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三峡工程给我们带来众多经济效益的同时,也因人们长期过度的开发及追求经济发展产生了众多环境问题,其中三峡水库的磷污染问题是研究热点之一。三峡水库磷污染会引发土壤酸化、土壤肥力下降、水体富营养化等环境问题,不利于生态和经济良性发展。而微生物修复技术作为绿色清洁的治理技术,是治理三峡水库磷污染问题的有效手段之一。目前,关于磷污染微生物治理研究针对水体较多,而对土壤报道较少;而且,聚磷菌作为一种适用于磷污染治理的重要微生物类群,具有绿色、清洁、无污染的优势,但其应用研究同样更多地集中在污水治理领域、鲜有应用于土壤修复,尤其是从三峡水库库岸土壤环境筛选高效聚磷菌并应用于三峡水库库岸土壤磷污染治理研究尚未见报道。有鉴于此,本研究通过探讨三峡水库水体及库岸的磷污染问题,确立整体治理科学理念和划分库岸区域,综合利用微生物修复技术(高效解磷菌/聚磷菌)及微生物-植物联合修复技术,设计三峡水库库岸土壤生态治理的应用模型。并且,以三峡水库万州段库岸土壤为菌种来源,通过先富集再分离的传统方法筛选候选菌株,是否具有聚磷能力需进一步鉴定;再经蓝白斑、高通量、PHB与异染颗粒染色、聚磷能力测定等鉴定实验,进一步综合分析及验证得出具有聚磷能力的高效聚磷菌菌株;综合高效聚磷菌的聚磷能力等因素确定目标菌株,进行生物学特性及聚磷特性研究,并通过单因素及响应面优化实验确定其最优培养条件。主要研究结果如下:(1)针对三峡水库库岸土壤磷污染问题,设计出“基于‘生态+经济’理念的三峡水库库岸土壤总无机磷微生物-植物联合消减‘三区’治理模型”,为“4+3+2”治理模式:依据四个科学理念、分高层及特点划分三区、利用解磷菌和聚磷菌交替协同治理库岸;遵循“生态+经济”的发展观、“微生物-植物联合修复”的科学观、“消落区、生态隔离区、生态经济区‘三区’联动”的整体观、“解磷菌与聚磷菌交替协同”的辩证观这四大科学理念,对应自上而下划分的生态经济区[>(225-325)m]、生态隔离区[175-(225-325)m]、消落区(145-175 m)三区,设计“解磷-聚磷-解磷”的具体治理模式。在生态经济区,结合现代化施肥技术和传统技术施用高效解磷菌肥料,将土壤难溶性磷转化为溶解态磷;在生态隔离区,采用包埋技术研发高效聚磷菌固定化生态制剂、利用纱网固定并设计提供好氧条件的装置,在每年5-10月集中投放应用装置,统一回收后经厌氧法或联用热处理法、超声破解法释磷,再经沉淀法、结晶法和吸附法实现磷的有效回收,截留溶解态磷;在消落区,每年6月前利用植物配置并结合细分三时段(2月前175 m处、2-4月160 m段上沿5 m以上区域、4-6月整区145-175 m)撒施高效解磷菌生态制剂,将难溶性磷转化为溶解态磷。最终实现库岸前段、中端、末端土壤总无机磷的整体消减、降低入库总无机磷污染负荷。(2)通过传统方法,初步分离纯化获得42个单菌落,作为本研究的候选菌株;通过蓝白斑鉴定实验,得到23株具有聚磷能力的聚磷菌菌株,即初筛菌株;通过高通量筛选,结合蓝白斑鉴定实验结果,进一步得到7株聚磷能力较强(定性分析)、聚磷速度较快(24小时)的聚磷菌菌株,即复筛菌株:B-1、B-2、B-5、C-3、C-5、C-6、F-6;通过PHB与异染颗粒染色实验(定性验证)和聚磷能力测定实验(定量验证),证明上述7株复筛菌株均为高效聚磷菌(除磷率均高于78%),其中菌株B-1聚磷能力最强(除磷率达95.80%),因而被确定为本研究的目标菌株。(3)菌株B-1是一株革兰氏阴性短杆菌,大小约为(0.3-0.5)×(0.7-1.3)μm;利用16S r DNA技术及NCBI基因库分析对比,证实为根瘤菌属(Rhizobium sp.);且为好氧聚磷菌,经厌氧-好氧培养除磷率可提高2.46%。经生长曲线实验得知,B-1菌株生长适应期为0-2小时,适应能力较强;生长对数期为2-16小时,菌体数量增长迅速,且在第16小时OD600值及除磷率均达到最高值、分别为0.885和97.36%;生长稳定期为16-40小时,菌体浓度和除磷率变化不大,略呈逐渐降低趋势;第40小时后进入生长衰亡期。(4)选择磷源、起始磷浓度、接种量等三个主要影响因子,以除磷率为衡量指标,对菌株B-1的培养条件进行单因素优化。较优磷源为Na2HPO4、KH2PO4和K3PO4,除磷率均高于96%;较优起始磷浓度分别为4 mg/L、8 mg/L和12 mg/L,除磷率均高于93%;较优接种量分别为6%、8%和10%,除磷率均高于95%。(5)经响应面法Box-Benhnken中心组合试验,影响菌株B-1聚磷能力的单因素排序为磷源>接种量>起始磷浓度,且最优磷源为KH2PO4、最优起始磷浓度为11 mg/L、最优接种量为10%;菌株B-1在最优条件下经好氧培养16小时后,除磷率高达99.98%,提示:菌株B-1是一株适用于三峡水库库岸磷污染治理的高效聚磷菌菌株。相关研究结果,不仅能丰富聚磷菌的应用领域,而且能为三峡水库土壤磷污染治理提供新的途径。