铁氧化物与电子供体基质交互作用对红壤性水稻土中DDT还原脱氯影响机制

The interaction between iron oxide and electron donor substance have significant influence on electron transfer and the growth of iron-reducing bacteria, which may affect the reductive dechlorination of persistent organic pollutants such as DDT in Hydragric Acrisols. This project will investigate the relationship between DDT dechlorination rate and the dynamics of H2 production by the degradation of electron donor substance or Fe(Ⅱ) production by Fe(Ⅲ) reduction under the conditions of different kinds and amounts of iron oxides and electron donor substances by using the anaerobic incubation experiment, in order to elucidate the influence and its main controlling factors of the interaction between iron oxide and electron donor substance on DDT reductive dechlorination in Hydragric Acrisols. Then the relationship between DDT dechlorination and the production of H2 or Fe(Ⅱ) will be analyzed under the conditions of different kinds and amounts of iron oxides and electron donor substances by inoculating iron-reducing bacteria with dechlorination capability in slurry system after sterilization, which will elucidate the influence of the interaction between iron oxide and electron donor substance on DDT dechlorination by iron-reducing bacteria. Furthermore, this project will investigate the influence of iron oxides and electron donor subatances on DDT reductive dechlorination in Hydragric Acrisols under different oxidation-reduction conditions by using rice pot experiment. The results will be of great significance for developing efficient in situ remediation technology of DDT contaminated soil.

铁氧化物与电子供体基质交互作用对电子转移及具有脱氯功能的铁还原菌生长有重要影响，进而可能影响红壤性水稻土中持久性有机污染物如DDT的还原脱氯降解。本项目采用厌氧培养实验，研究不同类型及含量的铁氧化物和电子供体基质条件下土壤中DDT脱氯速率与电子供体基质分解生成电子供体H2及Fe(Ⅲ)还原生成具有脱氯功能的Fe(Ⅱ)动态之间的关系，阐明铁氧化物与电子供体基质交互作用对红壤性水稻土中DDT还原脱氯的影响及其主控因素；模拟泥浆工艺实验，体系灭菌后接种具有脱氯功能的铁还原菌，分析不同类型及含量的铁氧化物和电子供体基质条件下体系中DDT脱氯降解与H2及Fe(Ⅱ)生成的量化消长关系，揭示铁氧化物与电子供体基质交互作用对铁还原菌降解DDT的影响机理；并通过水稻盆栽实验，研究不同氧化还原条件下铁氧化物和电子供体基质对DDT还原脱氯影响规律。研究结果对于制定DDT污染土壤的高效原位修复技术方案具有重要意义。

厌氧条件下，还原脱氯是DDT降解的关键途径，因为DDT含有较多的氯取代基，氯原子强烈的吸电子性使其很难被好氧微生物氧化降解。铁氧化物与电子供体基质交互作用对电子转移及具有脱氯功能的铁还原菌生长有重要影响，进而可能影响土壤中多氯代有机物DDT的还原脱氯降解。本研究采用土壤和泥浆厌氧培养实验及温室水稻盆栽实验，研究铁氧化物和几种电子供体基质及其交互作用对红壤性水稻土中DDT还原脱氯降解的影响及其机制。主要研究结果如下：. （1）DDT厌氧脱氯降解的主要产物为DDD。在培养前期，加入正丁酸和乙醇使反应体系的pH降低Eh增加，进而不利于DDT还原脱氯降解。添加针铁矿或者同时添加针铁矿和电子供体基质均使反应体系的pH增加Eh降低，并且增加土壤中Fe(II)的量，从而促进DDT还原脱氯降解。正丁酸和铁氧化物对DDT还原脱氯无显著交互作用，而乙醇和铁氧化物对DDT还原脱氯具有拮抗作用。. （2）乳酸在前8天对DDT脱氯无显著影响，之后促进DDT脱氯降解。添加丙酸在整个培养过程中均促进DDT还原脱氯，且丙酸对促进DDT脱氯的效果优先于乳酸处理。主要因为丙酸发酵很难生成产甲烷的前体物质乙酸，即丙酸是一种缓释氢气的脂肪酸，是加速红壤性水稻土中DDT还原脱氯的理想电子供体基质。添加针铁矿在培养前期显著促进DDT还原脱氯，因为添加针铁矿显著促进Fe(III)还原生成Fe(II)，Fe(II)是还原脱氯的有效电子供体。同时添加乳酸和针铁矿或者同时添加丙酸和针铁矿对促进DDT还原脱氯均具有协同作用，主要因为在整个培养过程中，添加乳酸或丙酸能够作为营养源刺激铁还原菌生长并加速Fe(III)还原生成Fe(II)，Fe(II)作为电子供体促进还原脱氯。. （3）在种水稻的红壤性水稻土和乌栅土中，施用1%和2%有机肥均显著抑制DDT脱氯降解。在红壤性水稻土中，添加2%有机肥比添加1%有机肥对抑制DDT脱氯降解的效果更显著，但该差异在乌栅土中不明显。由于水稻根具有泌氧能力使土壤氧化性增强，种水稻条件不利于DDT还原脱氯降解。. 本研究结果对于制定DDT污染土壤的高效原位修复技术方案具有重要意义，为探索加速红壤性水稻土中DDT消减的农艺措施提供重要依据。