高环芳烃污染土壤的镰刀菌-雀麦联合修复研究

来源 :河北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jnyinli
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多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)作为土壤污染的一种重要化学污染物,不仅影响土壤的正常功能,降低土壤的环境质量,而且这类致癌、致畸和致突变的有机污染物进入农田生态系统后,可在动植物体内逐渐富集,并通过食物链最终传递给人类,进而威胁人类的健康和生存。多环芳烃主要产生于能源的使用过程中,如煤、石油等化石燃料等有机物的不完全燃烧。众所周知,煤炭和焦化厂均为PAHs的产生和存在提供了便利条件,其污染范围达2~3km甚至更大,从而使得煤矿区及焦化厂区成为典型的多环芳烃污染场地。前期对唐山煤矿区污染农田土壤调查发现,煤矿区周围89%的农田土壤存在着高环芳烃污染的生态风险,修复治理迫在眉睫。因此,本文以煤矿区高环芳烃污染土壤作为研究对象,采用室内盆栽试验开展镰刀菌-淀粉-无芒雀麦的生物修复技术研究,试图探明高效降解土壤HMW-PAHs的两因素及三因素的优势组合,揭示土壤HMW-PAHs降解与土壤酶活性的相关性,进一步确定降解土壤HMW-PAHs的重要降解酶。其主要研究结果总结如下:  1.淀粉、降解菌和无芒雀麦单因素对煤矿区污染农田土壤中HMW-PAHs的影响显著,修复效果明显。在不同淀粉剂量处理下,D2处理对5环和6环PAHs降解率最高,分别为30.12%和37.05%,而4环PAHs在D1处理下降解率最高,为14.44%;镰刀菌ZH-H2对土壤HMW-PAHs表现出良好的降解功能,不同接菌量下,H3处理对4环、5环和6环PAHs降解率最高,分别为19.00%、34.15%和29.28%,比CK空白对照分别提高了82.29%、47.70%和169.48%;无芒雀麦同样对土壤HMW-PAHs具有一定降解效果,4环、5环和6环PAHs降解率达12.64%、36.28%和36.26%。  2.淀粉、镰刀菌ZH-H2与无芒雀麦两两组合处理对5环和6环的降解效果优于其对应的单因素处理,而4环PAHs在各处理间差异较大。在淀粉与镰刀菌的不同组合中,高剂量淀粉(D2)组合对4环、5环和6环PAHs的降解率均高于低剂量淀粉(D1)组合,其中D2+H2处理下4环、5环和6环PAHs的降解率最高,分别为19.32%、46.65%、59.60%,其中6环PAHs比D2和H2单因素处理显著提高了60.86%和148.69%,且两因素组合对高环芳烃的降解存在显著的交互作用,推荐D2+H2(1.0g/kg淀粉+0.5g/kg镰刀菌ZH-H2)为修复煤矿区老化污染农田土壤HMW-PAHs的优势组合;淀粉增强了无芒雀麦对4环、5环和6环PAHs的修复,在D2+W两因素处理下降解率分别达17.93%、48.63%和58.32%,比W处理降解率显著增加了41.81%、25.16%和50.94%,且淀粉与无芒雀麦对6环PAHs降解的交互作用显著,推荐D2+W(1.0g/kg淀粉+无芒雀麦)为修复煤矿区老化污染农田土壤HMW-PAHs的优势组合;镰刀菌ZH-H2与无芒雀麦组合下4环、5环和6环PAHs降解率呈现出随着接菌量的增加而逐渐增加的趋势,其中H2和H3接菌量下降解菌-无芒雀麦组合降解率显著高于H1组合,H3+W处理下4环、5环和6环PAHs的降解率分别为21.08%、45.66%、53.24%,比W处理降解率增加了66.72%、25.83%、46.83%,比H3处理降解率增加了10.94%、33.70%、81.86%。推荐H2+W(0.5g/kg镰刀菌ZH-H2+无芒雀麦)为修复煤矿区老化污染农田土壤HMW-PAHs的优势组合。  3.淀粉、镰刀菌ZH-H2与无芒雀麦三因素处理对5环和6环的降解效果优于其对应的两因素组合,而4环PAHs在各处理间差异较大。4环、5环、6环PAHs在D2+H2+W处理下表现最高,降解率分别为27.58%、63.57%、71.05%,其中D2+H2+W对6环PAHs的降解率是其两因素处理D2+H2、D2+W、H2+W的1.19倍、1.33倍和1.22倍,且显著高于其他单因素和两因素处理。因此,可以将D2+H2+W(1.0g/kg淀粉+0.5g/kg镰刀菌ZH-H2+无芒雀麦)组合处理作为修复煤矿区老化污染农田土壤HMW-PAHs的优势组合。  4.经试验证实,镰刀菌ZH-H2本身分泌木质素过氧化物酶;在含HMW-PAHs的无机盐溶液中接种不同剂量的镰刀菌发现,木质素过氧化物酶活性与HMW-PAHs降解率表现出了极显著的线性正相关;在盆栽试验中也进一步证实了土壤木质素过氧化物酶活性与4环、5环、6环PAHs均表现出了极显著的线性正相关性(P<0.01)。因此,可以证实木质素过氧化物酶是镰刀菌ZH-H2降解土壤HMW-PAHs的重要降解酶。
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