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本项试验根据美国《环境反应、补偿和责任综合条例》中可处理性研究指南制定了试验研究方案。通过室内和田间试验,对生物修复条件下,土壤中莠去津降解菌的生态效应以及莠去津的降解反应类型、降解反应动力学及影响降解反应的环境因素等进行了比较系统地研究,提出了对莠去津污染土壤进行生物修复的技术手段。 1、本研究以来源于土壤、还原于土壤为指导思想,从长期施用莠去津的土壤中分离、筛选出3株长势良好的放线菌株S1、S2和S3,作为试验用莠去津降解菌。经过驯化和富集,再回接到土壤中,以达到对莠去津污染土壤进行生物修复,还土壤一个洁净的微生态环境的目的。 2、室内控制条件下的研究结果表明:供试菌在20~30℃之间生长良好,在10℃以下或35℃以上,菌株生长缓慢或几乎不生长;合适生长的pH范围是6.0~8.0;供试菌不以莠去津作为唯一的营养源,在生长中依赖于初级基质,维持代谢所必需的酶来自于对碳源、氮源的利用,对莠去津的代谢只能在消耗初级基质时发生。 3、生态效应研究结果表明:接种的供试菌有可能与土著微生物共存,土壤中接种菌的细胞数比土壤居留菌的数量高出2~3个数量级;优化土壤条件,保持微生物活性有利于莠去津的生物降解。在实验室内控制条件下对土壤接种,生长曲线出现明显的生长双峰期,细胞数可达到10°数量级,并保持动态平衡。在田间条件下,对于消毒土壤,菌体细胞在土壤中很快繁殖,但在接种初期,细胞分裂较慢,生长曲线没有明显的滞缓期;到第10天左右,菌体细胞分裂速度加快,增殖能力加强;在移栽人参条件下,分别在20~78天(消毒处理)和47~75天(未消毒处理)、休闲土壤在20~56天期间内,细胞数量基本维持在107~108数量级水平的稳定期;到了秋季,土壤中菌体细胞数量增加,开始第二个生长高峰。对土壤进行消毒或未消毒、栽参或休闲不同处理,接种菌生长曲线的变化趋势基本一致,只是菌体细胞数量上有明显差异。说明接种菌可以适应优化的土壤环境,与土著微生物共同参与代谢莠去津。 4、动力学研究表明:在微生物作用下,土壤中莠去津生物降解过程符合一级反应动力学模式c=c0e-k·l,拟合曲线的相关指数为0.81以上。向土壤接种单一或混合的莠去津降解菌,莠去津消失速率明显加快,并有降解产物检出。灭菌土壤中莠去津消失速率减慢,而且也没有降解产物生成。结果说明了土壤中莠去津消失类型可能不同,土壤微生物在莠去津消失过程中起到了一定的作用。受接种菌的种类、接种量、土壤温度、土壤pH、土壤处理方式、营养基质等环境因子的影响,土壤中筹去津降解速率也有显著性差异。 5、对芬去津降解反应类型的研究结果表明:由于微生物的参与,强化7筹去津在该条件下的降解反应过程,使表观活化能降低,充分反应了生物降解的特点。土壤中芬去津非生物降解的半衰期为117.5一105.9天;土著微生物代谢筹去津半衰期为28.午26.6天;在优化的生物修复条件下,其降解半衰期仅为2.7一3.3天。经修复后,土壤中筹去津消失95%所需要的时间由404天提前到132天,消失速率提高了3倍。 6、温度对降解速率影响的研究结果表明:在微生物生长适宜温度下,提高了生物酶活性,降解反应速率加快。另外,由于温度升高使土壤中筹去津粘度降低,扩散速度加快,增强了生物可利用性。 7、综合分析试验结果认为,在土著微生物作用下,土壤中秀去津生物降解过程并未起到主导性作用,单纯依靠自然环垅中的微生物群落来降解芬去津是不够的;向土壤中接种可降解芬去津的微生物进行生物强化,或对污染土壤环境进行人工调控,改变逆跪条件,激化微生物的活性,加速芬去津的生物降解速率的治理措施具有可操作性。