水稻土硫酸盐还原作用对多氯联苯脱氯的影响及机制研究

Polychlorinated biphenyls (PCBs), one of typical chlorinated organic compounds, are widespread with low concentration and high risk in paddy soil. Therefore, it is particularly important to control and eliminate the PCBs pollution by the natural attenuation ability of paddy soil. Dechlorination is the initial step of natural attenuation of PCBs, and sulfate reduction process plays an important role in the sulfur cycle and the anaerobic degradation of organic pollutants in paddy soil. However, the effect and mechanism of sulfate reduction on the dechlorination of PCBs in paddy soil is still unclear. In this project, by regulating the sulfate reducing conditions, patch anaerobic incubation experiments of paddy soil would be conducted to explore the law of the dechlorination of PCBs under sulfate reducing conditions, to define whether the sulfate-reducing bacteria (SRB）has participated in the dechlorination process directly and analyze the metabolic process with micro-electrode, GC-MS, ion chromatography et al., to clarify the effect and mechanism of sulfate-reducing products on biotic and abiotic dechlorination of PCBs, to verify the two mechanisms based on the association analysis between SRB and dechlorinating bacteria with DGGE, real-time PCR et al. Thus the effect and mechanism of sulfate reduction on the dechlorination of PCBs in paddy soil would be described systematically. The implementation of this project would help to provide a theoretical basis to develop the dechlorination and natural attenuation of PCBs and other chlorinated organic compounds in paddy soil.

多氯联苯（PCBs）是水稻土中典型氯代有机污染物，呈现面广、浓度低、风险高等特点，利用水稻土自然消减能力控制和消除PCBs污染显得尤为重要。脱氯是PCBs自然消减的首要环节，硫酸盐还原作用在水稻土硫循环和污染物厌氧降解中扮演重要角色，但其对PCBs脱氯的影响及机制尚不清楚。本项目拟通过控制硫酸盐还原条件进行水稻土厌氧培养批次试验，研究水稻土硫酸盐还原条件下的PCBs脱氯规律，借助微电极、GC-MS、离子色谱等明确硫酸盐还原菌（SRB）是否直接参与PCBs脱氯并分析其脱氯代谢机制，阐明硫酸盐还原产物对PCBs生物与非生物脱氯影响及机理，利用DGGE、Real-time PCR等研究SRB与脱氯菌关联性从而基于微生物角度对SRB直接脱氯与硫酸盐还原产物影响脱氯两种机制进行验证，系统阐述水稻土硫酸盐还原作用对PCBs脱氯的影响及机制，为水稻土中PCBs等氯代有机污染物的自然脱氯消减提供理论依据。

本项目在进一步验证水稻土多氯联苯的自然消减规律、初步揭示脱亚硫酸盐菌属在PCBs脱氯过程中的作用的基础上，筛选了不同来源的硫酸盐还原菌富集物，考察了硫酸盐还原菌富集物体系中PCBs的脱氯消减，证实以沉积物为富集源的SRB混培体对PCBs的降解能力较好，并对富集物中的脱氯菌和硫酸盐还原菌进行了分子生物学分析，发现添加SRB或钼酸盐后富集物中的脱氯菌种群发生明显变化，推测SRB富集物培养过程中有部分脱氯菌同时参加了硫酸盐还原和脱氯两种生物过程。在此基础上模拟了水稻土不同硫酸盐还原条件，系统研究了添加污染土和实际污染土中PCBs脱氯消减规律，证实硫酸盐还原作用对PCBs消减有促进作用，采用DGGE与Real-time PCR技术研究了水稻土硫酸盐还原作用与PCBs脱氯过程的功能菌群关联性，对硫酸盐添加强化处理下的脱氯菌DGGE特异性条带克隆测序，鉴定出少量与氯代脂肪烃及芳香族化合物转化关系密切的脱氯菌属Chloroflexi同源性较高的序列；Real-time PCR结果发现，添加硫酸盐SRB的丰度最大、脱氯菌属Chloroflexi的丰度却不高，相反，钼酸盐的添加显著地抑制了SRB生长、Chloroflexi丰度显著增加，但硫酸盐处理组的PCBs降解率却高于钼酸盐添加处理，推测由SRB介导的硫酸盐还原过程通过某种机制显著促进了PCBs降解。同时也尝试研究了硫酸盐还原产物对PCBs非生物脱氯的影响，然而研究结果与实验预期并不一致，与不添加硫还原性物质相对比，添加了两种硫还原性物质对PCBs的非生物脱氯并没有产生显著的影响，需要更多的研究与验证，该部分内容执行情况不理想。此外增加研究了“过硫酸盐氧化降解土壤中PCBs研究”内容：对添加和实际PCBs污染土壤进行了过硫酸钠氧化降解PCBs多批次实验，考察土壤水分、粒径、有机质等理化性质对污染土中PCBs去除效率的影响。总体而言，本项目按计划完成了绝大部分工作，研究过程中确实碰到了难题（未能阐明硫酸盐还原产物对PCBs非生物脱氯的影响），新增了部分过硫酸盐氧化处理PCBs相关研究，研究结果将为氯代有机污染物在全球水稻土中的自然脱氯消减与强化原位修复提供科学依据。项目执行期间，共发表SCI论文5篇、完成预定指标，另外培养和协助培养研究生4人，促成中加国际合作项目1项（基于过硫酸盐化学氧化的有机氯污染物强化厌氧生物修复技术研究）。