土壤中DDT和DDE的生物強(qiáng)化降解及對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響.pdf

1、DDT是22種持久性污染物之一，其在土壤環(huán)境中的殘留濃度依然居高不下，有關(guān)DDT殘留及其風(fēng)險(xiǎn)一直是研究關(guān)注的熱點(diǎn)之一，2008年我國(guó)環(huán)保部將DDT列入第一批“高污染、高環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)”產(chǎn)品名錄。如何快速消除農(nóng)田土壤中的殘留DDTs，是保障農(nóng)產(chǎn)品安全和人體健康的重要問(wèn)題。消除土壤中DDTs等有機(jī)污染物的有效方法通常是基于微生物降解作用的生物修復(fù)。本實(shí)驗(yàn)室采用富集培養(yǎng)法和直接培養(yǎng)法從農(nóng)藥廠的污水、污泥樣品中獲得數(shù)株降解細(xì)菌，通過(guò)對(duì)其降解產(chǎn)物的研究

2、發(fā)現(xiàn)，菌株KK只能把p，p'-DDT降解為p，p'-DDE，麗不能進(jìn)一步降解;而部分菌株能將DDT降解為DDE，但是DDE仍然為具有毒性的環(huán)境內(nèi)分泌干擾物，所以篩選到能降解DDE的菌株是本試驗(yàn)的目的，通過(guò)初步研究，確定DXZ9對(duì)培養(yǎng)液中p，p'-DDT和p，p'-DDE的降解能力分別為55.0％和39.88％。本論文在已有研究工作基礎(chǔ)上，選用菌株DXZ9進(jìn)行下一步研究，主要研究?jī)?nèi)容包括三個(gè)方面:菌株DXZ9在培養(yǎng)液中對(duì)p，p'-DDT和

3、p，p'-DDE降解機(jī)理的研究;室內(nèi)模擬研究了菌株DXZ9對(duì)土壤中p，p'-DDT和p，p'-DDE的降解能力;利用盆栽試驗(yàn)方法研究了菌株DXZ9與黑麥草對(duì)土壤中p，p'-DDT和p，p'-DDE的聯(lián)合生物降解，主要研究結(jié)果如下:
　　 1.明確菌株對(duì)DDT的降解途徑。本研究采用了兩種有機(jī)溶劑提取方法提取降解產(chǎn)物，一種方法采用非極性溶劑苯進(jìn)行提取，另外采用混合溶劑正己烷和乙酸乙酯提取。推斷出菌株對(duì)p，p'-DDT的降解途徑可能為

4、:p，p'-DDT先降解為p，p'-DDE和p,p-DDD，然后生成中間產(chǎn)物9-Methylidenefluorene，最后可能分解為1，2-benzenedicarboxylic Acid,2,6-bis(1,1-dimethylethyl)-4-methyl-phenol,2-benzenedicarboxic Acid, Dodecanoic Acid和2,6-bis(1,1-dimethylethyl)-4-methyl-phe

5、nol。
　　 2.建立了適合本試驗(yàn)的有機(jī)氯農(nóng)藥殘留測(cè)定方法。在該測(cè)定條件下:OV-1701(30m×0.25mm(ID)×0.25μm）;Col:150℃（保持1min）→以4℃/min升到240(保持5min)，以1.5℃/min升到270℃（保持5 min），進(jìn)樣口:250℃;DET(ECD):300℃;尾吹85KPa;載氣80KPa。土壤樣品中10種有機(jī)氯農(nóng)藥的色譜峰分離比較好，無(wú)明顯的雜質(zhì)干擾，說(shuō)明選用的測(cè)定條件和樣品

6、的前處理方法比較適合土壤中這10種農(nóng)藥的殘留測(cè)定，在該測(cè)定條件下10種有機(jī)氯農(nóng)藥的儀器最小檢測(cè)量為10-12～10-13g，方法的最小檢測(cè)濃度在10-2～10-3 mg·kg-1之間，靈敏度很高。六六六的四種異構(gòu)體和DDT的四種異構(gòu)體在土壤中的添加回收率范圍在90.90％-104.4％之間，變異系數(shù)小于8.93％，完全符合農(nóng)藥殘留分析方法要求。
　　 3.采用室內(nèi)培養(yǎng)研究方法研究了菌株對(duì)土壤中DDT和DDE的降解作用，研究結(jié)果表

