广是有效的，渗沥液污染不能完全消除。

3.2在不同的方法中，渗沥液对fv/fm的影响

fv/fm表示所有PSII反应中心开放时最大的光合效率（吴等人，2013）。fv/fm已被作为污染（Pan等，2011）和负面情况（Balaguer等，2002;徐et al .,2007)的指标。在图2中，fv/fm的时间变化与不同的渗沥液水平有不同的变化。在最初阶段，我们观察到20毫克剂量组的fv/fm略高于对照组，而40毫克剂量和60毫克剂量组的fv/fm显示的值低于对照组。高剂量组对fv/fm产生了负面影响，这似乎是由于垃圾填埋场渗沥液的毒性所致。在其他有关土壤污染的报告中也发现了类似的结果Peng et al (Hongyun Peng et al., 2013)研究了铜毒性对海州香薷的光合成生物物理学的影响，发现10纳米的铜并没有降低任何组织中fv/fm的值，但是fv/fm在20纳米时显著降低。这些可以推测，高剂量铜生产非功能性的天线复合物，发射不变的荧光，提高F0，从而降低Fv/Fm(Hongyun Peng et al., 2013).玉米的fv/fm在土壤中高浓度的苯乙烯压力下也明显受到抑制。(Pan et al., 2011).

此外，Aristilde et al.(2010)发现只在环丙沙星 10毫米组中，观察到Fv/Fm明显的下降，在较低的Cipro组中没有发现有统计学意义的变化。因此可以推断，高剂量的渗沥液在初始阶段可能会降低苜蓿的Fv/Fm，主要是由于根的生物毒性。

值得一提的是，从第24 d的培养过程中，所有浸出液处理组的Fv/ Fm均高于对照组，这可能表明长时间内浸出的不同剂量的浸出液对紫花苜蓿最大光化学效率有积极的影响。Peng et al (Hongyun Peng et al.， 2013)。

甚至在实验结束的时候由于铜的耐受性观察到Fv/Fm的恢复。在本实验中，这种现象可以归因于植物养分元素的耐受性和含量。虽然氨的毒性经常被报道，氨挥发和氧化可能在铵含量减少的过程中起着至关重要的作用(Zhang et al.， 2009)。

当铵离子浓度降低到适当的范围时，铵离子的正效应将发挥主导作用，而不是毒性效应。此外，紫花苜蓿被用于各种污染土壤的植物修复(Sun et al.， 2011;Zhang et al.， 2013)并具有显著的毒性耐受性。与此同时，苜蓿中的氮和磷可以被苜蓿作为营养物质吸收(Lavagnolo et al.， 2016)。因此，可以推断Fv/Fm是由毒性效应和营养促进的稳态引起的。3个不同组的Fv/Fm值的比较结果见表3。可见，20 ml- leachate处理组的Fv/Fm值明显高于对照组(p lt; 0.05)，而随着渗沥液用量的增加，刺激的影响越来越弱。毒性作用和营养促进的动态平衡可以解释所观察到的现象。对于Fv/Fm，营养促进是主要因素，苜蓿对垃圾渗沥液的耐受性较好。

3.3渗沥液污染对Pn的各种处理效果

Pn通常被消极条件抑制，如盐胁迫(Li et al.， 2010)和有机污染(Han et al.， 2016)。图3给出了不同渗沥液水平下Pn的tem- poral变化。结果表明，在20个ml-剂量组、40个ml-剂量组和对照组中均无显著差异。仅在60毫克的渗沥液治疗组中观察到Pn的复位。结果表明，渗沥液的抑制作用发生在高水平组。其他研究也报道了渗沥液的负面影响。据信，浸渗灌溉对菌根的形成有明显的抑制作用，可能是由于对浸出特性的负面影响(高导电性，特定离子的毒性和pH值的变化)(Pattinson等人，2000)。它可能会使大量的浸出液浓度达到60毫升，从而破坏苜蓿的根际，进一步减少Pn。

从30 d的培育过程中发现，即使用量较高，所有浸出液处理组的Pn值均略高于对照组，说明渗沥液对苜蓿的净光合速率有积极影响。结果表明，其毒性作用呈下降趋势，且其总通量呈阳性。经过42天的培养，浸出参数明显下降(数据未显示)。与Fv/Fm相似，渗沥液的营养供应(氮和磷)成为苜蓿的主要因素，而不是毒性作用。3个不同组的Pn值比较结果见表3。对照组、20 ml用量和40 ml剂量组无显著差异，60 ml剂量组的Pn值显著低于20 ml剂量组(p lt; 0.05)。Fv/Fm分析中没有观察到这种现象，可能表明Pn对渗沥液的敏感性较高。因此，当灌溉用量达到60 ml时，垃圾填埋场渗沥液会影响苜蓿的Pn，但在初始期后抑制效果会逐渐消失。

3.4光合作用对渗沥液的敏感性

统计分析被广泛应用于研究选定特征之间的相互关系。在本研究中，采用相关分析方法分析浸出参数(pH、EC、铵、COD)与光合成参数(Fv/Fm和Pn)之间的关系(表4)。结果表明，浸出参数与Fv/Fm之间没有明显的相关性。然而，大多数浸出参数(pH、铵和COD)都与Pn有显著的相关性。铵和COD、Pn显示负相关性(r -0.578和-0.580 rfrac14;frac14;,p lt; 0.01),但Pn和pH值之间观察正相关(r 0.530,p lt; 0.01)。至于pH值，酸性和碱性胁

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