多環(huán)芳烴污染農(nóng)田土壤原位生物修復(fù)技術(shù)研究.pdf

1、污水灌溉及各種其他外源輸入是導(dǎo)致我國局部地區(qū)農(nóng)田土壤多環(huán)芳烴(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs)累積含量高的主要原因。PAHs具有致癌、致畸、致突變性，在土壤環(huán)境中持久存在，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到農(nóng)田生態(tài)安全和人群健康。近十年來，利用生物凈化技術(shù)修復(fù)PAHs污染農(nóng)田土壤受到學(xué)界高度關(guān)注，生物修復(fù)技術(shù)研究已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室探索進(jìn)入到原位（in-situ）實(shí)驗(yàn)層面，但迄今為止，尚未形成在不影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)前提下的原位

2、生物修復(fù)(in-situbioremediation)技術(shù)體系，尤其缺少在自然環(huán)境中如何強(qiáng)化功能微生物、植物作用的系統(tǒng)研究成果。本文圍繞PAHs污染農(nóng)田土壤原位生物修復(fù)問題，采用室內(nèi)模擬和田間試驗(yàn)相結(jié)合的方法，系統(tǒng)研究了微生物降解、植物活化—吸收、植物—微生物聯(lián)合修復(fù)的作用效果及機(jī)制，通過原位修復(fù)實(shí)驗(yàn)，集成了相關(guān)調(diào)控措施，初步形成了一套低成本、綠色生態(tài)的PAHs污染農(nóng)田土壤原位生物修復(fù)技術(shù)方法。論文主要工作和研究成果如下:
　　一

3、、研究了固定化微生物菌劑對(duì)非流體介質(zhì)土壤中PAHs的降解效果，初步提出了固定化菌劑的施用方法、營(yíng)養(yǎng)調(diào)控措施，為大規(guī)模原位修復(fù)奠定了基礎(chǔ)。首先，將經(jīng)富集、篩選獲得的土著混合菌制成吸附式固定化菌劑，通過室內(nèi)試驗(yàn)，考察了其對(duì)芘和苯并[a]芘的降解效果，結(jié)果表明:在滅菌土壤中，固定化菌劑比游離微生物對(duì)稠環(huán)芳烴的降解能力好，表明了固定化菌劑對(duì)PAHs持續(xù)降解的能力，其中，固定化混合微生物效果最好，固定化真菌次之，固定化細(xì)菌較差;隨后，在自然條件下

4、，由于固定化菌劑在一定程度上避免了與土著菌群之間的競(jìng)爭(zhēng)，在自然土壤中具有良好的適應(yīng)性，在適宜的營(yíng)養(yǎng)條件下，固定化菌劑的自然活性可維持相對(duì)較長(zhǎng)周期，對(duì)土壤中多年老化PAHs降解率可達(dá)39.97％，對(duì)芘和苯并(a)芘的降解率可達(dá)45.73％和31.93％;試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，不同環(huán)數(shù)PAHs的去除率與苯環(huán)數(shù)及PAHs分子量高低存在顯著的正相關(guān)性(P＜0.0.5)。
　　二、研究了具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的多種功能植物對(duì)土壤中PAHs的活化、吸收和根際復(fù)合

5、作用，通過盆栽實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，篩選獲得了優(yōu)勢(shì)功能植物，為建立微生物—植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)提供了可能。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):雖然植物對(duì)PAHs的直接吸收量較少，但是由于根際區(qū)域形成了有利于老化PAHs活化的特殊微環(huán)境，適合優(yōu)勢(shì)微生物以PAHs為主要底物繁殖生長(zhǎng)，因此對(duì)土壤中PAHs去除具有多重貢獻(xiàn)。利用盆栽試驗(yàn)，考察了供試六種植物對(duì)土壤中PAHs的平均修復(fù)能力，其修復(fù)能力的排序?yàn)?黑麥草＞苜蓿＞大豆≈三葉草＞萬壽菊≈蓖麻;利用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，進(jìn)一步證實(shí)了上述室

6、內(nèi)試驗(yàn)結(jié)論，同時(shí)發(fā)現(xiàn):在兩種不同污染程度土壤中，黑麥草和苜蓿對(duì)PAHs的修復(fù)率分別為26.38％、23.54％和23.50％和19.65％。
　　三、初步提出了優(yōu)勢(shì)微生物與功能植物的配伍方法，建立了基于PAHs高效降解菌劑和苜蓿、黑麥草的微生物—植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，通過室內(nèi)試驗(yàn)，優(yōu)化了上述聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的工藝參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明:在一個(gè)植物生長(zhǎng)季內(nèi)，微生物—植物聯(lián)合修復(fù)對(duì)土壤中PAHs的去除率可達(dá)37.57％～41.30％，優(yōu)于植物修復(fù)

7、(18.72％～20.15％)和固定化微生物修復(fù)(16.05％～17.34％)單獨(dú)使用情形;聯(lián)合修復(fù)對(duì)5-6環(huán)PAHs去除效果可達(dá)18.07％～21.68％，已經(jīng)滿足現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的基本要求;在固定化菌劑用量為3％（質(zhì)量百分比）條件下，植物—微生物聯(lián)合修復(fù)達(dá)到最佳，進(jìn)一步增加菌劑施量，PAHs去除率無顯著提高。深入研究表明:茵根真菌是PAHs污染土壤修復(fù)的有效生物強(qiáng)化措施，可大幅度提高稠環(huán)芳烴去除率;植物和微生物聯(lián)合使用可以改善表層土壤微環(huán)境

8、，提高土壤微生物數(shù)量等級(jí)，土壤脫氫酶活性與土壤微生物總量相關(guān)性極顯著，多酚氧化酶和脫氫酶可以作為指示修復(fù)程度微觀指標(biāo)。
　　四、選擇多年旱田和水改旱田兩類農(nóng)田土壤，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)原位修復(fù)研究，初步建立了適用于北方PAHs污染農(nóng)田土壤原位生物修復(fù)技術(shù)模式，提出了工藝流程框架和修復(fù)工程設(shè)計(jì)方法，為建立PAHs污染農(nóng)田土壤原位微生物—植物修復(fù)技術(shù)規(guī)范提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在原位修復(fù)研究中，集成各種農(nóng)藝措施，包括:翻耕、施有機(jī)肥、無機(jī)肥（N肥）、種植