7、明接種降解菌株能明顯縮短DDTs在土壤環(huán)境中的降解半衰期。p，p'-DDT、p，p'-DDE和DDTs降解動(dòng)態(tài)采用雙室降解模型進(jìn)行表示，由模型計(jì)算p，p'-DDT、p，p'-DDE和DDTs在自然土壤的T1/2分別為420天、1203天和532天，添加降解菌株后T1/2分別減少為42.5天、642天和221天，添加降解菌株能明顯縮短p，p'-DDT、p，p'-DDE和DDTs在土壤環(huán)境中的降解半衰期。p，p'-DDT在第150天時(shí)，接種

8、菌株處理和不接種菌株處理殘留濃度分別為1.38 mg(.)kg-1和2.06 mg(.)kg-1，降解率分別為55.3％和33.3％;p，p'-DDE在第150天時(shí)，接種菌株處理和不接種菌株處理殘留濃度分別降為1.19mg(.)kg-1和1.43 mg(.)kg-1，降解率分別為37.0％和24.3％;到試驗(yàn)的第150天，DDTs土壤中殘留濃度分別降低為2.67 mg(.)kg-1和3.60 mg(.)kg-1，降解率分別為45.2％和

9、29.3％。
　　 4.在盆栽試驗(yàn)中，利用DGGE明確了菌株在土壤中的定殖狀況。黑麥草和菌株聯(lián)合修復(fù)過(guò)程中菌株的定殖狀況采用DGGE電泳圖譜的條帶進(jìn)行評(píng)價(jià)，DXZ9菌株在30天之內(nèi)的處理土壤中優(yōu)勢(shì)較明顯，條帶比210天的目標(biāo)條帶清晰，說(shuō)明菌株DXZ9在試驗(yàn)的初期能成為優(yōu)勢(shì)菌群的一種，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，菌株DXZ9優(yōu)勢(shì)度逐漸減弱。
　　 5.利用盆栽試驗(yàn)方法，得出聯(lián)合修復(fù)處理效果最好，且菌株的作用大于黑麥草的作用，采用植物和

10、微生物的聯(lián)合修復(fù)能顯著縮短DDTs在土壤環(huán)境中的降解半衰期。研究表明不同處理下土壤中p，p'-DDT和p，p'-DDE及DDTs的殘留濃度變化差異很大，均表現(xiàn)為前期降解較快后期降解較慢的特點(diǎn)，根據(jù)降解率評(píng)價(jià)其降解效果看，S+G+D+B處理效果最好，對(duì)土壤中農(nóng)藥的降解率最高，p，p'-DDT和p，p'-DDE及DDTs降解率分別為80.7％、54.5％和69％; S+D+B處理也非常好，降解率分別為77.1％、52.4％和65.5％; S

11、+G+D處理降解效果較好，降解率分別為72.2％、48.4％和60.8％;均比S+D處理即僅靠土著微生物降解效果要好，其降解率為30.0％、30.9％和28.8％。p，p'-DDT在S+G+D+B、S+D+B、S+G+D和S+D處理中的T1/2分別為48.0、58.5、75.5和1055天，p，p'-DDE在四個(gè)不同處理中的T1/2分別為162.5、229、235和745天，DDTs在四個(gè)不同處理中的T1/2分別為71.8、86.5、1

12、14.8和1095天。通過(guò)比較不同處理土壤中農(nóng)藥的降解半衰期，由于接種菌株和種植黑麥草的強(qiáng)化降解作用，顯著降低了土壤中的農(nóng)藥濃度。
　　 6.利用植物和微生物的聯(lián)合修復(fù)能夠顯著減少DDTs污染土壤的毒性。土壤中p，p'-DDT和p，p'-DDE降解前后對(duì)生物的遺傳毒性采用對(duì)赤子愛(ài)勝蚓體腔細(xì)胞DNA損傷程度這個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，S+D處理對(duì)蚯蚓DNA損傷程度最大，S+G+D+B處理對(duì)蚯蚓DNA損傷程度最小，S+G+D處理對(duì)蚯蚓DNA損

13、傷程度略大于S+D+B處理，說(shuō)明接種降解菌株和植種黑麥草能顯著降低土壤中污染物的毒性，結(jié)合前面的殘留濃度發(fā)現(xiàn)，表現(xiàn)毒性小的處理土壤中p，p'-DDT和p，p'-DDE殘留濃度亦小。210天時(shí)，S+G+D+B、S+D+B、S+G+D處理和S+D相比，土壤中污染物對(duì)生物的遺傳毒性分別降低了58.1％、52％、36.9％，可見(jiàn)，利用植物和微生物的修復(fù)能夠明顯減少p，p'-DDT和p，p'-DDE污染土壤的毒性。
　　 7.明確了修復(fù)過(guò)