二氧化碳浓度升高对蔬菜吸收、降解DDT的影响及其健康风险评价

论文摘要

作为一种农药同时也是持久性有机污染物之一的DDT,尽管已经停用多年,但其在环境中仍有不同水平的残留。环境中的DDT能通过食物链进入生物体,在污染土壤上生长的作物吸收和积累DDT后,会影响其正常的生长和发育。全球C02浓度升高已成趋势,CO2作为植物光合作用的底物,其浓度的改变对作物的生长发育以及抗逆性有重要影响。因此筛选在DDT污染土壤适合种植的蔬菜品种,研究C02浓度升高对其生长以及吸收积累DDT的影响,对提高农产品安全,减少DDT对人体健康的风险具有十分重要的意义。本研究用两种芥菜（Brassica juncea）、4种小白菜（Brassica rapa L.Chinensis Group.）和两种大白菜（Brassica rapa pekinensis）共8种蔬菜作为受试作物,通过盆栽试验考察了不同品种蔬菜吸收积累DDT的差异,筛选出DDT污染土壤中生长良好且DDT含量低的蔬菜品种,再通过采用开顶式气室装置（Open-top Chamber,OTC）以及气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）等先进的检测手段,进一步研究CO：浓度升高条件下不同植物的生长、有关生理生化反应以及对DDT的吸收积累规律及其风险评价。主要得出以下结论：1.应用土培试验研究不同蔬菜品种对DDT污染的响应,结果显示DDT污染对青梗小白菜的生长和产量略有促进作用,对两种大白菜以及小白菜品种紫冠1号和苏州青生长略有抑制,而对两种芥菜几乎没有影响。不同品种蔬菜对DDT的吸收和转运能力不同：8种蔬菜地上部和地下部对土壤中DDT的吸收能力分别为早熟五号大白菜（B.coz）>青梗小白菜（B.cq）>金丝芥（B.jm）>紫冠1号小白菜（B.cz）>大叶荆芥（B.jf）>华冠1号小白菜（B.bchg）>大白菜春大王（B.coc）>苏州青小白菜（B.cs）；金丝芥>春大王>大叶荆芥>紫冠1号>青梗小白菜>早熟五号>苏州青>华冠1号。但总体来说,8种蔬菜对DDT的积累都不高。种植蔬菜能加速土壤中DDT的降解,种植后DDT的土壤残留情况为金丝芥<早熟五号<青梗小白菜<苏州青<紫冠1号<华冠1号<大叶荆芥<春大王。8种含DDTs蔬菜对正常的人体健康（非致癌）影响很小,但对人体潜在的致癌风险都比较大,芥菜类、小白菜类和大白菜类蔬菜中潜在致癌风险相对较小的分别是大叶荆芥、苏州青和春大王。2.DDT抑制了大叶荆芥、苏州青和春大王生物量的增长,同时对这3种植物根系各指标（根长、表面积、体积和根尖数等）的影响表现出随DDT浓度增加先促进后抑制的趋势。CO2浓度升高缓解了DDT污染对这些指标的抑制作用,这一作用对大叶荆芥最为明显。并且CO2浓度升高对DDT污染条件下植物生长和生物量的促进作用与植物体叶绿素水平和光合作用的增强相关。CO2浓度升高/DDT污染条件下,大叶荆芥和春大王体内丙二醛（MDA）含量降低,而三种蔬菜的超氧化物歧化酶（SOD）活性没有变化。3.CO2浓度升高时,植物地上部和地下部DDT含量在不同DDT处理浓度下的响应不同。在低浓度（0.5 mg kg-1）DDT处理土壤中,CO2浓度升高对三种蔬菜地下部DDT含量的影响不大,而对地上部DDT含量的变化则分别是大叶荆芥降低15%、小白菜降低了28%、大白菜升高12%。CO2升高条件下,高浓度（5mg kg-1）DDT处理土壤中,三种蔬菜地上部和地下部的DDT含量呈升高趋势,其中地上部分别升高了71%、15.3%和14%,地下部分别为72%、23%和26%；在2.5mg kg-1 DDT处理土壤中,CO2浓度升高时大叶荆芥地上部DDT含量增加仅为2%,而其地下部DDT含量增高幅度达到58%,小白菜地上部和地下部中DDT含量变化分别为-14%和25%,大白菜地上部和地下部DDT含量的增量则分别是36%和8%。4.无论是正常还是CO2浓度升高条件下,随着DDT浓度增加,食用含DDT蔬菜的日均暴露量（ADE）以及非致癌风险值和致癌风险值也都相应增大。