一种调控强化土壤多环芳烃微生物降解的方法及应用

本发明属于环境修复，尤其涉及一种调控强化土壤多环芳烃微生物降解的方法及应用。

背景技术：

1、多环芳烃(pahs)是一种低挥发性和持久性有机污染物，主要通过大气干湿沉降、污水灌溉等方式进入农田土壤并大量积累。我国尤其是北方污水灌溉区和老工业基地周边农田土壤pahs最常见，东北地区农田土壤pahs含量远高于其它地区，特别是辽宁和吉林农田土壤pahs浓度最高已达3309ng/g和4390ng/g。某油田废弃井场土壤样中∑16pahs质量分数范围0.01～2.59μg/g，土壤层位在0～20cm时，菲、荧蒽、屈占比较大，质量分数随深度增加而减小。高浓度、长时间pahs污染对农作物生长和人体健康产生一定风险，亟需进行修复。

2、作为环境友好和经济高效的修复技术，生物修复技术受到高环pahs难降解的局限性限制。但表面活性剂可改变pahs与微生物之间的关系，强化修复效果。表面活性剂促进pahs从土壤固相向水相转移，增大微生物与pahs的接触机会，促进微生物对pahs的降解。表面活性剂也可提高细胞表面疏水性，促进降解菌对pahs的吸附；增加细胞膜的通透性，提高pahs在降解菌细胞膜的传输能力；降解菌内部电子传递及相关降解基因(rhd和1h2nase等)的表达同时被激活，促进微生物降解pahs。前期发现表面活性剂可提高降解菌的电子链传递活性从而促进pahs的代谢，也有文献报道表面活性剂可以促进胞外电子介体的产生和分泌。但表面活性剂和电子介体能否联合强化微生物降解pahs还有待进一步研究。

3、基于上述原因，亟需研发一种提高pahs降解效率，尤其是高环pahs降解效率的高效生物修复技术。

技术实现思路

1、鉴于野外污染土壤pahs生物有效性低，微生物修复技术难以持续高效降解pahs，尤其是难降解高环pahs的缺点和不足，本发明提供一种调控强化土壤多环芳烃微生物降解的高效方法及应用，从而解决了现有技术存在的pahs低生物有效性限制，高环难以降解的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种调控强化土壤多环芳烃微生物降解的方法，具体包括以下步骤：

4、(1)选取污染土壤，除去杂物后，自然风干、研磨，并过10目筛待用；

5、(2)在过筛后的污染土壤中加入表面活性剂和吩嗪-1-羧酸水溶液，置于恒温培养室中；

6、(3)在恒温培养室中静止后，移入数株长势良好且性状一致的作物，室外培养、正常管理，收割时，用超纯水将作物的地上部分和地下部分彻底洗净，冻干后分析；

7、(4)取处理后的土壤样品，测量其中pahs的浓度，并分析土壤的微生物群落结构。

8、其中：

9、所述步骤(1)中，污染土壤为被多环芳烃污染的土壤。

10、所述步骤(2)中，加入的表面活性剂为鼠李糖脂，其质量浓度为0～100mg/kg。

11、所述步骤(2)中，吩嗪-1-羧酸的质量浓度为5～50mg/kg。

12、所述步骤(2)中，恒温培养室的温度设置为18～29℃。

13、所述步骤(3)中，在恒温培养室中的静止时间为7～10天。

14、上述调控强化土壤多环芳烃微生物降解的方法，在处理多环芳烃污染的土壤中的应用。

15、采用上述方法进行处理后，土壤总pahs去除率能够达到70％以上。

16、通过对上述方法中步骤(3)中收割处理后的作物进行dna提取和高通量测序，能够得知：处理后的土壤样品中的微生物群落的多样性得到了增加，土壤微生物群落结构得到改善，微生物群落代谢过程相关功能基因丰度均得到不同程度提高。

17、本发明的有益效果是：

18、1.本发明所采用的鼠李糖脂为环境友好的生物表面活性剂，在土壤、水体和植物中都自然存在，无毒，易生物降解。

19、2.本发明所采用的吩嗪-1-羧酸广泛存在于许多微生物的代谢物中，具有显著的医用和农用活性，可应用在农用杀菌剂领域，以及对人、畜低毒和易被降解的优良特性。

20、3.本发明所采用的鼠李糖脂与吩嗪-1-羧酸联合应用方法，能够降低pahs表面张力、增加其生物有效性，提供电子供体，强化土壤氧化-还原反应，增强pahs的降解，同时抑制土壤有害菌的生长。

21、4.本发明所采用的鼠李糖脂提高了pahs的生物有效性，增加了pahs降解微生物与pahs的接触机会和吸收概率，大大提高了pahs的降解效率。吩嗪-1-羧酸作为电子穿梭体，增强了微生物与土壤矿物的互作，促进了土壤中水铁矿的还原，二价铁在有氧环境中发生类芬顿反应，产生含氧自由基，进一步增强了对土壤洗脱液中pahs的氧化降解。

22、5.本发明的强化过程简单，环境友好，易于操作，经济高效，利于大面积推广应用。

技术特征：

1.一种调控强化土壤多环芳烃微生物降解的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种调控强化土壤多环芳烃微生物降解的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，污染土壤为被多环芳烃污染的土壤。

3.根据权利要求1所述的一种调控强化土壤多环芳烃微生物降解的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，加入的表面活性剂为鼠李糖脂，其质量浓度为0～100mg/kg。

4.根据权利要求1所述的一种调控强化土壤多环芳烃微生物降解的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，吩嗪-1-羧酸的质量浓度为5～50mg/kg。

5.根据权利要求1所述的一种调控强化土壤多环芳烃微生物降解的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，恒温培养室的的温度设置为18～29℃。

6.根据权利要求1所述的一种调控强化土壤多环芳烃微生物降解的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在恒温培养室中的静止时间为7～10天。

7.一种权利要求1～6任一项所述的调控强化土壤多环芳烃微生物降解的方法在处理污染土壤中的应用，其特征在于，土壤总pahs去除率能够达到70％以上。

技术总结
一种调控强化土壤多环芳烃微生物降解的方法及应用，属于环境修复技术领域。调控强化主要通过原位添加表面活性剂鼠李糖脂以及胞外电子介体吩嗪‑1‑羧酸的施用实现，是物理‑化学‑生物耦合作用的结果。生物表面活性剂通过降低PAHs表面张力，增加其微生物有效性，增强其对PAHs的降解能力。表面活性剂通过影响土壤微生物群落的结构和功能，改变污染物与微生物群落的响应关系进一步的持续强化它们对PAHs的降解。胞外电子介体的施用改变了微生物的表面活性及土壤氧化环境，进一步强化了PAHs的降解能力。本方法具有操作简单、经济高效、易于推广等优点。

技术研发人员：曾祥峰,李晓军,廉梅花,于晓曼
受保护的技术使用者：中国科学院沈阳应用生态研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10