长江三角洲典型污染农田土壤多氯联苯分布、微生物效应和生物修复研究

【摘要】：本学位论文针对我国土壤中多氯联苯污染与研究现状,结合国际土壤与环境领域生物修复的科学发展趋势,对长江三角洲地区两类典型污染区——重金属典型污染区和多氯联苯典型污染区农田土壤中多氯联苯的污染特征进行了大范围的取样调查分析;利用Biolog方法对多氯联苯长期污染土壤的微生物群落功能多样性及其它的微生物效应进行了研究;在国内首次利用POM-SPE方法对秸秆焚烧后给土壤中多氯联苯的环境行为带来的影响进行了初步探讨;并利用稻草、猪粪厩肥结合好氧—厌氧不同处理对污染土壤进行了室内模拟修复研究,并用PLFA方法初步探讨了微生物结构的差异;同时借鉴其它污染物的修复方法,利用盆栽实验,将紫花苜蓿和菌根真菌以及根瘤菌进行不同组合,对多氯联苯长期污染的农田表层土壤进行修复研究。通过以上研究,得出如下结果: 通过对重金属典型污染区农田土壤的调查发现,多氯联苯的检出率在71.0%,同系物的组成上主要以4～6-Cl为主,平均含量在13.8ngg~(-1);有机氯农药中检出率最高的是DDTs(80.9%),平均含量也最高(13.4ngg~(-1)),HCB的含量较低(1.0ngg~(-1)),P,P′-DDT与α-HCH分别是DDTs与HCHs在土壤中的主要存在组分,同时污染物在土壤中的残留量与土壤中Cu含量有关,表现在Cu含量高的土壤中PCBs和DDTs的含量高于Cu含量低的土壤。土壤有机质和pH对土壤中污染物含量有显著影响(除HCB没有达到显著水平)。同时受Cu污染的土壤环境不利用污染物的生物降解,形成了重金属与有机氯污染物混合污染的现状。 对PCBs典型污染区的调查发现,农田土壤中PCBs平均含量为30.6ngg~(-1),最高为484.5ngg~(-1),以4～6-Cl同系物为主,约占65%以上。PCBs主要存在于的0～15cm的表层土壤,约占总量的88.6%。对生物体的调查发现,当地的蔬菜、家禽、鱼体内的含量已经威胁到居民的身体健康,蔬菜中以空心菜、青菜等含量较高,动物体内以脂肪组织中含量较高,在鸡的脂肪中最高达到2.5μgg~(-1)wt。对该地区污染源的分析表明:造成该地区PCBs污染的主要原因是对废旧变压器处理不当和电子垃圾的焚烧。 对PCBs长期污染土壤中微生物区系、生物量、土壤基础呼吸及微生物群落功能多样性研究表明:土壤细菌数量受污染程度的影响较小,真菌数量在污染严重的土壤中明显减少。土壤基础呼吸、生物量碳、氮随土壤污染程度的加剧而下降。土壤PCBs污染能导致土壤微生物结构和功能多样性发生改变,表现在微生物种群丰富度和常见物种数量随污染程度增加而减少。 应用聚甲醛—固相萃取(POM-SEP)方法研究了秸秆焚烧对PCB在土壤中的吸附行为的影响。结果表明:无论是稻草还是麦草焚烧产生的灰分都能增加土壤对PCBs的吸附,表现在土—水分配系数随灰分在土壤中含量增加而增大,其中对低氯代同系物的影响更明显。同时对PCBs土—水分配系数影响方面,两种灰分之间没有明显差异。POM-SPE方法用以直接测定PCBs的土—水分配系数有效地避开了PCBs水溶性低给研究带来的困扰,是研究疏水有机物在土—水体系中吸附行为的较好方法。 对土壤中有机物料含量在0～10%范围内研究了其强化土壤PCBs生物修复的作用,结果表明:PCBs降解率随土壤中有机物料增加而增加,其中厌氧—好氧连续处理有助于PCBs的降解,PCBs浓度平均下降了24.0%,和单纯好氧处理相比,平均提高了8.1%。研究还表明:有机物料加入不仅促进了土壤固有微生物对PCBs的降解,而且本身具有的微生物也对PCBs的