CO2浓度增加时,ADE值和非致癌危害指数以及致癌危害指数都较正常CO2浓度时有所提高,尤其是高污染条件下（5mgkg-1）,其对大叶荆芥影响最大,增幅为125%左右,对春大王影响最小,约为15%。上述结果表明,蔬菜对污染土壤中的DDT吸收较少,且主要集中在地下部；CO2浓度升高增加了DDT污染条件下大叶荆芥、苏州青和春大王的生物量和DDT的积累量,并提高了DDT的日均暴露量和危害指数,改变了植物的水分利用效率和叶片叶绿素含量,增强了植物的净光合作用速率,促进了植物根系的生长。CO2浓度升高条件下,植物生物量和DDT的积累量增加,对提高DDT等有机污染土壤的植物修复效率以及植物修复技术的发展具有重要的意义。但另一方面,CO：浓度升高条件下增加了食用DDT污染土壤中生长的蔬菜的风险,对当今全球CO2浓度升高这一大背景下农产品品质安全构成威胁。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 英文缩略词
• 第1章 文献综述
• 1 前言
• 2 有机氯农药DDT污染及研究现状
• 2.1 有机氯农药DDT的使用及其环境效应
• 2.2 DDT在我国的使用及其在土壤和农产品中的残留
• 2.3 DDT在作物体内的富集与迁移
• 3 大气二氧化碳浓度升高对植物的影响
• 3.1 大气CO2浓度升高对植物生长的影响
• 3.2 大气CO2浓度升高对土壤根际微生态系统的影响
• 3.3 大气CO2浓度升高对植物抗逆性的影响
• 第2章 选题依据和研究内容
• 1 选题依据
• 2 研究内容
• 3 技术路线
• 第3章 不同品种蔬菜对DDT的吸收、降解差异及健康风险评价
• 1 前言
• 2 材料和方法
• 2.1 供试土样及制备
• 2.2 供试蔬菜
• 2.3 试验管理与样品采集
• 2.4 实验指标测定
• 2.5 BCF和TF值计算
• 2.6 健康风险计算
• 2.7 数据统计分析方法
• 3 结果与分析
• 3.1 植物生长情况
• 3.2 植物体内DDT含量
• 3.3 食用各品种蔬菜的健康风险
• 3.4 土壤中DDT残留及蔬菜对土壤中DDT的去除效果
• 4 讨论
• 4.1 DDT污染对不同品种蔬菜生长的影响
• 4.2 不同蔬菜品种对DDT的吸收积累差异
• 4.3 DDT污染农田蔬菜种植的安全性
• 4.4 蔬菜种植对污染土壤中DDT的去除效果
• 5 小结
• 第4章 二氧化碳浓度升高条件下不同品种蔬菜对土壤DDT污染胁迫的反应
• 1 前言
• 2 材料和方法
• 2.1 供试土样及制备
• 2.2 供试植物
• 2.3 试验管理与样品采集
• 2.4 实验指标测定
• 2.5 数据统计分析
• 3 结果与分析
• 3.1 植物生长情况
• 3.2 根系形态
• 3.3 光合作用
• 3.4 MDA含量和SOD活性
• 4 讨论
• 4.1 CO2浓度升高对DDT污染条件下植物生长和耐性系数的影响
• 4.2 CO2浓度升高对DDT污染条件下植物根系的影响
• 4.3 CO2浓度升高对DDT污染条件下植物光合作用的影响
• 4.4 CO2浓度升高对DDT污染条件下植物抗氧化系统的影响
• 5 小结
• 第5章 二氧化碳浓度升高对蔬菜吸收和累积DDT的影响及其健康风险评价
• 1 前言
• 2 材料和方法
• 2.1 供试土样及制备
• 2.2 盆栽试验管理
• 2.3 实验指标测定
• 2.4 BCF和TF值计算
• 2.5 健康风险计算
• 2.6 数据统计分析
• 3 结果与分析
• 3.1 蔬菜地上部和地下部中DDT的含量
• 3.2 蔬菜地上部和地下部对DDT的总吸收量
• 3.3 人体DDT日平均暴露量与健康风险分析
• 4 讨论
• 4.1 CO2浓度升高对不同品种的蔬菜吸收和积累DDT的影响
• 4.2 CO2浓度升高对DDT污染农田蔬菜种植安全性的影响
• 5 小结
• 第六章 结论与展望
• 1 主要研究结论
• 2 展望
• 参考文献
• 致谢