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本论文以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)基聚合物为研究材料,利用高等陆生植物和土壤动物作为研究对象,通过短期的种子发芽试验,中、长期的作物生长试验以及动物急性、慢性毒性试验,考察PBS基聚合物在实际生物降解过程中的降解中间体、降解产物、降解残余物对植物、土壤动物的影响。通过以上生态毒性方面的试验,本研究得到的结论如下:
(1)通过短期的生菜、青菜、玉米、冬小麦种子发芽试验可知,土壤中聚合物PBS粉末质量分数(ω)为0.022%、0.22%、2.2%处理时生菜、青菜、玉米种子的发芽势、种子活力指数均具有激活效应,与对照组相比,聚合物PBS处理显示出对种子发芽有一定的促进作用。就植物最敏感的根部而言,聚合物处理组的小麦根长大于对照(CK)组的,对根系生长具有促进作用。并且较低含量的聚合物更有利于种子发芽。
(2)温室盆栽生菜、青菜实验结果显示,相对于CK组,盆栽土壤中均匀混入不同含量的PBS后,生菜的各个生长指标良好,但是与CK组之间没有达到5%的显著性差异水平,而青菜的各个生长指标与CK组之间达到了5%显著差异水平。
(3)通过对均聚物PBS、共聚物PBS-co-HS、PBS-co-BA降解过程中的数均分子量(Mn)和多分散系数(PDI=Mw/Mn)变化的综合分析、质量损失率的比较、膜表面形态的变化以及残膜红外吸收光谱图的分析可知,改性共聚物PBS-co-HS、PBS-co-BA在室外盆栽冬小麦的陕西塿土中显示出比PBS更好的生物降解性能。
聚合物降解过程中的降解中间体以及降解产物、残余物对冬小麦生长有不同的影响。PBS和PBS-co-HS处理的土壤中冬小麦生长在前期(生长66天)表现出促进作用;PBS-co-BA处理组的冬小麦株高、生物量与CK组相比没有差异性。
水溶性降解产物的土壤浸提液刺激种子发芽结果显示,土壤中的聚合物处理不影响冬小麦、生菜的种子发芽,有可能利于后期幼苗生长,而前期存在的个别抑制作用在后期会消失,抑制作用只是暂时性的。
(4)滤纸接触法急性毒性试验中,二元酸类对赤子爱胜蚓的LC50大于二元醇类(均大于3400mg·L-1):AA>SA>1,6-HDO>1,4-BDO;三种复合污染对赤子爱胜蚓的毒性大小顺序为:AA,SA,1,4-BDO>SA,1,4-BDO>SA,1,4-BDO,1,6-HDO;模拟的降解产物二元酸、二元醇及其复合体对赤子爱胜蚓的毒性较小,不影响其生长。
自然土壤急性毒性实验结果显示,在含有不同分子量、不同质量分数的PBS基聚合物土壤中,赤子爱胜蚓的体重呈增加趋势。人工土壤急性毒性实验结果显示,高、低分子共聚物对蚯蚓的体重增长起促进作用;随聚合物含量的增大促进作用逐渐增强。
(5)自然土壤慢性毒性实验结果显示,相对于CK组,Mn为2.7×104的PBS处理组赤子爱胜蚓生长最好;Mn为3.2×104聚合物PBS对赤子爱胜蚓生长有一定的抑制作用。
人工土壤慢性毒性实验结果显示,相对于CK组,在混有聚合物PBS的人工土壤中经过42天的培养后蚯蚓体重是增重状态。培养28、42天后,Mn为3.2×104的聚合物PBS处理组,体重增重率最好。