论文部分内容阅读
2,2’,4,4’-四溴联苯醚(2,2’,4,4’-tetrabromodiphenyl ether,BDE-47)作为新型持久性有机污染物PBDEs(Polybrominated diphenyl ethers)的一种单体,在多种环境介质及生物体中被检出。BDE-47具有甲状腺毒性、免疫毒性、神经毒性和一定的致癌效应。土壤作为BDE-47的最终归宿之一,是BDE-47污染物的聚集地和释放源。微生物作为土壤介质中重要的生物组成成分,其行为对于土壤中BDE-47的迁移转化具有至关重要作用。微生物修复技术作为污染土壤主要修复技术之一,正备受广大研究者青睐。本研究选择BDE-47为研究对象,将典型黑钙土与黄棕壤作为背景土壤,充分模拟不同类型BDE-47污染土壤生态环境,分析BDE-47和降解菌4-1的添加对各模拟体系土壤特有微生物数量及群落结构组成的影响,通过测定BDE-47含量变化来确定修复效果,选择修复效果较好的土壤类型进行固定化降解菌修复效果的研究,结合土壤理化性质、微生物数量及群落结构,从而完成模拟BDE-47污染土壤的微生物(游离菌株和固定化菌株)修复效果的评价。研究结果表明:(1)添加BDE-47和降解菌4-1对黄棕壤理化性质影响较小,黄棕壤含水量、pH、有机质、总氮、总磷、总钾的含量在各模拟体系中均呈现不显著性差异。对于黑钙土而言,BDE-47和降解菌的添加直接影响了土壤中总氮和总磷的含量,其中对总氮含量影响显著。模拟前后对各体系中BDE-47含量测试分析发现,黑钙土中土著菌对于BDE-47几乎无降解作用,降解菌株4-1的添加对于BDE-47的去除效果同样不明显;而黄棕壤中存在能够降解BDE-47的土著菌,模拟90天,降解率为24.53%,降解菌4-1的添加增加了该体系内BDE-47的降解,降解率为39.77%。(2)黑钙土模拟体系中,污染物BDE-47和降解菌的添加在对微生物数量影响显著。通过高通量测试结果聚类分析发现降解菌4-1的添加对于黑钙土中微生物群落结构组成影响较大,对各模拟体系中的Chao1、Ace、Shannon、Simpson指数分析发现,微生物物种总数随着模拟的进行呈现下降趋势,BDE-47和降解菌株的添加降低了黑钙土中微生物的多样性。黑钙土中微生物群落结构组分属于28个门,57个纲,116个目,212个科,302个属,酸杆菌门(Acidobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)为黑钙土优势菌门,BDE-47和降解菌的添加对黑钙土中的酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、疣微菌门(Verrucomicrobia)具有促进作用,对变形菌门(Proteobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)具有抑制作用。(3)黄棕壤模拟体系中,BDE-47的添加在模拟前期抑制了微生物的数量,但随着模拟的进行,微生物数量增加趋势明显。通过高通量测试结果聚类分析发现BDE-47和降解菌4-1添加之初对微生物群落影响不大,模拟过程中微生物群落结构组成发生变化的主要原因。对各模拟体系多样性进行指数分析发现。各模拟体系中微生物物种总数随着模拟的进行呈现上升趋势,但BDE-47和降解菌株的添加降低了黄棕壤中微生物的多样性。黄棕壤中微生物的群落结构组分属于19个门,53个纲,116个目,226个科,348个属,酸杆菌门(Acidobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)为黄棕壤优势菌门,黄棕壤中微生物菌门的相对丰度未随着BDE-47和降解菌的添加呈现显著变化,而模拟过程则是导致微生物菌门相对丰度变化的主要原因。(4)黑钙土和黄棕壤模拟修复过程中,相对丰度在1%以上的分类学上可查得门、纲、目、科、属均与所测定的土壤理化性质呈现较好的相关性。Actinobacteria门下的Micrococcales目Micrococcaceae科Agromyces属和Arthrobacter属以及Propionibacteriales目Nocardioidaceae科Nocardioides属与土壤有机质和总钾含量均呈现显著负相关。Proteobacteria门下的Deltaproteobacteria纲Myxococcales目Haliangiaceae科Haliangium属以及Alphaproteobacteria纲Rhodospirillales目Rhodospirillales_Incertae_Sedis科Reyranella属均呈现与含水量显著负相关、与有机质含量正相关、与总磷含量负相关的一致性。(5)将降解菌4-1固定后应用于修复黄棕壤BDE-47污染体系试验过程,修复90天时模拟体系内的BDE-47降解率为36.94%。固定化小球在模拟过程中对黄棕壤理化性质具有影响,其中土壤pH、有机质和总氮含量呈现下降趋势,总磷、总钾的含量则呈现上升的趋势。固定化菌株4-1添加初期对微生物数量变化影响不显著,随着模拟的进行微生物数量呈现显著增加的趋势(p<0.05)。修复过程中变形菌门(Proteobacteria)相对丰度下降11%左右,放线菌门(Actinobacteria)相对丰度上升23%左右。而优势门酸杆菌门(Acidobacteria)相对丰度变化趋势不明显。