微生物對DDTs-PAHs復(fù)合污染農(nóng)田土壤修復(fù)效果分析

段曉峰

(于都縣水利局，江西 贛州 342300)

農(nóng)田水利工程涉及水力學(xué)、農(nóng)學(xué)、土壤學(xué)，水文氣象、土木工程等多個領(lǐng)域，通過先進(jìn)的工程技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)水資源的合理利用，并對農(nóng)田土地等進(jìn)行改土培肥以達(dá)到糧食高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的最終目的。由于多年來化學(xué)農(nóng)藥的不合理使用，使得廣大農(nóng)田土壤均遭受不同程度的污染，若不及時治理修復(fù)，勢必會影響糧食產(chǎn)量和質(zhì)量，也會對國民身體健康造成不可預(yù)估的影響，因此對農(nóng)田土壤進(jìn)行改良、治理，成為當(dāng)前以及今后農(nóng)田水利工程的又一個熱點(diǎn)話題[1- 7]。

土壤及水資源的污染治理和修復(fù)技術(shù)包括物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)以及生物修復(fù)技術(shù)，其中生物修復(fù)技術(shù)又包括植物修復(fù)技術(shù)、動物修復(fù)技術(shù)和微生物修復(fù)技術(shù)，生物修復(fù)技術(shù)具有成本低、破壞小、范圍廣、形式多樣、不易造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)，逐漸被應(yīng)用于水資源和土壤污染的治理當(dāng)中，并取得了一定成效[8- 13]。不同類型的土壤污染需要采取不同的生物修復(fù)措施，才能獲得最佳的修復(fù)效果，滴滴涕(DDTs)和多環(huán)芳烴(PAHs)污染是農(nóng)田土壤污染中的典型代表，可對人體致癌以及造成嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題，當(dāng)兩者交互作用時，更易產(chǎn)生拮抗作用，單一的生物修復(fù)方式已不能滿足復(fù)合污染的需要，因此需要找到一種環(huán)境型、經(jīng)濟(jì)型、高效型的DDTs-PAHs復(fù)合污染農(nóng)田土壤修復(fù)技術(shù)[14- 16]。

文章對4種微生物(包括空白對照組)降解作用下DDTs-PAHs復(fù)合污染農(nóng)田土壤修復(fù)效果進(jìn)行了對比分析，以期能為農(nóng)田污染治理和修復(fù)提供借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)概況

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)共設(shè)置四組：DC- 1(球形節(jié)桿菌，從污染土壤中篩選出的高效降解菌)、N(甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌，從落地油污染土壤中篩選出的高效降解菌種)、PN- 1(體積比DC- 1∶N=2∶1混合菌種)以及空白實(shí)驗(yàn)對照組CK。實(shí)驗(yàn)試劑包括二氯甲燒、濃硫酸以及硅膠固相萃取柱；實(shí)驗(yàn)儀器包括：加速溶劑萃取儀、液相色譜儀以及全自動固相萃取儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)場地

實(shí)驗(yàn)場地位于江西省某地農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)，主要種植作物為蔬菜，對耕作層進(jìn)行翻土，然后取出碎石、雜草以及塑料廢物等，將修復(fù)區(qū)域的土壤進(jìn)行充分混和，然后將試驗(yàn)場地劃分為2m×2m的4個區(qū)域，相鄰兩個域之間間隔1m，以防止相互影響；對初始土壤參數(shù)進(jìn)行測定，得到其基本理化性質(zhì)為：土壤屬粉砂質(zhì)粘土，容重1225kg/cm3，pH值為7.2，有機(jī)質(zhì)含量為5.5%，初始DDTs總殘留濃度為47.94ug/kg，初始PAHs總殘留濃度為690.1ug/kg，如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)場地污染物初始?xì)埩魸舛?/p>

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

(1)進(jìn)行DC- 1、N以及PN- 1菌種接種，空白實(shí)驗(yàn)對照組不接種任何菌種；

(2)分別將500mL的空白組、DC- 1、N以及PN- 1菌液均勻噴灑在四個實(shí)驗(yàn)區(qū)域，并對土壤0～20cm厚度范圍內(nèi)進(jìn)行拌合均勻，保持土壤的含水率為60%；

(3)每隔30d取相應(yīng)區(qū)域0～20cm厚土壤；

(4)對土壤進(jìn)行風(fēng)干，然后提取土壤中的DDTs和PAHs；

(5)測試DDTs和PAHs含量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 DDTs降解效果分析

不同微生物降解下DDTs的總降解率隨時間的變化曲線如圖2所示。從圖2中可以看到：隨著時間的增加，DDTs總降解率呈逐漸增長趨勢；無生物修復(fù)措施下(CK組)，降解率呈緩慢增長趨勢，表明土壤在自然環(huán)境下對DDTs具有一定的分解和降解能力，其30d、60d、90d、120d和150d下的降解率分別為1.5%、2%、2.7%、3.2%以及3.8%，平均每天的降解率為0.0253%，若在自然狀態(tài)下降解產(chǎn)生的DDTs污染，需要10.8年，但在實(shí)際情況下，由于農(nóng)田土壤每年都在耕種，每年都會有新的DDTs積累，因此，若不采取修復(fù)技術(shù)，土壤中的DDTs污染只會越來越高，污染會越來越重；當(dāng)采用生物修復(fù)技術(shù)后，土壤對DDTs的降解率大為提高，150d后，基本都可以達(dá)到總降解率40%以上，其中，DC- 1實(shí)驗(yàn)組對DDTs的降解率最好，其次為N實(shí)驗(yàn)組，再次為PN- 1實(shí)驗(yàn)組。可見，在DDTs降解效果上，將球形節(jié)桿菌和甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌反而會取得相反的效果。

