高環(huán)多環(huán)芳烴污染土壤的苜蓿-芽孢桿菌聯(lián)合修復(fù)研究.pdf

1、近年來，隨著工業(yè)化的快速發(fā)展以及居民生活水平的不斷提高，土壤承受了越來越多的來自企業(yè)和人類活動產(chǎn)生的廢水、廢渣和廢氣污染。土壤有機(jī)污染物多環(huán)芳烴(PAHs)，尤其高環(huán)芳烴(HMW-PAHs)，在土壤中具有較強(qiáng)的吸附性能，且具有致癌、致畸、致突變的“三致效應(yīng)”，目前已成為廣大學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。據(jù)全國土壤污染調(diào)查公報(bào)顯示，我國耕地土壤接近兩成左右檢測超標(biāo)，其中PAHs點(diǎn)位超標(biāo)率已達(dá)1.4％，土壤PAHs污染治理迫在眉睫。因此，本研究以河北省某

2、典型煤礦區(qū)HMW-PAHs污染的農(nóng)田土壤為研究對象，采用苜蓿以及前期篩選的PAHs高效降解菌M1作為修復(fù)手段，通過室內(nèi)搖瓶試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)對HMW-PAHs的修復(fù)效果及其修復(fù)機(jī)理展開研究，其主要研究結(jié)果如下:
　　1.通過搖瓶試驗(yàn)，研究了降解菌M1對無機(jī)鹽溶液中Pyr、BaA、Chry、BkF、BaP、DbA、BghiP和InP混合溶液的去除效果。結(jié)果表明，降解菌M1對8種HMW-PAHs均具有明顯的去除效果，去除率分別為37.90

3、％、66.46％、51.86％、60.57％、54.11％、70.21％、52.10％和74.08％，可證實(shí)該菌株對4-6環(huán)HMW-PAHs具有高效降解性。
　　2.通過盆栽試驗(yàn)，研究了降解菌M1、苜蓿與兩者組合不同修復(fù)方式對土壤8種HMW-PAHs的修復(fù)效果。結(jié)果表明，三種修復(fù)方式對HMW-PAHs老化污染土壤具有不同程度的修復(fù)效果，且對不同單體去除效果存在明顯差異。苜蓿單一處理對土壤中8種HMW-PAHs單體去除率范圍為15.

4、01％～36.96％，總量去除率為22.09％;M1菌劑單一處理對土壤8種HMW-PAHs單體的去除率范圍為17.66％～37.74％，總量去除率為25.41％;兩者組合處理對土壤種8種HMW-PAHs單體的去除率范圍為20.99％～45.01％，總量去除率為27.24％，其中對DbA的修復(fù)效果顯著高于兩者單一處理，對BkF的修復(fù)效果明顯優(yōu)于苜蓿處理。
　　3.結(jié)合前人對PAHs形態(tài)分類的研究結(jié)果和土培試驗(yàn)實(shí)證研究，探索改進(jìn)了現(xiàn)行

5、的PAHs形態(tài)分類模式。結(jié)果表明，現(xiàn)行的土壤HMW-PAHs形態(tài)分類是利用連續(xù)提取法將測定的形態(tài)含量分為三類:可脫附態(tài)、有機(jī)溶劑提取態(tài)和結(jié)合態(tài);而在前人研究的形態(tài)結(jié)果中發(fā)現(xiàn)提取的三類形態(tài)之和與添加全量并不相符，有部分HMW-PAHs尚未被充分提取及分類命名。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該部分形態(tài)占全量比例為9.54％～34.12％。本次試驗(yàn)再次證實(shí)了該方法提取后土壤中確有未被有效提取的PAHs形態(tài)存在，占比為28.71％～58.17％，因其難提取的特點(diǎn)，將

6、此部分形態(tài)命名為鎖定態(tài)。由此，本研究將現(xiàn)行的土壤PAHs形態(tài)由三類形態(tài)修改為四類形態(tài)，即可脫附態(tài)、有機(jī)溶劑提取態(tài)、結(jié)合態(tài)和鎖定態(tài)，其中鎖定態(tài)的含量為國標(biāo)法測定的PAHs全量與三種形態(tài)總和之差值。
　　4.通過盆栽試驗(yàn)，研究了M1、苜蓿與兩者組合不同處理下土壤8種HMW-PAHs不同形態(tài)的變化特征，以揭示不同處理去除PAHs形態(tài)的機(jī)制。在所有處理中，8種PAHs主要以鎖定態(tài)和有機(jī)溶劑提取態(tài)為主，其余形態(tài)含量甚微或檢測不到。從具有生物

7、有效性的有機(jī)溶劑提取態(tài)含量看，M1、A、AM1三個處理中土壤HMW-PAHs有機(jī)溶劑提取態(tài)含量均比對照明顯降低，且含M1的處理降低幅度大多高于A處理，而不同單體在處理之間有較大差異。其中，Pyr、BaA、Chry有機(jī)溶劑提取態(tài)在M1處理下降低最明顯，BkF、BaP、DbA、BghiP和InP有機(jī)溶劑提取態(tài)在AM1處理下降低最突出。有機(jī)溶劑提取態(tài)減少量占比能夠明確地解釋與去除率的相關(guān)性，充分說明了在老化污染土壤中有機(jī)溶劑提取態(tài)是M1降解P

8、AHs的一個重要形態(tài)。
　　5.通過高通量測序技術(shù)手段，研究了不同處理土壤微生物多樣性的差異性及酶活性變化規(guī)律，以揭示不同處理去除PAHs的生物機(jī)制。結(jié)果表明，M1、苜蓿以及兩者組合處理均不同程度地改變了土壤微生物多樣性。兩者組合作用下的Shannon指數(shù)多樣性大于各單一作用處理;在AM1處理中芽孢桿菌屬具有明顯優(yōu)勢，在M1處理中酸桿菌屬和芽單胞菌屬存在明顯優(yōu)勢，A處理中線狀桿菌呈現(xiàn)明顯優(yōu)勢，這三種修復(fù)方式之間存在的微生物種群的差

9、異性與土壤PAHs不同單體在不同處理下去除率的明顯差異性有一定的關(guān)聯(lián)。同時，不同處理土壤中酶活性變化也呈現(xiàn)出了不同的趨勢，尤其三個處理下的多酚氧化酶活性與對照CK相比明顯下降，可能與PAHs降解有關(guān)。
　　綜上，本研究證實(shí)了M1菌株在無機(jī)鹽溶液中對4-6環(huán)HMW-PAHs的高效降解性能;探明了降解菌M1、苜蓿與兩者組合不同修復(fù)方式在煤礦區(qū)老化污染土壤介質(zhì)中對8種HMW-PAHs的修復(fù)效果;進(jìn)一步對土壤PAHs形態(tài)分類進(jìn)行了改進(jìn)，進(jìn)