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石油污染土壤生物修复研究

夏铭谦  
【摘要】:石油污染物因其难降解性和“致癌、致畸、致突变”效应,严重威胁土壤安全及人类健康。因此,石油污染修复对于生态环境保护具有重要意义。生物修复法是对自然过程的强化,具有成本低廉、环境友好、原位修复且不造成二次污染等优点,是石油污染修复的主流方向。本文以美国加州北部一石油污染场地为研究对象,开展了土著细菌筛选、功能菌群构建、温室模拟修复等生物修复试验研究。通过对土著微生物的富集培养、分离纯化,筛选得到石油烃降解细菌30株。16S rDNA鉴定结果表明,所得菌株分属于3大门,13个属,其中,变形菌门为优势菌门,沙雷氏菌属和假单胞菌属为优势菌属。各菌株石油烃降解能力测定结果表明,变形斑沙雷氏菌S1BD1,产碱杆菌OPKDS2,红球菌OSDS1,根瘤菌PNS1和假单胞菌BSS9BS1降解效率较高,15天(d)内分别降解67.99%、63.65%、54.92%、52.97%和41.75%的原油。考察了红球菌OSDS1产生物乳化剂特性及其对石油烃降解的促进作用。结果表明,红球菌OSDS1产胞外型生物乳化剂且乳化效果稳定,室温条件下168小时(h)后仍能保持约90%的乳化活性。该生物乳化剂对不同种类石油烃的乳化效果为:柴油矿物油、原油汽油。添加该生物乳化剂能够显著提高真菌(格孢腔菌32)对柴油及原油的降解效率,当添加乳化剂浓度分别为5g/L、1.25g/L时,真菌对柴油、原油的降解效率分别达最高值56.57%、84.80%。细菌真菌(红球菌OSDS1+格孢腔菌32)共培养体系的构建同样提高了石油烃降解效率,对柴油和原油的降解效率分别为64.30%和80.17%,远高于单菌(细菌:20.80%和25.43%;真菌:24.33%和38.40%)。添加生物乳化剂显著提高了微生物对原油中C16-C35化合物以及多环芳烃的降解能力。选取降解效率较高且特性互补的5株石油烃降解细菌,包括变形斑沙雷氏菌S1BD1、产碱杆菌OPKDS2、红球菌OSDS1、根瘤菌PNS1和假单胞菌BSS9BS1,构建高效石油烃降解菌群PHDc,并与单一菌株降解效率及特性进行对比。结果表明,构建菌群对初始浓度为1%的原油,15d降解效率达85.26%,远高于单菌。同时,构建菌群对原油中含碳量大于C16的化合物,以及支链烷烃和多环芳烃等较复杂化合物的降解效率提高显著。通过PCR技术,本研究成功实现了对降解菌群中烷烃羟化酶基因alkB的扩增,证实了烷烃降解酶的存在。选取5株具有植物促生特性的石油烃降解菌,包括假单胞菌PFS1和BSS3B2(产IAA),变形斑沙雷氏菌SIBD1和产碱杆菌PKS1(溶磷),以及芽孢杆菌PSS2和假单胞菌PFS1(产铁载体),构建植物促生菌群PGPBc,并探索其对盐草种子萌发及生长的影响。结果表明,PGPBc对盐草种子萌发无明显作用,对发芽种子的后续生长有显著促进作用。接种促生菌群PGPBc并加盖盆栽土可以显著提高盐草在受污染土壤中的发芽及生长,发芽率高达75%,生物量为空白对照的6.6倍。温室条件下,结合构建的石油烃降解菌群、植物促生菌群以及盐草,对SWMU污染土壤进行了为期半年的植物微生物联合修复模拟试验研究,评估了植物微生物联合修复法对拟修复污染土壤的修复效果。结果表明,植物微生物联合修复显著提高了土壤中石油烃污染物的降解效率,对土壤中总石油烃的降解效率达50.25%。石油烃降解菌可与盐草联合使用,共同修复土壤石油污染。本研究发现了变形斑沙雷氏菌(Serratia proteamaculans)的溶磷能力,探索了红球菌OSDS1产生物乳化剂对石油烃降解的促进作用,并开展了系列生物修复试验研究,研究成果为实施拟修复污染地大面积生物修复奠定了基础。


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