论文部分内容阅读
多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs）是一类典型持久性有机物,因其具有致癌、致畸和致突变毒理效应被世界各国列为优先控制的环境污染物。由于土壤是环境中PAHs累积的“汇”,导致PAHs污染土壤问题日趋加剧。因此,有必要针对PAHs污染土壤进行修复。植物-微生物联合修复技术因其成本较低、绿色环保等优点受到研究者的广泛关注,其对PAHs污染土壤的修复是利用植物与降解微生物的协同作用,植物根系分泌物可为根际降解微生物提供养分促进其降解污染物,或与污染物实现共代谢来强化修复。然而,此技术中,植物根系分泌物受植物生长周期、环境条件和植物根际浓度递减效应等限制,使得修复难以在较大范围内长期稳定高效。因此,本研究基于植物-微生物联合作用机制,拟研发1种PAHs污染土壤修复剂,创新修复技术,拓宽技术适应性。从实际污染基质中筛选出多株PAHs降解菌,利用酶效评估确定具有高效降解潜能的菌株,构建菌群。研究模拟根系分泌物（artificial root exudates,ARE）及其组分对所构建的菌群降解PAHs的影响,并对ARE配方及作用浓度进行优化。通过吸附,将菌群、ARE和生物炭载体固定结合,制备PAHs污染修复剂,考察其对2种不同性质污染土壤的修复效果,验证应用可行性。得到的主要结论如下:（1）通过驯化筛选得到64株纯化菌株,其中43株测序成功,经种属鉴定为22株不同种属的细菌,其中9株源于石油基质,分别是布鲁氏菌属（P-1）、克雷伯氏菌属（P-2）、不动杆菌属（P-3）、固氮螺菌属（P-4）、鞘脂单胞菌属（P-5）、苍白杆菌属（P-6）、芽孢杆菌属（P-7）、假黄色单胞菌属（P-8）和大肠杆菌属（P-9）。13株源于PAHs基质,分别是假杆菌属（J-1）、剑菌属（J-2）、芽孢杆菌属（J-3）、副伯克霍尔德氏菌属（J-4）、假单胞菌属（J-5）、寡养单胞菌属（J-6）、铜绿假单胞菌属（J-7）、鞘氨醇单胞菌属（J-8）、不动杆菌属（J-9）、红球菌属（J-10）、副根瘤菌属（J-11）、Advenella sp.（J-12）和戈登氏菌属（J-13）。在这22株细菌中,有18株能以高环PAHs（芘和苯并[a]芘）为碳源生长,10株能对2种或2种以上PAHs均具有降解作用。（2）通过酶液降解—酶效评估方式从22株PAHs降解菌中确定10株高效降解菌,分别为源于石油基质的P-1、P-2、P-3、P-5和P-6和源于PAHs基质的J-1、J-2、J-3、J-4和J-5。将源于PAHs基质的5株高效降解菌株进行不同排列组合配伍,构建了26个菌群,考察菌群对PAHs的降解能力,确定了2种降解效果较优的菌群复配方式:J-2、J-3、J-4和J-5构建为菌群A;J-1、J-2、J-3、J-4和J-5构建为菌群B。另将来源于石油基质的5株降解菌构建为菌群C。3个菌群对50 mg/L的混合PAHs液体培养基7 d降解率分别为10.0%、17.0%和16.1%。7 d的降解周期内,菌群A、B和C分别使体系中总PAHs残留浓度降至为33.8 mg/L、31.2 mg/L和31.4 mg/L,PAHs去除率达32.4%、37.6%和37.2%。菌群B和C的降解效果优于菌群A。（3）研究了不同浓度的ARE及其组分对菌群A、B和C降解PAHs的影响。添加较低浓度（0.05 g/L或0.1 g/L）的ARE未对菌群降解PAHs产生促进作用;添加较高浓度（1 g/L或10 g/L）的ARE明显促进了菌群对PAHs的降解。当添加10 g/L ARE所含各组分时,糖类和小分子酸类组分能不同程度地促进3个菌群的降解作用;而氨基酸组分只对菌群C有一定的促进降解作用。糖类组分所起效果与完整ARE的效果无明显差异,说明由3种组分相结合的传统ARE并未表现出更强的降解优势,因而在原ARE配方和浓度基础上通过单因素和响应面实验对其进行优化。以菌群B为目标菌群,优化后的ARE配方及各组成的摩尔浓度比为:糖类组分（葡萄糖:蔗糖:果糖=1:1:1）、小分子酸类组分（琥珀酸:苹果酸:柠檬酸=1:1:1）和氨基酸类组分（精氨酸:丝氨酸:缬氨酸=1:1:1）。优化后的ARE浓度为:1.31 g C/L的糖类、0.29 g C/L的小分子酸类和1.26 g C/L的氨基酸类。向降解体系中添加优化组分和浓度后的ARE,菌群B对PAHs的降解率分别达到38.9%（菲）,35.7%（芘）,39.9%（苯并[a]芘）和36.7%（总PAHs）,比添加未优化ARE体系的降解率分别高出20.1%（菲）,10.7%（芘）,3.7%（苯并[a]芘）和13.8%（总PAHs）。（4）实验制备得到3种PAHs土壤修复剂,以2.5%和5%比例添加至2种理化性质不同的污染土壤中。3种修复剂均不同程度地促进了PAHs的去除。其中,表现最优的土壤修复剂制备方法为:菌群B活化,收集菌体,重悬于优化配方的ARE溶液中,以1:10固液比（w/v）投加玉米芯生物炭,吸附固定16 h后过滤得到。该修复剂在投加比例为5%条件下,修复20 d时,对山东济南农田土（初始污染水平为64.3 mg/kg）和浙江永康水稻土（初始污染水平为89.9 mg/kg）总PAHs去除率分别达到76.5%和51.4%,说明所制备的PAHs土壤修复剂具有应用可行性。