氯酚污染土壤的蚯蚓强化修复技术的初步研究

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蚯蚓是土壤中的主要大型动物,被誉为“土壤工程师”。通过自身对土壤的取食、消化和排泄和挖掘等活动,蚯蚓对土壤理化性质产生显著影响,使其有利于微生物活性和植物生长。例如,蚯蚓可以分解土壤有机质和破碎土壤颗粒,增加土壤养分含量及其有效性;提高土壤孔隙度,增加土壤湿度和氧气含量;促进土壤形成团粒结构,维持土壤结构稳定等。此外,蚯蚓能蓄积有机物,对一些有机污染物还具有降解作用。因此,蚯蚓具有辅助修复有机物污染土壤的潜力。氯酚是土壤中一类常见有机污染物,毒性大、在环境中难降解。威廉腔环蚓是土壤中一种常见蚯蚓,对有机污染物具有较强的耐受能力。   本文以氯酚和威廉腔环蚓为对象,研究蚯蚓对氯酚在土壤中吸附、降解和矿化等影响,从而为有机物污染土壤的蚯蚓强化修复技术提供理论依据。主要内容包括土壤中氯酚分析方法的建立、蚯蚓对氯酚的耐受实验、蚯蚓对氯酚在土壤上吸附的影响、在土壤中的降解和矿化的影响等。   首先建立了土壤中PCP的分析提取方法:乙酸乙酯作为萃取溶剂、盐酸酸化、超声萃取、HPLC定量。其检测限为0.1 mg/kg,对句容土和乌栅土中PCP回收率分别为90.7%和100.8%,而RSD为4.43%和3.25%。氯酚对蚯蚓具有毒性,因此还进行了蚯蚓对氯酚的耐受实验,以确定实验中氯酚的适宜浓度。实验设置0、10、30、50、100 mg/kg5个浓度,时间为15天。实验结果表明威廉腔环蚓对PCP的耐受浓度在30-50 mg/kg之间,而对2,4,6-TCP的耐受浓度大于100 mg/kg。   然后采用批处理方法研究了威廉腔环蚓对2,4-DCP和PCP在土壤上吸附和解吸的影响。吸附实验结果表明,2,4-DCP和PCP在蚓粪上的吸附量高于土壤。Freundlich方程比Linear方程能更好拟合其吸附等温线(R2>0.97)。对于PCP,其在句容土、乌栅土、江宁土上的吸附平衡分配系数Kp值分别为17.54、5.21和1.89,而在对应蚓粪上的Kp值分别为24.99、6.64、2.37;对于2,4-DCP,其在句容土和乌栅土上的Kp值为16.11和5.65,而在对应蚓粪上的Kp值为17.59和7.57。2,4-DCP和PCP在土壤和蚓粪上为不可逆吸附,而且蚓粪中不可逆程度更大。氯酚在蚓粪中吸附增加和不可逆吸附程度增加的原因可能是蚓粪中有机质含量和粘土含量都增加。   在降解和矿化实验前,为了检验土壤中是否存在对氯酚降解菌。采用富集培养、平板划线分离的方法,从土壤中分离得到了分别以2,4-DCP、2,6-DCP、2,4,6-TCP和PCP为唯一碳源和能源的降解菌,一共10株。降解实验结果表明:对4-氯酚、2,4-DCP和2,6-TCP均有降解能力,除1株外,对2,4,6-TCP也均有降解能力,而对PCP具有降解能力的有5株,其中4株是以低取代氯酚筛选到的。对这些菌株进行了16S rRNA鉴定,并确认其种属关系,然后构建了系统进化树,表明这种土壤中氯酚的降解菌分属于不同的门、纲、属,其中7株属于α-变形菌,1株属于β变形菌门,1株属于γ变形菌门,1株属于放线菌门。   采用14C标记的2,4-DCP研究了蚯蚓和植物秸秆对其在土壤中的矿化影响。结果表明:蚯蚓提高了土壤中2,4-DCP的去除率,但降低了其矿化率。三种土壤加入蚯蚓后2,4-DCP的矿化率分别从23.2%、42.7%和13.0%降为17.8%、34.4%和5.7%,而土壤中14C残留则分别从73.9%、58.2%、88.9%降到65.4%、49.5%和79.6%。这很可能是因为蚯蚓的蓄积作用,因为实验结束时蚯蚓体内的14C占到14C加入总量的17.6%、16.6%和12.9%。加入秸秆也降低2,4-DCP在句容土和乌栅土中的矿化,但提高了在江宁土中的矿化,其矿化率分别为19.3%、36.5%和5.7%。还分析了14C在土壤甲醇可提取态、富里酸、胡敏酸和胡敏素中相对含量,发现有蚯蚓的处理中,14C在胡敏素和胡敏酸中更高,这说明蚯蚓对2,4-DCP向土壤腐殖质转化具有促进作用。   本文只是就蚯蚓对氯酚在土壤中的降解转化的影响有了一个初步结果,需要更多研究蚯蚓对氯酚及其它有机污染物在土壤中降解转化的影响和机理。由于不同生态类型的蚯蚓对土壤理化性质具有不同影响,以及有机污染物(例如氯酚)对蚯蚓存在毒性,因此筛选不同生态类型、具有耐受能力的蚯蚓品种也是今后研究的重点。
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