BDE-47污染土壤微生物修復(fù)研究——以黑鈣土和黃棕壤為例.pdf

1、2，2'，4，4'-四溴聯(lián)苯醚（2，2'，4，4'-tetrabromodiphenyl ether，BDE-47）作為新型持久性有機(jī)污染物PBDEs(Polybrominated diphenyl ethers)的一種單體，在多種環(huán)境介質(zhì)及生物體中被檢出。BDE-47具有甲狀腺毒性、免疫毒性、神經(jīng)毒性和一定的致癌效應(yīng)。土壤作為BDE-47的最終歸宿之一，是BDE-47污染物的聚集地和釋放源。微生物作為土壤介質(zhì)中重要的生物組成成分，其行

2、為對(duì)于土壤中BDE-47的遷移轉(zhuǎn)化具有至關(guān)重要作用。微生物修復(fù)技術(shù)作為污染土壤主要修復(fù)技術(shù)之一，正備受廣大研究者青睞。
　　本研究選擇BDE-47為研究對(duì)象，將典型黑鈣土與黃棕壤作為背景土壤，充分模擬不同類型BDE-47污染土壤生態(tài)環(huán)境，分析BDE-47和降解菌4-1的添加對(duì)各模擬體系土壤特有微生物數(shù)量及群落結(jié)構(gòu)組成的影響，通過(guò)測(cè)定BDE-47含量變化來(lái)確定修復(fù)效果，選擇修復(fù)效果較好的土壤類型進(jìn)行固定化降解菌修復(fù)效果的研究，結(jié)合土

3、壤理化性質(zhì)、微生物數(shù)量及群落結(jié)構(gòu)，從而完成模擬BDE-47污染土壤的微生物（游離菌株和固定化菌株）修復(fù)效果的評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明:
　　(1)添加BDE-47和降解菌4-1對(duì)黃棕壤理化性質(zhì)影響較小，黃棕壤含水量、pH、有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷、總鉀的含量在各模擬體系中均呈現(xiàn)不顯著性差異。對(duì)于黑鈣土而言，BDE-47和降解菌的添加直接影響了土壤中總氮和總磷的含量，其中對(duì)總氮含量影響顯著。模擬前后對(duì)各體系中BDE-47含量測(cè)試分析發(fā)現(xiàn)，黑鈣土

4、中土著菌對(duì)于BDE-47幾乎無(wú)降解作用，降解菌株4-1的添加對(duì)于BDE-47的去除效果同樣不明顯;而黃棕壤中存在能夠降解BDE-47的土著菌，模擬90天，降解率為24.53％，降解菌4-1的添加增加了該體系內(nèi)BDE-47的降解，降解率為39.77％。
　　(2)黑鈣土模擬體系中，污染物BDE-47和降解菌的添加在對(duì)微生物數(shù)量影響顯著。通過(guò)高通量測(cè)試結(jié)果聚類分析發(fā)現(xiàn)降解菌4-1的添加對(duì)于黑鈣土中微生物群落結(jié)構(gòu)組成影響較大，對(duì)各模擬體

5、系中的Chao1、Ace、Shannon、 Simpson指數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，微生物物種總數(shù)隨著模擬的進(jìn)行呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，BDE-47和降解菌株的添加降低了黑鈣土中微生物的多樣性。黑鈣土中微生物群落結(jié)構(gòu)組分屬于28個(gè)門，57個(gè)綱，116個(gè)目，212個(gè)科，302個(gè)屬，酸桿菌門(Acidobacteria)、變形菌門(Proteobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)為黑鈣土優(yōu)勢(shì)菌門，BDE-47和降解菌的添加對(duì)黑鈣土中的酸桿

6、菌門(Acidobacteria)、綠彎菌門(Chloroflexi)、疣微菌門(Verrucomicrobia)具有促進(jìn)作用，對(duì)變形菌門(Proteobacteria)、硝化螺旋菌門(Nitrospirae)具有抑制作用。
　　(3)黃棕壤模擬體系中，BDE-47的添加在模擬前期抑制了微生物的數(shù)量，但隨著模擬的進(jìn)行，微生物數(shù)量增加趨勢(shì)明顯。通過(guò)高通量測(cè)試結(jié)果聚類分析發(fā)現(xiàn)BDE-47和降解菌4-1添加之初對(duì)微生物群落影響不大，模擬

7、過(guò)程中微生物群落結(jié)構(gòu)組成發(fā)生變化的主要原因。對(duì)各模擬體系多樣性進(jìn)行指數(shù)分析發(fā)現(xiàn)。各模擬體系中微生物物種總數(shù)隨著模擬的進(jìn)行呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但BDE-47和降解菌株的添加降低了黃棕壤中微生物的多樣性。黃棕壤中微生物的群落結(jié)構(gòu)組分屬于19個(gè)門，53個(gè)綱，116個(gè)目，226個(gè)科，348個(gè)屬，酸桿菌門(Acidobacteria)、變形菌門(Proteobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)為黃棕壤優(yōu)勢(shì)菌門，黃棕壤中微生物菌門

8、的相對(duì)豐度未隨著BDE-47和降解菌的添加呈現(xiàn)顯著變化，而模擬過(guò)程則是導(dǎo)致微生物菌門相對(duì)豐度變化的主要原因。
　　(4)黑鈣土和黃棕壤模擬修復(fù)過(guò)程中，相對(duì)豐度在1％以上的分類學(xué)上可查得門、綱、目、科、屬均與所測(cè)定的土壤理化性質(zhì)呈現(xiàn)較好的相關(guān)性。Actinobacteria門下的Micrococcales目Micrococcaceae科Agromyces屬和Arthrobacter屬以及Propionibacteriales目Noc

9、ardioidaceae科Nocardioides屬與土壤有機(jī)質(zhì)和總鉀含量均呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)。Proteobacteria門下的Deltaproteobacteria綱Myxococcales目Haliangiaceae科Haliangium屬以及Alphaproteobacteria綱Rhodospirillales目Rhodospirillales_Incertae_Sedis科Reyranella屬均呈現(xiàn)與含水量顯著負(fù)相關(guān)、與有機(jī)質(zhì)

10、含量正相關(guān)、與總磷含量負(fù)相關(guān)的一致性。
　　(5)將降解菌4-1固定后應(yīng)用于修復(fù)黃棕壤BDE-47污染體系試驗(yàn)過(guò)程，修復(fù)90天時(shí)模擬體系內(nèi)的BDE-47降解率為36.94％。固定化小球在模擬過(guò)程中對(duì)黃棕壤理化性質(zhì)具有影響，其中土壤pH、有機(jī)質(zhì)和總氮含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，總磷、總鉀的含量則呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。固定化菌株4-1添加初期對(duì)微生物數(shù)量變化影響不顯著，隨著模擬的進(jìn)行微生物數(shù)量呈現(xiàn)顯著增加的趨勢(shì)(p＜0.05)。修復(fù)過(guò)程中變形菌門(P