土壤微生物电化学系统中异丙甲草胺消减及细菌群落演替特征的研究

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:song52535
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作为农业大国,我国的农药污染问题一直备受关注,除草剂是农业生产中必需的一种生产要素,其大量的施用造成的污染不可小觑。微生物燃料电池(MFCs)是一种新型的修复污染土壤的生物电化学技术,采用固体电极作为电子受体,克服了土壤中电子受体少、物质传输困难而导致的污染物生物降解效率低下的问题,同时还伴随电能产出。本研究以异丙甲草胺为目标污染物,研究了土壤MFCs的产电性能及其对异丙甲草胺的降解效果,通过测定土壤性质、异丙甲草胺含量以及土壤MFCs中的细菌群落结构,研究土壤MFCs降解过程中的关键微生物种群以及时空演替规律,结合土壤性质、异丙甲草胺浓度、产电能力、微生物丰度之间的统计学相关性,揭示土壤微生物电化学系统驱动异丙甲草胺消减的因素。实验结果如下:(1)以碳纤维布阳极、活性炭空气阴极构造的单室土壤MFCs在阴极附近1cm处对异丙甲草胺的去除效率比无电极对照提高了262%(初始浓度为10mg/kg)和176%(初始浓度为20mg/kg),最大输出电流密度为78.9±0.6 mA/m~2;使用石墨棒-碳纤维复合阳极之后,最大输出电流密度升高了7倍多,达到636.6±19.0 mA/m~2,在闭路中得到最高去除效率为97%,根据实验数据拟合曲线计算得到异丙甲草胺完全去除的时间,开路总共需要245天,而土壤微生物电化学处理闭路仅需要109天,时间缩短了一半。(2)在土壤MFCs中,微生物降解是去除异丙甲草胺的主要途径,根据相关性分析可知,Azohydromonas sp.、Pontibacter sp.和Sphingomonas sp.与异丙甲草胺的去除有极显著相关性,是潜在的降解相关菌,而Clostridium sp.和Geobacter sp.等菌也被证明与产电显著相关;微生物电化学系统中生物电流的刺激诱导细菌群落发生定向演替,产电菌Geobacter sp.逐渐替代Pontibacter sp.,生物电流增大,Geobacter sp.不仅与Pontibacter sp.相互促进相互刺激,还可能同时发挥产电和降解两种作用;Geobacter sp.丰度减小之后,生物电流随之减小,Pontibacter sp.连同Sphingomonas sp.丰度升高,继续发挥降解作用,直到异丙甲草胺完全降解。
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