多环芳烃污染农田土壤的生物协同修复及有机废物调控强化修复技术

摘要

随着经济的快速发展，我国局部地区农田土壤中的多环芳烃（Polycyclic AromaticHydrocarbons，PAHs）污染问题逐渐显现并日趋严重。PAHs是一类由多个苯环稠合而成的有机物的统称，低分子量的PAHs（<4环）有剧烈的毒性，一些高分子量的PAHs（≥4环）已被证明具有致癌、致畸、致突变的“三致”效应，其环境风险不容忽视。本文紧密结合江苏无锡某农田土壤PAHs污染状况，在国内外相关研究现状与趋势的分析的基础上，重点开展了PAHs污染农田土壤的生物协同修复和有机废弃物调控强化修复的研究，主要包括：PAHs污染土壤的微生物-表面活性剂强化修复，污染土壤的植物-微生物-表面活性剂根际协同修复作用以及有机废弃物对植物-微生物强化修复的调控作用，旨在为PAHs污染土壤的原位生物协同修复技术和生态调控技术的发展提供新的理论基础和方法。本研究的主要结果如下：
　　 （1）通过温室土培实验，研究了单独或联合接种PAHs专性降解菌（Bacillus sp；Flavobacterium sp.）（DB）和添加生物表面活性剂-鼠李糖脂（Rhamnolipids）（RH）强化微生物修复PAHs长期污染土壤的效果。结果表明：接种PAHs专性降解菌、添加鼠李糖脂能明显促进土壤中PAHs总量和各组分PAHs的降解。经过90 d培养后，DB、RH和RH+DB处理土壤PAHs的降解率分别为21.3％、32.6％、36.0％，较对照分别提高了333.0％、563.3％、633.0％。接种PAHs专性降解菌对高分子量PAHs的降解促进作用大于对低分子量PAHs的。此外，随着苯环数的增加，土壤中15种PAHs平均降解率逐渐降低。同时也发现DB、RH+DB处理土壤中脱氢酶活性、多酚氧化酶活性和PAHs降解菌数量显著高于CK、RH处理，但是CK与RH处理没有显著差异，说明PAHs专性降解菌、鼠李糖脂在促进土壤中PAHs的降解方面有不同的机制。
　　 （2）通过温室盆栽试验，研究了紫花苜蓿（Medicago sativa L.）、PAHs专性降解菌、AM菌根真菌（Glomus caledonium L）和鼠李糖脂对PAHs长期污染土壤的联合根际协同修复效果，研究结果表明：单接种PAHs专性降解菌（47.9％）的修复效果好于单接种菌根真菌（46.4％）和单添加鼠李糖脂（30.0％）；两两因素联合修复作用显著提高了PAHs降解率，其中PAHs专性降解菌与菌根真菌协同修复效果较好；紫花苜蓿-PAHs专性降解菌-菌根真菌-鼠李糖脂组合的根际生物协同修复效果最好。降解率最高达到66.7％。另外，随着苯环数的增加，土壤中15种PAHs的平均降解率逐渐降低。添加鼠李糖脂、接种微生物能够促进各环PAHs的降解，其中对高分子量PAHs降解的促进作用大于对低分子量PAHs的降解促进作用。土壤PAHs降解率与土壤脱氢酶活性、多酚氧化酶活性和PAHs降解菌数量呈正相关关系，添加鼠李糖脂、接种微生物提高了土壤脱氢酶活性、多酚氧化酶活性和PAHs降解菌数量，从而促进了土壤PAHs的降解。
　　 （3）在温室盆栽条件下，通过添加造纸干粉和发酵牛粪、接种PAHs专性降解菌，研究了利用有机废弃物对紫花苜蓿-PAHs专性降解菌修复PAHs长期污染土壤的调控作用。结果表明，接种PAHs专性降解菌、添加造纸干粉和发酵牛粪能促进紫花苜蓿的生长和土壤中PAHs的降解，在添加低含量有机废弃物时效果最佳。培养60 d后，接种PAHs专性降解菌、添加造纸干粉（低、高含量）和发酵牛粪（低、中、高含量）对PAHs降解率分别为25.8％、34.9％、32.0％、43.7％、27.7％、21.9％，均高于对照处理（5.6％）。另外，随着PAHs苯环数的增加，其平均降解率逐渐降低，但是接种PAHs专性降解菌、添加造纸干粉和发酵牛粪对高分子量PAHs的降解促进作用大于低分子量PAHs。同时也发现土壤中脱氢酶活性和PAHs降解菌数量与土壤PAHs的降解率呈极显著正相关关系。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 PAHs概述

