固定化菌剂对土壤多环芳烃生物有效性的影响机理

我国存在大面积中低浓度多环芳烃（PAHs）污染土壤，潜在威胁生态安全与人群健康。可降解载体固定化菌剂对其修复效果显著，PAHs生物有效性的提高是其中的关键原因，但尚未搞清其发生机制。基于此，本项目以东北地区黑钙土和棕壤为研究对象，芘和苯并[a]芘为目标污染物，选择玉米芯为固定化载体，高大毛霉为高效降解菌，野外采样与室内模拟相结合，利用腐解、批平衡吸附/解吸与污染土壤修复实验，研究高效降解菌存在下固定化载体腐解特征，固定化菌剂对土壤PAHs活化与吸附过程、土壤性质影响导致的PAHs生物有效性变化，分析载体腐解特征、土壤性质、PAHs生物有效性和修复效果之间的关系，揭示固定化菌剂影响PAHs生物有效性的机理，明确固定化菌剂导致的PAHs生物有效性变化对修复效果的贡献。本项目的实施将为阐释固定化微生物修复过程中土壤PAHs的迁移行为提供理论支持，完善有机污染土壤固定化微生物修复原理。

本课题以固定化载体物质玉米芯为研究对象，通过室内模拟腐解、吸附/解吸和降解试验研究了玉米芯的腐解过程、玉米芯对土壤中多环芳烃（PAHs）的竞争性吸附和固定化菌剂对PAHs污染土壤修复过程中PAHs生物有效性变化的贡献，从而明确微生物固定化载体在土壤修复过程中的作用机理。结果发现：1)玉米芯腐解过程中，化学组分木质素呈凝聚趋势，相对含量从6%上升到28%以上，而其他组分相对含量则呈降低趋势；相对于土著菌处理，毛霉添加加速了水解物和脂类物质的分解，促进了玉米芯腐殖酸类物质芳香结构的缩合，E4/E6最大降低了54%，导致水溶性物质含量降低及其中腐殖酸和胡敏酸类物质含量的上升。2)膜和内扩散共同控制玉米芯对PAHs的吸附过程，吸附-分配双模式模型可以很好的模拟玉米芯对芘的吸附等温线; 玉米芯及其腐解产物存在能够显著提高土壤残留PAHs的解吸效率，其快速解吸部分相对初始值提高10-50个百分点。3) 单一污染土壤中芘和BaP的二氯甲烷提取率均低于复合污染土壤，而β-环式糊精提取率却相反；玉米芯固定化毛霉投加显著提高了野外污染土壤中PAHs的生物有效性，其有效性提高率在20-200%。研究结果完善了有机污染土壤固定化微生物修复原理，为进一步提高修复效率提供了思路和支撑。