圖2 DDTs降解曲線

2.2 PAHs降解效果分析

不同微生物降解下PAHs的總降解率隨時間的變化曲線如圖3所示。從圖中可以看到：與DDTs降解率變化特征相似，隨著時間的不斷增加，PAHs總降解率呈不斷增長趨勢；無生物修復(fù)措施下(CK組)，降解率人呈緩慢增長特征，150d后的降解率為6.6%，較DDTs降解率略高，平均降解率為0.044%，若在不采取任何措施下，降解土壤中PAHs的時間需要6.23年，也是難以滿足對土壤中PAHs的降解要求；經(jīng)過150d降解實(shí)驗(yàn)后，DC- 1實(shí)驗(yàn)組對PAHs的總降解率為22.1%，N實(shí)驗(yàn)組對PAHs的總降解率為25.2%，PN- 1實(shí)驗(yàn)組對PAHs的總降解率為23.6%，從PAHs降解率來講，N實(shí)驗(yàn)組最好，PN- 1實(shí)驗(yàn)組其次，DC- 1實(shí)驗(yàn)組最小。

圖3 PAHs降解曲線

2.3 討論

DDTs污染物總體上可以分為p.p’-DDE、p.p’-DDT、p.p’-DDD和o.p’-DDT四種，空白實(shí)驗(yàn)組對4種污染物的降解率介于3.1～4.2%之間，相差不大，微生物對p.p’-DDT的降解率最高，可達(dá)50%以上，表明微生物對DDTs的好氧分解作用大于厭氧分解作用，DC-1對p.p’-DDE的分解作用最強(qiáng)，N和PN-1組對p.p’-DDT的分解作用最強(qiáng)，分別可到69.4%和54.6%。PAHs污染物根據(jù)環(huán)數(shù)可分為2- 3環(huán)、4環(huán)、5環(huán)和6環(huán)，其中，4環(huán)以上(高環(huán))的PAHs污染物總量最大，達(dá)到72.9%，但從實(shí)際分解作用來看，相同時間內(nèi)，微生物對PAHs污染物的分解作用隨著環(huán)數(shù)的升高呈遞減趨勢，環(huán)數(shù)越高，越難分解；N實(shí)驗(yàn)組對2- 3環(huán)的分解率較高，可達(dá)50.9%，但對高環(huán)的分解效果不佳，對6環(huán)的分解率僅為4%，PN- 1實(shí)驗(yàn)組對PAHs的降解作用整體上表現(xiàn)最佳，能夠?qū)Ω攮h(huán)PAHs保持相對較高的降解速率，DC- 1對PAHs的降解效果略差于PN- 1實(shí)驗(yàn)組。詳見表1。

表1 菌種對DDTs- PAHs不同污染物降解效果對比

綜上分析可以發(fā)現(xiàn)：DC- 1菌種對于DDTs的降解效果最好，N實(shí)驗(yàn)組對PAHs的降解效果最好，DC- 1實(shí)驗(yàn)組對不同DDTs種類污染物的降解效果均較好，且對低環(huán)或者高環(huán)PAHs污染物的降解效果適中，而N實(shí)驗(yàn)組對p.p’- DDT的降解效果較好，且對低環(huán)PAHs的降解效果較佳，但對高環(huán)PAHs的降解效果較差；PN- 1實(shí)驗(yàn)組對DDTs的降解效果較差，但對PAHs的降解效果較好，特別是對高環(huán)PAHs的降解效果相對最好，針對一些難以分解物質(zhì)的治理和修復(fù)具有較好的效果。

3 結(jié)論

(1)球形節(jié)桿菌(DC- 1)對DDTs的總降解效果最佳，150d的降解率達(dá)到了52.4%；甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌(N)對PAHs的總降解效果最佳，150d后的降解率為25.2%。

(2)DC- 1、N以及PN- 1三類菌種對DDTs的好氧分解作用大于厭氧分解作用；N對低環(huán)(2- 3環(huán))PAHs的降解效果最佳，但對高環(huán)難分解物的降解效果最差，PN- 1對高環(huán)難分解PAHs污染物的分解效果最好，DC- 1對高環(huán)難分解PAHs污染物的分解效果介于N和PN- 1之間。

(3)3種生物修復(fù)措施下對DDTs- PAHs復(fù)合污染農(nóng)田土壤的修復(fù)效果各有優(yōu)勢，但從整體上來講DC- 1的綜合修復(fù)效果最佳；研究成果對于農(nóng)田水利工程有機(jī)復(fù)合污染土壤的修復(fù)治理工作具有一定的借鑒意義。