植物強(qiáng)化微生物修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤研究.pdf

1、多環(huán)芳烴類化合物(PAHs)是環(huán)境中普遍存在的持久性有毒有機(jī)污染物。因其具有慢性毒性和致癌、致畸、致突變的“三致”作用，引起各國(guó)環(huán)境科學(xué)工作者的廣泛關(guān)注。目前，治理PAHs污染土壤的方法主要有物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)。物理化學(xué)修復(fù)成本昂貴，易破壞土壤生態(tài)，不適合大規(guī)模應(yīng)用，生物修復(fù)技術(shù)（包括微生物修復(fù)和植物修復(fù)）因具有成本低、無(wú)二次污染、可大面積應(yīng)用等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)而越來越受到人們的重視。植物-微生物聯(lián)合修復(fù)是利用環(huán)境中植物根系對(duì)微生物生

2、長(zhǎng)的促進(jìn)作用，有效地提高微生物降解率。因此，植物-微生物聯(lián)合作用在PAHs污染土壤修復(fù)中有著重要意義。 本研究以采自江西的一種典型低有機(jī)質(zhì)紅壤為例，通過盆栽試驗(yàn)，研究了植物根系在強(qiáng)化微生物修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤中的作用，通過計(jì)算非生物因素、土著微生物、植物根系和根系分泌物對(duì)土壤中菲、芘降解的貢獻(xiàn)率，探討了其作用機(jī)理。與單一植物比較研究了植物間作在修復(fù)PAHs污染土壤的作用。其目的是為發(fā)展菲、芘污染他土壤植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)提供

3、科學(xué)依據(jù)。 主要研究結(jié)論如下： 第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)論： 1.降解： 經(jīng)60天實(shí)驗(yàn)后，菲的去除率分別是：97.8％T2，98.9％T3，98.4％T4，83.4％T1，芘的去除率分別為：69.8％T2，78.5％T3，75.3％T4，57.2％T1。三種不滅菌處理土壤中菲的剩余濃度無(wú)顯著差異(P<0.05)。芘的剩余濃度則為不滅菌無(wú)植物有根系分泌物處理(T3)顯著低于不滅菌無(wú)植物處理(T2)，不滅菌無(wú)植物有

4、根系分泌物處理(T3)和不滅菌有植物處理(T4)無(wú)顯著差異。說明微生物在土壤中菲、芘的降解中起著積極的作用。微生物對(duì)菲的降解作用是其在土壤中濃度減少的主要原因，種植植物并未促進(jìn)其降解。但對(duì)芘而言，除了微生物的作用外，種植植物促進(jìn)了其降解，也即種植植物強(qiáng)化了微生物的降解作用。 2.生物功能多樣性： 在240h的培養(yǎng)過程中，4個(gè)處理平均吸光度值均隨培養(yǎng)時(shí)間的增加而增大，滅菌無(wú)植物處理(T1)的平均吸光度值隨培養(yǎng)時(shí)間的增加呈緩

5、慢上升的趨勢(shì)，培養(yǎng)240h后，平均吸光度值僅比培養(yǎng)初期提高了0.1。說明滅菌處理，顯著降低了微生物的活性。不滅菌無(wú)植物處理(T2)和不滅菌有植物處理(T4)平均吸光度值均隨培養(yǎng)時(shí)間增加呈線性增大，且T2大于T4，培養(yǎng)240h后，平均吸光度值比培養(yǎng)初期分別提高了1.35和1.12。不滅菌無(wú)植物有根系分泌物處理(T3)在培養(yǎng)時(shí)間在120h前，平均吸光度隨培養(yǎng)時(shí)間增加急劇增大，最大值達(dá)到1.63，120h后則出現(xiàn)平臺(tái)，基本不隨培養(yǎng)時(shí)間增加而變

6、化。 3.貢獻(xiàn)率： 非生物因素在植物修復(fù)過程中的貢獻(xiàn)率很高，對(duì)菲去除的貢獻(xiàn)率是84％，對(duì)芘去除的貢獻(xiàn)率為57.2％。其次就是根系分泌物強(qiáng)化微生物修復(fù)的貢獻(xiàn)，對(duì)菲來講，這個(gè)貢獻(xiàn)達(dá)到了15.5％，對(duì)芘來講，這個(gè)貢獻(xiàn)達(dá)到了21.3％，均高于土著微生物對(duì)他們的降解。并且隨著污染物環(huán)數(shù)的增高，根系分泌物強(qiáng)化微生物降解的貢獻(xiàn)就顯得越來越重要。BIOLOG數(shù)據(jù)分析顯示，隨著根系分泌物的加入，土壤微生物種群結(jié)構(gòu)確實(shí)發(fā)生了變化并有利于污染

7、物的降解。 第二個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論： 1.生物量： 大豆和黑麥草間作處理中黑麥草干重顯著低于單獨(dú)種植黑麥草的處理，而大豆干重則與單獨(dú)種植黑麥草的處理無(wú)顯著差異。說明間作處理中大豆抑制了黑麥草的生長(zhǎng)，產(chǎn)生了競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。 2.微生物功能多樣性： 在240小時(shí)的培養(yǎng)時(shí)間中，總體來講，單獨(dú)種植黑麥草處理和單獨(dú)種植大豆處理之間的差異不大，而且都高于間作處理的平均吸光度值。在120小時(shí)之前，單獨(dú)種植黑麥草處理的平均

8、吸光度值增長(zhǎng)要快于單獨(dú)種植大豆處理，120小時(shí)之后，二者趨于相同。 3.降解： 在植物的存在下顯著的提高了多環(huán)芳烴的降解去除，相比之下黑麥草的修復(fù)效果最好，大豆其次，而兩者間作處理下修復(fù)效果最差。在40天的盆栽實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，在種植黑麥草的處理中，菲和芘的剩余量分別為0.78mg·kg-1和7.33mg·kg-1；在種植大豆的處理中，菲和芘的剩余量為2.97mg·kg-1和12.54mg·kg-1；在間作處理中，菲和芘的剩余

9、量為2.63mg·kg-1和19.53mg·kg-1。從結(jié)果中看出，4環(huán)的芘仍然比3環(huán)的菲難于降解，這與第一個(gè)研究的結(jié)論相同。BIOLOG數(shù)據(jù)顯示，在黑麥草和大豆的存在下，土壤微生物的活性和功能多樣性被顯著提高，但二者間作處理中，微生物活性反而很低，這說明在間作處理中有限制性因素的存在。對(duì)土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的分析結(jié)果表明，N、P、K的含量在間作處理中最低，說明營(yíng)養(yǎng)元素是間作處理中一個(gè)限制性的條件。通過對(duì)不同處理中對(duì)碳源利用的結(jié)果進(jìn)行分析得出