1.1.1 PAHs的物理、化学性质

1.1.2 PAHs的性质及其环境健康风险

1.2 土壤PAHs污染

1.2.1 土壤中PAils的来源

1.2.2 土壤中PAHs的质量标准

1.2.3 我国土壤中PAHs的分布与含量

1.2.4 PAHs在土壤中的吸附

1.2.5 PAHs在土壤中的归宿

1.3 PAHs污染土壤的修复

1.3.1 PAHs污染土壤的修复技术

1.3.2 PAHs污染土壤的生物修复技术

1.3.3 微生物修复

1.3.4 植物修复

1.3.5 微生物-植物联合修复

1.4 PAHs污染土壤修复的强化措施

1.4.1 表面活性剂的应用

1.4.2 营养盐比

1.4.3 调节水分和增加空气

1.4.4 施加有机废弃物和堆肥

1.5 PAHs修复技术的发展现状

1.6 本论文研究内容及目的意义

第二章 微生物-生物表面活性剂强化降解多环芳烃长期污染土壤的探讨

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.2.1 材料

2.2.2 试验设计与实施

2.2.3 测定方法

2.3 结果与分析

2.3.1 土壤中PAHs含量的动态变化和降解率

2.3.2 土壤中15种PAHs含量及其降解率

2.3.3 土壤脱氢酶活性动态变化

2.3.4 土壤多酚氧化酶活性动态变化

2.3.5 土壤PAHs降解菌数量动态变化

2.3.6 PAHs降解率与脱氢酶、多酚氧化酶活性及降解菌数量之间的关系

2.4 讨论

2.5 本章小结

第三章 植物-微生物-生物表面活-性剂联合修复多环芳烃长期污染土壤的研究

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.2.1 材料

3.2.2 试验设计与实施

3.2.3 测定方法

3.3 结果与分析

3.3.1 不同处理紫花苜蓿的生物量

3.3.2 土壤中PAHs含量的动态变化和降解率

3.3.3 土壤中PAHs分环含量和降解率

3.3.4 土壤脱氢酶活性动态变化

3.3.5 土壤多酚氧化酶活性动态变化

3.3.6 土壤PAHs降解菌数量动态变化

3.3.7 PAHs降解率与脱氢酶、多酚氧化酶活性及降解菌数量之间的关系

3.4 讨论

3.5 本章小结

第四章 造纸干粉和发酵牛粪对植物-微生物修复多环芳烃污染土壤的影响

4.1 引言

4.2 材料与方法

4.2.1 材料

4.2.2 试验设计与实施

4.2.3 测定方法

4.3 结果与分析

4.3.1 不同处理紫花苜蓿的生物量

4.3.2 不同处理土壤中PAHs含量和降解率

4.3.3 土壤中不同环数PAHs含量和降解率

4.3.4 不同处理土壤脱氢酶活性变化

4.3.5 不同处理土壤PAHs降解菌数量变化

4.3.6 PAHs降解率与脱氢酶活性、降解菌数量之间的关系

4.4 讨论

4.5 结论

第五章 全文结论

5.1 全文结论

5.2 本研究的创新点

5.3 研究中的不足之处

参考文献

致 谢

读研期间发表的论文