固定化芽孢桿菌對(duì)3環(huán)PAHs污染土壤的修復(fù)研究.pdf

1、土壤是人類得以生存和發(fā)展的重要環(huán)境資源之一，然而土壤污染，尤其是多環(huán)芳烴(PAHs)等有機(jī)污染日益嚴(yán)重，嚴(yán)重威脅了人類的生存和發(fā)展。PAHs很容易被土壤吸附，具有“三致”效應(yīng)，受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛的關(guān)注。本課題組前期對(duì)煤礦區(qū)農(nóng)田土壤的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，89％的土壤具有PAHs污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，因而農(nóng)田土壤PAHs污染的問題不容小覷。本研究以PAHs污染的河北省某典型煤礦區(qū)周邊農(nóng)田土壤為對(duì)象。前期從煤矸石中篩選出了3環(huán)PAHs的高效降解菌株M1（芽

2、孢桿菌屬），通過(guò)固定化微生物技術(shù)制備以玉米、番茄秸稈為吸附載體，海藻酸鈉和聚乙烯醇為包埋載體，硼酸和氯化鈣為交聯(lián)劑的固定化M1菌劑。采用土培試驗(yàn)研究游離菌M1和固定化M1對(duì)煤礦區(qū)農(nóng)田土壤3環(huán)PAHs的修復(fù)效果。主要研究結(jié)果如下:
　　1.通過(guò)游離菌M1土培試驗(yàn)，研究了游離菌M1對(duì)煤礦區(qū)3環(huán)PAHs污染土壤的修復(fù)效果。結(jié)果表明，3環(huán)PAHs總量及單體的去除率均隨接茵量增加呈現(xiàn)出先升后降的規(guī)律，在接菌量10％時(shí)，去除率達(dá)到最大值，其中

3、總量達(dá)20.60％，單體中以菲(Phe)最高，為21.35％。
　　2.通過(guò)海藻酸鈉、聚乙烯醇、秸稈、芽孢桿菌M1四個(gè)因素的三個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)，優(yōu)化了固定化M1微球的制備條件。從成球性、機(jī)械性能、傳質(zhì)性和膨脹系數(shù)四個(gè)方面明確了海藻酸鈉含量0.5％、聚乙烯醇含量10％、秸稈含量1％和接菌量10％組合為其優(yōu)化材料配比。
　　3.通過(guò)固定化M1土培試驗(yàn)，研究了固定化M1對(duì)煤礦區(qū)3環(huán)PAHs污染土壤的修復(fù)效果。結(jié)果表明，3環(huán)PAH

4、s總量及單體的去除率基本上隨玉米秸稈固定化M1接菌量增加而降低，3環(huán)PAHs總量的去除率在接菌量1％時(shí)達(dá)到最大值(67.64％)。單體以Ace和Flu的去除效果較好，其中，Ace在接菌量10％時(shí)最高(95.57％)，F(xiàn)lu接菌量在1％時(shí)最高(95.78％)。3環(huán)PAHs總量及單體的去除率隨番茄秸稈固定化M1接菌量增加呈現(xiàn)出了不同的變化規(guī)律。3環(huán)PAHs總量的去除率隨接菌量的增加而降低，以接菌量1％時(shí)最高(66.21％)。單體也以Ace和

5、Flu的去除效果較好，均在接菌量20％時(shí)最高（95.61％和95.25％）。如果利用固定化M1微球?qū)γ旱V區(qū)土壤3環(huán)PAHs總量及單體進(jìn)行修復(fù)，推薦采用玉米秸稈固定化M1微球或者番茄秸稈固定化M1微球添加量1％為適宜用量。
　　不添加M1的微球基質(zhì)對(duì)照對(duì)PAHs的去除也有一定的作用。3環(huán)PAHs總量及單體的去除率隨玉米微球基質(zhì)添加量的增加均呈現(xiàn)出先升后降的規(guī)律，其去除率以10％添加量處理為最高(54.92％)。隨番茄微球基質(zhì)添加量的

6、增加均呈現(xiàn)出先降低后增加的規(guī)律，其去除效果以20％添加量處理為最高(60.48％)。
　　對(duì)比兩種秸稈微球基質(zhì)的去除效果可知，同一添加量處理下番茄秸稈微球基質(zhì)對(duì)3環(huán)PAHs總量的去除效果優(yōu)于玉米秸稈微球基質(zhì)，但單體去除效果差異性較大。對(duì)比兩種秸稈固定化M1的去除效果可知，同一接菌量下，扣除微球基質(zhì)對(duì)照的影響后，玉米秸稈固定化M1微球?qū)?環(huán)PAHs總量及單體的去除率基本上高于番茄秸稈固定化M1微球，其中，接菌量10％時(shí)，扣除微球基質(zhì)

7、對(duì)照的影響后，番茄秸稈固定化M1微球?qū)he和Anth的去除率高于玉米秸稈固定化M1微球。
　　固定化M1與游離菌M1相比，對(duì)3環(huán)PAHs總量及單體的去除率均顯著提高，其中總量去除率提高范圍為68.77％～88.02％，單體以Flu提高最為明顯，其范圍為86.27％～100.15％。
　　4.通過(guò)宏基因組微生物分類測(cè)序方法對(duì)不同處理土壤樣本進(jìn)行DNA提取、區(qū)域選擇性擴(kuò)增、建庫(kù)、測(cè)序等，研究了不同處理下土壤微生物群落豐富度和多

8、樣性。結(jié)果表明，門、綱、目、科、屬、種的OTU數(shù)目在兩種秸稈不同處理間的大小順序均為固定化M1＞秸稈微球基質(zhì)＞游離菌M1＞CK。從Venn圖來(lái)看，固定化M1處理和游離菌M1特有的OTU數(shù)目均遠(yuǎn)高于CK。無(wú)論接種游離菌M1還是固定化M1，Chao、Shannon指數(shù)均高于對(duì)照CK，表明添加M1確實(shí)能夠使土壤群落豐富度和多樣性增高;從主成分分析看，載體材料及M1均對(duì)土壤菌群組成有一定的影響。
　　5.土壤酶活性結(jié)果表明，接種游離菌M1