强化蜈蚣草富集砷的微生物菌剂开发及修复应用

论文摘要

砷是自然界中分布广泛的类金属元素,其化合物是常见的有害物质,能引起多种疾病,甚至癌变。土壤中的砷不仅可以进入食物链威胁人体健康,而且还可以进入大气和水体造成二次污染。目前,采用植物和微生物联合修复污染土壤日益受到学术界的重视,在实验室和小规模的现场修复实验中也取得了一定效果。因此开展植物微生物田间修复具有重要的意义。本文对我国典型工业城市工业影响区土壤进行调查,初步揭示当地的土壤污染状况及其对健康的威胁。同时以砷超积累植物蜈蚣草（Pteris vittata L.）和砷还原茵（F2-As、F2、C13）为供试材料,在田间条件下研发植物-微生物修复砷污染土壤的现场修复技术,以及配套的微生物菌剂制备技术。主要研究结果如下：1.揭示了我国南方典型工业城市湖南郴州,冶炼、焦电、煤矿三类工业影响区土壤重金属和PAHs赋存特征,研究发现As是三类工业影响区最为普遍的污染物。2.研制了促进蜈蚣草修复砷污染土壤的微生物固体菌剂,筛选出固体载体的最佳配比为：草炭土、锯末、稻壳、活性碳质量百分比：30：25～30：25～30：10～20时最适合微生物生长。载体的菌剂吸附量达到108～109个/克。菌剂能显著提高蜈蚣草的修复效率。施加菌剂后蜈蚣草地上部生物量提高了16.8%。蜈蚣草地上部砷吸收量比对照提高了41.11%,显著提高蜈蚣草的吸收砷的量。3.在田间条件下,施加外源微生物菌剂提高了蜈蚣草的生物重和砷的浓度,提高了蜈蚣草地上部和地下部对砷的累积量,除C13处理外,其余施菌处理中蜈蚣草地上部的砷累积量均显著高于对照,各处理间F2-As处理蜈蚣草体内砷累积量最高,为308mg/m2,约为对照的1.59倍,并与其他茵剂处理累积量具有显著性。修复效率达到3.39%-6.66%而对照仅为2.84%。4.在田间试验下,外源微生物能影响蜈蚣草体内及土壤中砷形态的变化。90d后,各茵剂处理组均能使蜈蚣草地上部As（Ⅲ）含量增加,以F2增加最高是对照的1.36倍。土壤中的砷形态仍以As（Ⅴ）为主,微生物对根际土壤中的As（Ⅲ）有促进作用,在90d时,较对照组和其它施茵组,茵剂F2-As能显著增加根际As（Ⅲ）的含量,是CK2的1.35倍。添加外源微生物茵剂后,各处理组间根际土壤DOC含量较对照组显著增加,且各处理组间具有显著性差异,其中以F2-As处理组最高,是对照组的2.78倍,DOC含量的增加促进土壤中生物有效性砷的增加,有效态砷的含量较空白对照组的增加6.01-23.20%,但未达显著水平。有效态砷是含量增加是促进蜈蚣草砷吸收的一个重要原因。5.在大田试验下,利用DGGE对添加外源微生物后的蜈蚣草土壤中的微生物群落进行多样性分析。结果表明：施加砷还原茵剂前期能增加土壤微生物群落多样性和种群丰富度,60天后施加茵剂与对照无差异。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 摘要
• 1 引言
• 2 土壤砷污染研究进展
• 2.1 土壤砷污染状况
• 2.2 土壤砷污染危害
• 2.3 土壤砷污染的修复技术
• 2.4 砷污染土壤的植物修复技术
• 3 微生物促进植物修复研究进展
• 3.1 微生物促进植物修复机理
• 3.2 微生物促进植物修复研究进展
• 4 选题依据和研究意义
• 5 研究内容
• 6 技术路线图
• 参考文献
• 第二章 典型工业影响区土壤复合污染特征及风险评估
• 摘要
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 研究区概况
• 2.2 样品的采集与分析方法
• 2.3 土壤质量评价方法
• 2.4 统计分析
• 3 结果与讨论
• 3.1 工业场地土壤重金属的污染特征
• 3.2 工业场地土壤PAHs的污染特征及来源分析
• 3.3 工业场地污染物共存特征分析
• 3.4 场地复合污染的生态风险评价
• 4 小结
• 参考文献
• 第三章 促进蜈蚣草吸收砷的微生物菌剂的制备及效果验证
• 摘要
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 菌种来源
• 2.1.2 实验试剂
• 2.1.3 载体
• 2.2 复合菌剂的制备方法
• 2.2.1 菌种发酵
• 2.2.2 吸附
• 2.2.3 培养
• 2.3 盆栽试验
• 2.4 样品测定方法
• 2.4.1 活菌数测定
• 2.4.2 砷的测定
• 2.4.3 植物砷形态测定
• 3 结果与分析
• 3.1 复合载体稳定性评估
• 3.2 微生物菌剂对蜈蚣草生物量的影响
• 3.3 微生物菌剂对蜈蚣草地上部砷含量影响
• 3.4 修复效果
• 4 讨论
• 4.1 复合载体吸菌量的比较
• 4.2 微生物菌剂对植物修复效率的影响
• 5 小结
• 参考文献
• 第四章 菌剂强化蜈蚣草修复砷污染土壤的现场应用
• 摘要
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 供试材料
• 2.2 试验设计
• 2.3 样品采集
• 2.4 统计分析
• 3 结果与分析
• 3.1 施用菌剂对蜈蚣草生长的影响
• 3.2 施用菌剂对蜈蚣草砷含量的影响
• 3.3 施用菌剂对蜈蚣草砷形态的影响
• 3.4 施用砷还原菌剂对蜈蚣草积累砷及土壤修复效率的影响
• 4 讨论
• 4.1 添加砷还原菌剂促进蜈蚣草对砷吸收,提高蜈蚣草修复效率
• 4.2 微生物提高蜈蚣草砷修复效率的机理
• 5 小结
• 参考文献
• 第五章 植物——微生物修复后的生态环境效应
• 摘要
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 样品采集
• 2.2 主要仪器设备与试剂
• 2.3 测定方法
• 2.3.1 土壤砷形态测定方法
• 2.3.3 土壤DOC测定
• 2.3.4 根际土壤微生物DNA提取步骤
• 2.4 16SrDNA的PCR扩增
• 2.5 变性梯度凝胶电泳分析
• 3 结果分析
• 3.1 施用菌剂对土壤DOC及有效态砷的影响
• 3.2 施加菌剂土壤砷形态的变化
• 3.3 根际土壤基因组大小
• 3.4 生物多样性
• 4 讨论
• 5 小结
• 参考文献
• 结论与展望
• 致谢
• 研究生期间发表的文章