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钢铁厂生产过程中会产生有机污染物尤其是持久性有机污染物(POPs),POPs滞留在土壤中,能够长距离迁移,而且毒性强,容易被生物体吸收并积累,威胁人体健康。目前钢铁场地密切关注的半挥发性有机物包括总石油烃、PAHs、PCBs等,采用合适的手段对钢铁场地污染物的去除至关重要。生物修复技术通常被认为是去除土壤中有机污染物的一种有吸引力的技术。本研究将通过对钢铁场地污染土壤进行有机物污染的植物-微生物联合修复,并添加鼠李糖脂作为强化措施,建立一套规范的技术体系,为污染场地修复和再利用提供科学依据。主要研究内容及结论如下:
(1)采用黑麦草(Lolium perenne L.)、紫花苜蓿(Medicago sativa L.)、大豆(Glycine max (Linn.)Merr)、苏丹草(Sorghumsudanense (Piper)Stapf.)和紫茉莉(Mirabilisjalapa L.)五种植物,研究植物对钢铁场地土壤有机物的修复作用,并分析有机污染物对植物生理指标的影响,筛选可用于有机污染物修复的优势植物。结果表明:污染土壤会抑制植物的生长,但对黑麦草的作用并不显著,紫花苜蓿茎叶的生长受到显著抑制,大豆和紫茉莉根部的延伸也受到显著抑制。污染土壤会引起五种植物叶绿素含量下降和膜脂过氧化,同时也会激发植物对有机污染物的耐受性。黑麦草的SOD和POD含量都随着污染程度的增加而增大,抗氧化机制更强。黑麦草对PAHs的去除效果最好,轻、重污染土壤中的分别为33.97%和26.81%;紫茉莉对TPH的去除效果最好,轻、重污染土壤中的分别为38.41%和37.65%;而黑麦草对dl-PCBs的去除率也最高,轻、重污染土壤中的分别为43.42%和46.45%,黑麦草和紫茉莉是修复有机物复合污染的优势植物。
(2)研究了两种外源菌:OBT菌和枯草芽孢杆菌-多食鞘氨醇杆菌固体菌剂对土壤有机污染物的修复效果,并将黑麦草、菌剂、黑麦草和菌剂共作的修复效果和对土壤微环境的影响进行了对比。结果表明:混合添加两种菌并种植黑麦草对PAHs、TPH、dl-PCBs的去除效果都最好,去除率分别为70.76%、69.02%、78.56%。生物修复可提高土壤中脱氢酶、脲酶、FDA水解酶活性,同时,生物修复还能提高土壤理化性质。黑麦草+固体菌处理下的土壤菌群丰富度和生物多样性最高,其次为黑麦草+混合菌处理。不同处理下变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)等是土壤中的优势菌门。德沃斯氏菌属(Devosia)、固氮菌属(Azotobacter)、藤黄单孢菌属(Luteimonas)和假单胞菌属(Pseudomonas)等在土壤中相对丰度较高。所有的生物修复组都提高了Proteobacteria的相对丰度,添加固体菌和种植黑麦草还提高了Bacteroidetes的丰度。所有的生物修复组也提高了Pseudomonas的相对丰度,并且种植黑麦草和添加OBT菌都促进了Azotobacter丰度的提高。
(3)分析了添加不同浓度的鼠李糖脂对植物-混合菌剂去除有机污染物的影响,初步建立了表面活性剂强化有机物复合污染生物修复的技术模式。结果表明:添加鼠李糖脂都能显著提高PAHs、TPH和dl-PCBs的去除率(p<0.05),尤其是添加50mg/kg的鼠李糖脂,同时还能增加微生物群落丰度,而对微生物群落多样性的影响和添加0mg/kg、100mg/kg的差别不大。添加鼠李糖脂可以增加土著微生物中Proteobacteria和Bacteroidetes的相对丰度,也能增加Luteimonas丰度,种植黑麦草的处理中,鼠李糖脂增加了Actinobacteria、Bacteroidetes和Devosia的丰度,而种植紫茉莉的处理中,鼠李糖脂增加了Proteobacteria、Bacteroidetes和Pseudomonas的相对丰度。
(1)采用黑麦草(Lolium perenne L.)、紫花苜蓿(Medicago sativa L.)、大豆(Glycine max (Linn.)Merr)、苏丹草(Sorghumsudanense (Piper)Stapf.)和紫茉莉(Mirabilisjalapa L.)五种植物,研究植物对钢铁场地土壤有机物的修复作用,并分析有机污染物对植物生理指标的影响,筛选可用于有机污染物修复的优势植物。结果表明:污染土壤会抑制植物的生长,但对黑麦草的作用并不显著,紫花苜蓿茎叶的生长受到显著抑制,大豆和紫茉莉根部的延伸也受到显著抑制。污染土壤会引起五种植物叶绿素含量下降和膜脂过氧化,同时也会激发植物对有机污染物的耐受性。黑麦草的SOD和POD含量都随着污染程度的增加而增大,抗氧化机制更强。黑麦草对PAHs的去除效果最好,轻、重污染土壤中的分别为33.97%和26.81%;紫茉莉对TPH的去除效果最好,轻、重污染土壤中的分别为38.41%和37.65%;而黑麦草对dl-PCBs的去除率也最高,轻、重污染土壤中的分别为43.42%和46.45%,黑麦草和紫茉莉是修复有机物复合污染的优势植物。
(2)研究了两种外源菌:OBT菌和枯草芽孢杆菌-多食鞘氨醇杆菌固体菌剂对土壤有机污染物的修复效果,并将黑麦草、菌剂、黑麦草和菌剂共作的修复效果和对土壤微环境的影响进行了对比。结果表明:混合添加两种菌并种植黑麦草对PAHs、TPH、dl-PCBs的去除效果都最好,去除率分别为70.76%、69.02%、78.56%。生物修复可提高土壤中脱氢酶、脲酶、FDA水解酶活性,同时,生物修复还能提高土壤理化性质。黑麦草+固体菌处理下的土壤菌群丰富度和生物多样性最高,其次为黑麦草+混合菌处理。不同处理下变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)等是土壤中的优势菌门。德沃斯氏菌属(Devosia)、固氮菌属(Azotobacter)、藤黄单孢菌属(Luteimonas)和假单胞菌属(Pseudomonas)等在土壤中相对丰度较高。所有的生物修复组都提高了Proteobacteria的相对丰度,添加固体菌和种植黑麦草还提高了Bacteroidetes的丰度。所有的生物修复组也提高了Pseudomonas的相对丰度,并且种植黑麦草和添加OBT菌都促进了Azotobacter丰度的提高。
(3)分析了添加不同浓度的鼠李糖脂对植物-混合菌剂去除有机污染物的影响,初步建立了表面活性剂强化有机物复合污染生物修复的技术模式。结果表明:添加鼠李糖脂都能显著提高PAHs、TPH和dl-PCBs的去除率(p<0.05),尤其是添加50mg/kg的鼠李糖脂,同时还能增加微生物群落丰度,而对微生物群落多样性的影响和添加0mg/kg、100mg/kg的差别不大。添加鼠李糖脂可以增加土著微生物中Proteobacteria和Bacteroidetes的相对丰度,也能增加Luteimonas丰度,种植黑麦草的处理中,鼠李糖脂增加了Actinobacteria、Bacteroidetes和Devosia的丰度,而种植紫茉莉的处理中,鼠李糖脂增加了Proteobacteria、Bacteroidetes和Pseudomonas的相对丰度。