高分子量PAHs污染土壤的环糊精强化微生物修复机理研究

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are widely distributed in soils. Agricultural soil pollution with persistent high molecular weight polycyclic aromatic hydrocarbons has been becoming an important environmental problem and threaten soil ecological safety and health. Therefore, the remediation of PAHs contaminated soil has been one of important environmental science & technologies, which needs to be solved by the State Environmental Protection Departments. Enhanced microbial remediation is an effective technique to remediate PAHs contaminated soil. Our previous study results showed that cyclodextrins enhanced microbial remediation had significant capability of degrading PAHs, but its degradation mechanism needs to be further explored. In the project, microcosm culture experiment will be carried out to investigate the solubilization, metabolic intermediate and ecological risk of cyclodextrins enhanced microbial remediation using triphasic kinetic models, 13C-PAHs stable isotope probe and 454 high-throughput sequencing technology. The objectives of this study are to explore the degradation kinetics, analyze limited factors of microbial degradation process, prove up the dynamic changes of PAH-degrading microbial community in soils, elucidate the relationships among PAHs, cyclodextrins and microorganisms in soil, and reveal the molecular mechanism of cyclodextrins enhanced microbial remediation for PAHs contaminated soils, which will provide scientific basis for microbial remediation of PAHs contaminated soils.

多环芳烃(PAHs)是土壤中广泛存在的有机污染物，我国农田土壤中难降解的高分子量多环芳烃污染凸显，危及土壤生态安全与健康。因此，PAHs污染土壤修复是国家环保部门亟需解决的重要环境科学技术问题之一。微生物强化修复是一种有效治理PAHs污染土壤的修复手段，前期工作发现环糊精强化微生物修复对PAHs具有明显降解作用，但其机理如何？尚需进一步研究。本项目拟采用室内微域培养试验，结合PAHs三相解吸动力学模型以及13C-PAHs稳定同位素探针及454高通量测序技术，深入研究高分子量PAHs在环糊精强化微生物修复过程中的增溶作用、中间代谢产物以及生态风险，探讨修复土壤中PAHs的降解动力学特征，分析微生物降解进程的限制因子，探明土壤降解中微生物群落结构的动态变化，阐明土壤中PAHs、环糊精及微生物的相互关系，揭示土壤中环糊精强化微生物降解PAHs的分子机理，为PAHs污染土壤微生物修复提供科学依据。

多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)是指由两个或两个以上的苯环并且以线状、角状或簇状排列的稠环烃类化合物及其衍生物，具有强烈的致癌、致畸、致突变的特性以及神经毒性，是一种持久性有机污染物。土壤中的PAHs主要来源于化石燃料的燃烧，且以高分子量的PAHs为主，其是土壤中广泛存在的有机污染物，我国农田土壤中难降解的高分子量的多环芳烃污染凸显，危及土壤生态安全与健康。因此，PAHs污染土壤修复是国家环保部门亟需解决的重要环境科学技术问题之一。微生物强化修复是一种有效治理PAHs污染土壤的修复手段。近年来，不少研究者将环糊精应用于环境污染物的包合增溶作用，其中用环糊精修复多环芳烃类污染物已成为关注热点。. 前期工作发现环糊精强化微生物生物修复对PAHs具有明显降解作用。本项目拟采用室内微域培养试验，结合PAHs三相解吸动力学模型以及碳-13PAHs 稳定同位素探针及454高通量测序技术，深入研究高分子量PAHs在环糊精强化微生物修复过程中的增溶作用、中间代谢产物以及生态风险，探讨修复土壤中PAHs的降解动力学特征，分析微生物降解进程的限制因子，探明土壤降解中微生物群落结构的动态变化，阐明土壤中PAHs、环糊精以及微生物的相互关系，揭示土壤中环糊精强化微生物降解PAHs的分子机理。研究得出：⑴ 甲基β环糊精（MCD）对PAHs修复效果明显，接种微生物和添加MCD对土壤酶活性有促进作用，土壤微生物群落功能多样性指数也表现为促进作用；⑵ 环糊精与多环芳烃能够形成包合物，有效地增大了多环芳烃的溶解度；⑶ 利用连续Tenax提取和三相解吸动力学模型，是一个明确不同土壤处理下限制因子的有益研究工具。⑷ 腐殖质减弱了环糊精对芘和苯并[a]芘的溶解性。⑸ 土壤中多环芳烃降解过程中产生出许多中间产物，如：邻苯二甲醛二丁酯，邻苯二甲酸单（2-乙基己基）酯，邻苯二甲酸二异丁酯，2-乙基呋喃出现。处理好这些产物对环境的影响将是一个重要的课题。