草酸青霉与磷酸钙复配固化Pb2+机理及土壤风险评估

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiazaikankan
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磷酸盐固化技术是解决土壤铅(Pb)污染的一种有效修复方法。然而,使用可溶性磷化合物极易浸出造成水体富营养化,且修复成本较高。基于生态环境保护和成本效益,近些年研究者倾向于利用难溶性磷化合物对Pb污染进行修复,但是难溶性磷化合物的低溶解率又限制了Pb的固化效率。草酸青霉(Penicillium oxalicum)是一种广泛分布于土壤环境中、可分泌丰富有机酸并能提高土壤难溶性磷酸盐溶解率的生物资源。因此,通过构建P.oxalicum与难溶性磷酸盐的复配体系,能显著增加土壤中可溶性磷酸盐的浓度水平,促进磷酸铅类化合物的形成,进而实现Pb的高效稳定固化效果。然而目前关于P.oxalicum与TCP复配固化Pb的研究较少,导致该体系固化Pb机理及修复后土壤安全等科学问题尚不清楚。本研究以P.oxalicum和磷酸钙(TCP)联合构建复配体系,系统探讨该体系的Pb固化机理以及对土壤铅形态、土壤质量、微生物群落结构、土壤Pb潜在环境风险的影响规律,阐明复配体系修复Pb污染土壤的可行性,为土壤Pb固化提供成本低廉、环境友好的修复技术。本文主要研究结果如下:(1)系统探究了不同初始浓度Pb2+、TCP,以及不同初始p H对P.oxalicum+TCP去除溶液Pb2+效率的影响。P.oxalicum+TCP对不同初始浓度Pb2+(100、500、1000 mg/L)去除率均能达到99%以上,且具有显著的成本优势。此外,复配体系在酸性到碱性的环境中均表现出99%以上的高效去除效率。(2)阐明P.oxalicum+TCP修复过程中EPS、细胞壁基团、物相组成、微观结构形貌的变化机制,提出其固化Pb2+的潜在机理。复配体系中菌株细胞壁部分负电荷官能团能通过静电作用吸附带正电荷Pb2+,EPS中色氨酸类物质同样参与了Pb2+的生物吸附。同时,P.oxalicum+TCP体系能通过产生丰富的草酸,促进TCP溶解并释放大量磷酸根离子,促进Pb2+矿化为极其稳定的Pb5(PO4)3OH(Ksp=10-71.6)。利用毒性浸出试验发现,P.oxalicum+TCP体系中沉淀物的稳定性得到了显著提高。(3)综合阐述不同修复处理对土壤质量、重金属形态与有效性、微生物群落结构的影响。P.oxalicum与TCP同时添加时使土壤脲酶活性显著增大、酸性磷酸酶的活性变化不大,速效P显著增加2309.4%。与未修复处理组生物可利用性铅相比,P.oxalicum+TCP处理P.oxalicum+TCP修复处理降低土壤中Pb有效性的效果最显著,生物可利用度显著降低了49.2%(p<0.05)。Tessier浸提分析结果表明,P.oxalicum+TCP修复处理有效的降低了土壤Pb迁移。此外,P.oxalicum+TCP促进了土壤微生物群落结构的多样性和丰富度显著增加,且仅当复配修复处理时P.oxalicum能较好存活下来。(4)评估了不同修复处理对土壤的潜在环境风险。相较于CK处理组,TCP、P.oxalicum+TCP修复使得土壤中Pb的浸出性、可迁移性和生物可给性浓度均显著降低(p<0.05)),进一步比较发现,相较于TCP修复,P.oxalicum+TCP修复后土壤铅的毒性浸出浓度、迁移浓度、生物可给性浓度分别降低11.3%、78.5%、8.1%。P.oxalicum+TCP修复后土壤Pb的风险消减率、人体健康暴露风险降低。TCP、P.oxalicum+TCP处理组中地上和地下部分的生物量分别显著增加43.2%、55.9%(地上部分)、877.7%、1205.6%(地下部分)(p<0.05)。CK、TCP、P.oxalicum处理中油麦菜根系均遭到不同程度的急性毒害作用,而P.oxalicum+TCP处理由于根中Pb的富集系数显著降低了88.1%(p<0.05),使得根系健康且发达。同时,P.oxalicum+TCP处理使叶片的抗氧化能力得到显著改善,因此,P.oxalicum+TCP修复处理最有利于降低土壤Pb的环境风险。
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