滨海地区石油污染土壤的固定化微生物-植物联合修复技术研究

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随着石油化工等企业的迅速发展,溢油现象异常突出。石油污染对生态环境产生了严重的影响。特别是滨海地区多建有石油输送港口,对近海湿地及土壤造成较大污染。尤其是富集在土壤中的石油烃等会通过食物链对人体造成危害。生物修复因其修复效率高、无二次污染等优势,成为治理油污土壤最有利技术之一。由于油污土壤具有一定的复杂性,生物修复中的任何一种单一修复方式都不能很好的消除石油污染物,因此利用植物、微生物联合修复技术来修复石油污染土壤具有非常广阔的发展前景。本研究利用固定化技术,将实验室前期分离纯化出的高效石油烃降解菌Acinetobacter sp.Tust-DM21固定化处理后,研究固定化微生物-植物联合修复技术对油污土壤的修复效果及对油污土壤中生物多样性变化的影响。本研究先对石油降解菌Tust-DM21进行了固定化条件的优化。将海藻酸钠和壳聚糖作为包埋载体,通过改变包埋条件来提高固定化菌株对石油烃的降解效率,考察了p H和Na Cl浓度等环境因素对固定化菌株降解石油烃的影响。通过四因素三水平的正交实验选出优化组合,分析固定化小球的各种理化性质,比较游离菌和优化固定化菌株对石油烃的降解效率。实验发现在海藻酸钠浓度为4%、壳聚糖浓度为1%、p H为7、Na Cl浓度为5%时,固定化小球的成球效果最好,石油降解效率最高可达87.5%,而游离菌的降解效率仅为45.9%。表明石油烃降解菌Acinetobacter sp.Tust-DM21固定化后的降解效率远优于游离菌株。对石油污染土壤进行微生物-植物联合修复实验,分别考察了耐盐碱植物碱蓬(Suaeda salsa)单一修复、固定化菌株单一修复以及固定化微生物-植物联合修复三种不同方式的修复效果。将p H值、脱氢酶酶活、总石油烃降解率以及多环芳烃组分降解率作为修复指标进行评价。实验结果显示,三种生物修复方式均有一定的修复效果,能够有效降低土壤的p H,提高土壤脱氢酶酶活力,降低油污土壤中的石油含量。其中,联合修复的效果最好,总石油烃含量下降了51.67%,相比较对照组以及碱蓬单一修复和固定化菌剂单一修复分别提高了47.34%、33.25%和36.58%。结果表明,固定化微生物-植物联合修复能够更有效的用于石油污染土壤的修复技术。利用高通量测序技术,对生物修复后油污土壤中的生物多样性变化进行了分析。结果表明,石油污染后改变了土壤中的微生物种类,在生物修复后期,随着土壤中石油烃总量的减少,出现大量与石油降解有关的微生物种类,但是由于植物和固定化微生物在联合修复过程中可能会出现拮抗作用,抑制某些微生物的生长,所以导致土壤中微生物物种总量有所减少。另外在碱蓬单一植物修复中,跟植物生长相关的固氮菌的含量也明显增多。实验数据还显示在石油污染前后,土壤中的优势菌属发生了明显变化,未污染之前的优势菌属为Arthrobacter、Actinomarinales、Steroidobacter,石油污染后变为Chryseolinea、Massilia等菌属。油污土壤修复前后的优势菌属也发生了一系列的变化,修复后期Pseudomonas、Sphingomonas、Noviherbaspirillum、Acinetobacter逐渐成为土壤中的优势菌属。本文研究表明,实验室前期筛选出的石油烃降解菌Acinetobacter sp.Tust-DM21能够对石油烃起到很好的降解效果,固定化微生物-植物联合修复的修复效果要高于单一修复,对油污土壤中生物多样性变化有着积极的影响,可开发成为一种石油污染土壤的高效生物修复技术。
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