植物根系吸收疏水性有机污染物的数学模型构建：以多环芳烃为例

摘要

多环芳烃（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs）是一类具有强“三致”效应的疏水性的有机污染物。PAHs的植物吸收及污染土壤的修复已成为环境领域的研究热点。利用数学语言构建植物吸收模型可以有效预测有机污染物的环境风险和准确评价农作物的污染风险，但迄今还未见包含主动过程的植物吸收有机污染物的预测模型。为此，本文在已有研究的基础上，引入主动吸收过程，利用微分方程建立了包含主动吸收的机制型动态预测模型;通过实验探讨了主动吸收动力学参数的影响因子;运用数学软件确立了小麦吸收菲的主动吸收系数并对模型预测结果进行了全面的分析;最后初步应用模型预测了大蒜根系菲的吸收过程。论文取得的主要结果如下:
　　(1)基于植物根系对有机污染物的主、被动吸收，同时考虑有机污染物向地上部分转运、植物的生长和代谢稀释过程，建立了疏水性有机污染物植物根系吸收的机制型模型。模型分析表明，植物种类、污染物种类和外界环境是影响植物吸收有机污染物的三大主要因素。
　　(2)水培试验结果表明，温度、pH、苗龄可以影响模型主动吸收参数。在15～30℃范围内，小麦根系菲吸收的Km（米氏常数）、Vmax（最大吸收速率）随着温度的升高而变大;在pH=3.00时，Km值最小，在pH=5.50时，Vmax最大;7d苗龄的小麦根系动力学参数最大。而地上部分对根系动力学参数影响不显著。
　　(3)对模型与实验数据拟合得到小麦根系吸收菲的主动系数约为0.68。对比发现，1stOpt数据拟合过程中的运算性能优于MATLAB;新模型预测结果明显优于Trapp的动态模型。在MATLAB中改变设置时间t，可以得到小麦根系菲浓度在更长时间的变化情况。MATLAB的运算结果表明，在一次菲处理40h左右小麦根系菲浓度达到最大值，此后根系浓度会持续降低。
　　(4)新模型预测大蒜根系吸收菲的结果要小于实验数据，但趋势相同且在同一数量级，已达到预期效果，但还有待进一步完善。
　　因此，所建立的机制模型能够进行植物根系疏水性有机污染物吸收过程的预测。该模型对有机污染物的风险评估及植物修复等实践应用具有重要理论与现实意义。

目录

声明

摘要

第一章 植物吸收有机污染物模型研究进展

1．1 引言

1．2 植物吸收有机污染物的途径

1．2．1 根吸收

1．2．2 叶片吸收

1．3 植物根系吸收有机污染物模型

1．3．1 经验模型

1．3．2 三室质量平衡模型

1．3．3 回归模型

1．3．4 限制分配模型

1．3．5 动态模型

1．4 本研究的目的和内容

参考文献

第二章 植物根系吸收疏水性有机污染物新模型的建立

2．1 模型假设与机理

2．1．1 模型基本假设

2．1．2 模型机制图

2．1．3 模型机理

2．2 模型分析

2．2．1 模型主、被动吸收系数简单模式图分析

2．2．2 模型影响因子分析

2．3 本章小结

参考文献

第三章 小麦根系菲主动吸收参数的变化

3．1 材料与方法

3．1．1 供试材料

3．1．2 试验设计

3．1．3 数据统计分析

3．2 结果与讨论

3．2．1 不同温度条件下小麦根系菲吸收的动力学参数变化

3．2．2 不同pH条件下小麦根系菲吸收的动力学参数变化

3．2．3 不同苗龄小麦根系菲吸收动力学参数的变化

3．2．4 小麦离体根和活体根菲吸收的动力学比较

3．3 本章小结

参考文献

第四章 小麦根系对菲吸收过程的模型验证与分析

4．1 模型表述

4．2 试验部分

4．2．1 供试材料

4．2．2 培养方法

4．2．3 测定方法

4．2．4 数据统计分析

4．3 参数获取

4．3．1 试验结果分析

4．3．2 模型参数表

4．4．1 模型拟合与运算

4．4．2 模型预测结果的比较分析

4．4．3 本模型与Stepen Trapp动态模型结果比较(在MATLAB中运行)

4．5 本章小结

参考文献

第五章 模型初步应用实例(以大蒜为例)

5．1 试验设计与参数获取

5．1．1 试验设计

5．1．2 参数获取

5．2 模型运算与分析

5．3 本章小结

参考文献

全文结论

论文创新点

论文展望

攻读硕士学位期间发表的学术论文目录

致谢