生物炭對土壤微生物及其強化修復(fù)多環(huán)芳烴污染的影響與機理研究.pdf

1、論文以水稻秸稈、稻殼和牛糞為原料，在350和500℃條件下限氧熱解制備生物炭的基礎(chǔ)上，研究了生物炭對土著微生物生態(tài)效應(yīng)影響，并采用末端限制性多態(tài)分析（T-RFLP）和熒光定量PCR(qPCR)技術(shù)，對土壤微生物多樣性及功能基因進行定量分析。在此基礎(chǔ)上，以持久性有機污染物多環(huán)芳烴（PAHs）為研究對象，采用微生物固定化技術(shù)，將自主篩選的PAHs降解菌固定于生物炭上，開展了生物炭固定化微生物對復(fù)合污染土壤中16種PAHs生物修復(fù)及其作用機理

2、研究。為生物炭強化和刺激土著微生物修復(fù)PAHs污染土壤提供科學(xué)依據(jù)，論文對于發(fā)展污染土壤原位生物修復(fù)技術(shù)，闡明生物炭固定化降解菌強化修復(fù)PAHs污染土壤機理及其生態(tài)效應(yīng)具有重要的理論和現(xiàn)實意義，主要研究結(jié)果如下：
　　1.對生物炭主要元素和理化性質(zhì)研究表明，牛糞、稻殼和水稻秸稈生物炭表面存在羰基(C=O)、羧基（-COOH）、羥基（-OH）、醚（-O-）、芳香族C=N鍵和N-H3鍵等主要官能基團。生物炭除了含有大量C元素以外，還含

3、有N、P、Ca、Na、Mg、K及Mn、Zn、Cu等微量元素；供試6種生物炭均呈堿性，水稻秸稈生物炭RS500的pH值最高，為10.50；500℃熱解溫度制備的生物炭中的C元素和灰分含量高于350℃制備的生物炭；相同熱解溫度條件下，稻殼和水稻秸稈生物炭中的C/N大于牛糞生物炭。
　　2.生物炭對土壤蔗糖酶活性具有顯著的刺激作用，對放線菌具有抑制作用，對土壤磷酸酶、脲酶活性、細菌和真菌數(shù)量、CO2和N2O的釋放量的影響與施炭量和生物炭

4、制備溫度密切相關(guān)，其中，在添加4％生物炭的土壤中，生物炭對土壤細菌生長具有顯著的刺激作用；500℃熱解制備生物炭對土壤中細菌的刺激作用要大于350℃熱解制備的生物炭。生物炭對土壤 N2O釋放的影響具有典型hormesis效應(yīng)特征。
　　3.生物炭處理土壤中細菌群落發(fā)生了顯著變化，主要形成5個類群；所有供試生物炭處理土壤中nirS基因拷貝數(shù)增加了67.22~70.18%；生物炭處理對土壤中微生物群落的多樣性和amoA基因拷貝數(shù)的影響

5、與生物炭制備溫度、原料和施炭量密切相關(guān)。其中，施炭量為4%時，350℃低溫熱解制備的生物炭顯著提高土壤微生物的多樣性。除DM350和RH350兩個處理外，土壤中amoA基因拷貝數(shù)比對照減少了93~98.10%。生物炭對土壤細菌16S rDNA和PAH-RHDαGP基因拷貝數(shù)量增加具有刺激作用。其中，低溫生物炭處理的刺激作用大于高溫熱解制備的生物炭。處理土壤中PAH-RHDαGP基因拷貝數(shù)量增加最多的是水稻秸稈RS350，其拷貝數(shù)達到1.

6、73×107 copies g?1 dry soil。
　　4.生物炭對PAHs復(fù)合污染土壤中amoA基因的拷貝數(shù)具有抑制作用，抑制率最大的是水稻秸稈生物炭RS500；然而，PAH-RHDαGP和nirS基因的數(shù)量則顯著增加。其中，生物炭對污染土壤amoA基因的拷貝數(shù)的抑制率達到23.53~85.13%，PAH-RHDα GP基因拷貝數(shù)量增加最多的是水稻秸稈RS350生物炭，拷貝數(shù)達到1.73×107 copies g?1 dry

7、 soil；相同處理條件下，在500℃高溫熱解生物炭處理土壤中nirS基因的拷貝數(shù)大于350℃低溫熱解制備的生物炭，增加最多是水稻秸稈生物炭RS350處理，為對照土壤的2.9倍，拷貝數(shù)達到6.45×107 copies g?1 dry soil。
　　5.采用富集培養(yǎng)方法，篩選和分離到1株能在重金屬存在條件下對 PAHs具有高效降解作用的降解菌，經(jīng)形態(tài)學(xué)觀察和16S rDNA分子鑒定，屬于貪銅菌屬，將其命名為B35。
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8、.低溫生物炭固定化B35菌劑對培養(yǎng)基中PAHs的吸附與降解作用大于高溫生物炭處理。相同熱解制備溫度條件下，植物類的稻殼和水稻秸稈生物炭固定化降解菌劑對PAHs的吸附作用大于牛糞類。固定化菌劑對PAHs吸附作用的大小依次為：稻殼生物炭 RH350>水稻秸稈生物炭 RS350>牛糞生物炭 RM350>稻殼生物炭RH500>牛糞生物炭DM500>水稻秸稈生物炭RS500。對PAHs的降解效率最高的是稻殼生物炭RH350菌劑，降解率達到31.3

9、4%。
　　7.不同生物炭固定化菌劑對不同分子量 PAHs均具有吸附與降解作用，不同環(huán) PAHs之間存在顯著差異。除水稻秸稈生物炭 RS500外，所有生物炭固定化菌劑對4環(huán)PAHs吸附率均高于2~3環(huán)PAHs，平均吸附率分別為44.98%和24.50%，熱解溫度對不同生物炭固定化菌劑吸附5~6環(huán)PAHs的影響差異比2~4環(huán)的差異大。350℃熱解制備的生物炭固定化菌劑對2~4環(huán)PAHs的降解率高于500℃熱解制備的生物炭固定化菌劑。

10、其中，對2~3環(huán)、4環(huán)和5~6環(huán)PAHs的平均降解率分別為：15.03%、25.08%和10.08%。降解率最高分別達到23.33%、36.50%和22.75%。
　　8.與培養(yǎng)基中生物炭固定化菌劑PAHs吸附作用相同，350℃低溫制備的生物炭固定化菌劑對污染土壤PAHs的吸附和降解率高于高溫500℃制備的生物炭處理,并且對2~4環(huán)PAHs的吸附作用大于5~6環(huán)。其中，吸附作用最強的是水稻秸稈生物炭RS350處理，吸附率達到22.