多環(huán)芳烴污染農田土壤原位生物修復技術研究.pdf

1、污水灌溉及各種其他外源輸入是導致我國局部地區(qū)農田土壤多環(huán)芳烴(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs)累積含量高的主要原因。PAHs具有致癌、致畸、致突變性，在土壤環(huán)境中持久存在，已經嚴重威脅到農田生態(tài)安全和人群健康。近十年來，利用生物凈化技術修復PAHs污染農田土壤受到學界高度關注，生物修復技術研究已經從實驗室探索進入到原位（in-situ）實驗層面，但迄今為止，尚未形成在不影響農業(yè)生產前提下的原位

2、生物修復(in-situbioremediation)技術體系，尤其缺少在自然環(huán)境中如何強化功能微生物、植物作用的系統(tǒng)研究成果。本文圍繞PAHs污染農田土壤原位生物修復問題，采用室內模擬和田間試驗相結合的方法，系統(tǒng)研究了微生物降解、植物活化—吸收、植物—微生物聯(lián)合修復的作用效果及機制，通過原位修復實驗，集成了相關調控措施，初步形成了一套低成本、綠色生態(tài)的PAHs污染農田土壤原位生物修復技術方法。論文主要工作和研究成果如下:
　　一

3、、研究了固定化微生物菌劑對非流體介質土壤中PAHs的降解效果，初步提出了固定化菌劑的施用方法、營養(yǎng)調控措施，為大規(guī)模原位修復奠定了基礎。首先，將經富集、篩選獲得的土著混合菌制成吸附式固定化菌劑，通過室內試驗，考察了其對芘和苯并[a]芘的降解效果，結果表明:在滅菌土壤中，固定化菌劑比游離微生物對稠環(huán)芳烴的降解能力好，表明了固定化菌劑對PAHs持續(xù)降解的能力，其中，固定化混合微生物效果最好，固定化真菌次之，固定化細菌較差;隨后，在自然條件下

4、，由于固定化菌劑在一定程度上避免了與土著菌群之間的競爭，在自然土壤中具有良好的適應性，在適宜的營養(yǎng)條件下，固定化菌劑的自然活性可維持相對較長周期，對土壤中多年老化PAHs降解率可達39.97％，對芘和苯并(a)芘的降解率可達45.73％和31.93％;試驗還發(fā)現(xiàn)，不同環(huán)數(shù)PAHs的去除率與苯環(huán)數(shù)及PAHs分子量高低存在顯著的正相關性(P＜0.0.5)。
　　二、研究了具有經濟價值的多種功能植物對土壤中PAHs的活化、吸收和根際復合

5、作用，通過盆栽實驗和現(xiàn)場試驗，篩選獲得了優(yōu)勢功能植物，為建立微生物—植物聯(lián)合修復技術提供了可能。試驗發(fā)現(xiàn):雖然植物對PAHs的直接吸收量較少，但是由于根際區(qū)域形成了有利于老化PAHs活化的特殊微環(huán)境，適合優(yōu)勢微生物以PAHs為主要底物繁殖生長，因此對土壤中PAHs去除具有多重貢獻。利用盆栽試驗，考察了供試六種植物對土壤中PAHs的平均修復能力，其修復能力的排序為:黑麥草＞苜蓿＞大豆≈三葉草＞萬壽菊≈蓖麻;利用現(xiàn)場試驗，進一步證實了上述室

6、內試驗結論，同時發(fā)現(xiàn):在兩種不同污染程度土壤中，黑麥草和苜蓿對PAHs的修復率分別為26.38％、23.54％和23.50％和19.65％。
　　三、初步提出了優(yōu)勢微生物與功能植物的配伍方法，建立了基于PAHs高效降解菌劑和苜蓿、黑麥草的微生物—植物聯(lián)合修復技術，通過室內試驗，優(yōu)化了上述聯(lián)合修復技術的工藝參數(shù)。試驗結果表明:在一個植物生長季內，微生物—植物聯(lián)合修復對土壤中PAHs的去除率可達37.57％～41.30％，優(yōu)于植物修復

7、(18.72％～20.15％)和固定化微生物修復(16.05％～17.34％)單獨使用情形;聯(lián)合修復對5-6環(huán)PAHs去除效果可達18.07％～21.68％，已經滿足現(xiàn)場修復的基本要求;在固定化菌劑用量為3％（質量百分比）條件下，植物—微生物聯(lián)合修復達到最佳，進一步增加菌劑施量，PAHs去除率無顯著提高。深入研究表明:茵根真菌是PAHs污染土壤修復的有效生物強化措施，可大幅度提高稠環(huán)芳烴去除率;植物和微生物聯(lián)合使用可以改善表層土壤微環(huán)境

8、，提高土壤微生物數(shù)量等級，土壤脫氫酶活性與土壤微生物總量相關性極顯著，多酚氧化酶和脫氫酶可以作為指示修復程度微觀指標。
　　四、選擇多年旱田和水改旱田兩類農田土壤，進行現(xiàn)場原位修復研究，初步建立了適用于北方PAHs污染農田土壤原位生物修復技術模式，提出了工藝流程框架和修復工程設計方法，為建立PAHs污染農田土壤原位微生物—植物修復技術規(guī)范提供了基礎數(shù)據(jù)。在原位修復研究中，集成各種農藝措施，包括:翻耕、施有機肥、無機肥（N肥）、種植