生物炭负载零价铁单独及联合微生物修复有机氯农药污染土壤的机制

Site contamination with organochlorine pesticides (OCPs) has been a severe soil environmental problem in China. Biochar-supported zero valent iron (BC/ZVI) composites, which combines the highly reductive reactivity of nano-scaled zero valent iron and the adsorptive capacity as well as soil improvement property of biochar, are expected to be a new environment functional material and play an important role in the remediation of OCPs-contaminated soils. In the present project we choose the synthesized BC/ZVI composites as the remediating reagent, and investigate the adsorption-reductive degradation behaviors of OCPs in the soil-water systems as a function of BC/ZVI addition. The effect of BC/ZVI composites on the degradation of OCPs by soil microbial, and the response mechanism of OCPs degradation bacteria are clarified to deeply reveal the process and mechanism of chemical and enhanced microbial (indigenous and exogenous specific degradation bacteria) degradation of OCPs by BC/ZVI composites. The influence of BC/ZVI treatment on the soil ecological fuction will be finally explored from perspectives of dynamic changes of the microbial ecological strucutre and soil biological toxicity. The project is supposed to provide theoretical basis and technical support for the application of BC/ZVI in the remediation and ecological restoration of OCPs-contaminated soils.

我国由有机氯农药（organochlorine pesticides, OCPs）造成的场地土壤污染问题极为突出。生物炭负载零价铁复合材料兼具了纳米零价铁的高还原活性及生物炭的吸附性和环境改良功效，有望成为一种新型的环境功能材料，在OCPs污染土壤的修复中发挥重要作用。本项目拟以制备的生物炭负载零价铁复合材料为修复剂，研究复合材料添加后土壤-水体系中OCPs的吸附-还原降解行为；探明复合材料对土壤微生物降解OCPs过程的影响，以及复合材料作用下土壤微生物降解OCPs的响应机制，深入揭示复合材料还原降解并强化土著和特异性降解菌修复OCPs污染土壤的机制；最后从微生物生态结构和土壤生物毒性动态变化的角度，探讨复合材料处理对土壤生态功能的影响。本项目研究成果可为生物炭负载零价铁复合材料在OCPs污染土壤修复及生态恢复中的应用提供理论依据和技术支撑。

我国由有机氯农药造成的场地土壤污染问题极为突出。生物炭负载零价铁（BC/nZVI）作为一种新型的环境功能材料，在土壤修复研究中得到了较多关注。其与微生物修复的联合，能充分发挥纳米零价铁的高还原活性及生物炭的吸附性和环境改良功效。本项目以制备的多种BC/nZVI为修复剂，以模拟和实际有机氯农药污染土壤为对象，开展BC/nZVI联合微生物（包括土著和特异降解菌）修复有机氯农药污染土壤研究。主要研究内容及结果如下：.（1）BC/nZVI对水相和土壤-水体系中的六六六和滴滴涕有较好的降解去除效果，影响复合材料效果的因素包括生物炭原材料、制备温度、Fe/BC质量比、体系pH等；以700℃花生壳生物炭为载体效果最佳，复合材料投加量为5%时，对土壤中γ-六六六和α-六六六的效果达到96.5%及82.6%。.（2）考察了培养84d后，nZVI、花生壳BC、BC/nZVI复合材料的添加对土壤环境中的α-HCH及γ-HCH降解的影响。nZVI降解效果优于其他实验组，0.5%和1%复合材料组效果稍高于不灭菌的对照组。.（3）BC/nZVI的添加显著提高了特异降解菌株鞘氨醇单胞菌（Sphingomonas sp）对多种有机氯农药（六六六、滴滴涕、氯丹、灭蚁灵）的降解，且联合组明显优于其他组（BC/nZVI、微生物组及空白组）。三组材料添加促进了土壤脲酶活性，抑制了多酚氧化酶和蔗糖酶活性。土壤中总污染物残留量与脲酶、过氧化氢酶活性显著相关。.（4）高通量16s测序表明，BC/nZVI的添加减少了土壤中微生物物种数，微生物、复合材料联合微生物则增加了土壤中微生物物种数。宏基因测序结果表明，修复材料添加提高了微生物群落的功能多样性，总体趋势为BC/nZVI+微生物组>微生物组>空白组。修复后，土壤微生物群落的物种组成数与物种丰富度依次为：BC/nZVI+微生物组>微生物组>空白组，修复材料促进了微生物群落的物种多样性。.本课题研究成果可为BC/nZVI复合材料在OCPs污染土壤修复及生态恢复中的应用提供理论依据和技术方法。