微生物對DDTs-PAHs復合污染農田土壤修復效果分析

段曉峰

(于都縣水利局，江西 贛州 342300)

農田水利工程涉及水力學、農學、土壤學，水文氣象、土木工程等多個領域，通過先進的工程技術措施實現水資源的合理利用，并對農田土地等進行改土培肥以達到糧食高產穩產的最終目的。由于多年來化學農藥的不合理使用，使得廣大農田土壤均遭受不同程度的污染，若不及時治理修復，勢必會影響糧食產量和質量，也會對國民身體健康造成不可預估的影響，因此對農田土壤進行改良、治理，成為當前以及今后農田水利工程的又一個熱點話題[1- 7]。

土壤及水資源的污染治理和修復技術包括物理修復技術、化學修復技術以及生物修復技術，其中生物修復技術又包括植物修復技術、動物修復技術和微生物修復技術，生物修復技術具有成本低、破壞小、范圍廣、形式多樣、不易造成二次污染等優點，逐漸被應用于水資源和土壤污染的治理當中，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措施，才能獲得最佳的修復效果，滴滴涕(DDTs)和多環芳烴(PAHs)污染是農田土壤污染中的典型代表，可對人體致癌以及造成嚴重的生態環境問題，當兩者交互作用時，更易產生拮抗作用，單一的生物修復方式已不能滿足復合污染的需要，因此需要找到一種環境型、經濟型、高效型的DDTs-PAHs復合污染農田土壤修復技術[14- 16]。

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

1 實驗概況

1.1 實驗材料

實驗共設置四組：DC- 1(球形節桿菌，從污染土壤中篩選出的高效降解菌)、N(甲基營養型芽孢桿菌，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)以及空白實驗對照組CK。實驗試劑包括二氯甲燒、濃硫酸以及硅膠固相萃取柱；實驗儀器包括：加速溶劑萃取儀、液相色譜儀以及全自動固相萃取儀。

1.2 實驗場地

實驗場地位于江西省某地農業大棚內，主要種植作物為蔬菜，對耕作層進行翻土，然后取出碎石、雜草以及塑料廢物等，將修復區域的土壤進行充分混和，然后將試驗場地劃分為2m×2m的4個區域，相鄰兩個域之間間隔1m，以防止相互影響；對初始土壤參數進行測定，得到其基本理化性質為：土壤屬粉砂質粘土，容重1225kg/cm3，pH值為7.2，有機質含量為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 實驗場地污染物初始殘留濃度

1.3 實驗方法

(1)進行DC- 1、N以及PN- 1菌種接種，空白實驗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驗區域，并對土壤0～20cm厚度范圍內進行拌合均勻，保持土壤的含水率為60%；

(3)每隔30d取相應區域0～20cm厚土壤；

(4)對土壤進行風干，然后提取土壤中的DDTs和PAHs；

(5)測試DDTs和PAHs含量。

2 實驗結果分析

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；無生物修復措施下(CK組)，降解率呈緩慢增長趨勢，表明土壤在自然環境下對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%，若在自然狀態下降解產生的DDTs污染，需要10.8年，但在實際情況下，由于農田土壤每年都在耕種，每年都會有新的DDTs積累，因此，若不采取修復技術，土壤中的DDTs污染只會越來越高，污染會越來越重；當采用生物修復技術后，土壤對DDTs的降解率大為提高，150d后，基本都可以達到總降解率40%以上，其中，DC- 1實驗組對DDTs的降解率最好，其次為N實驗組，再次為PN- 1實驗組。可見，在DDTs降解效果上，將球形節桿菌和甲基營養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；經過150d降解實驗后，DC- 1實驗組對PAHs的總降解率為22.1%，N實驗組對PAHs的總降解率為25.2%，PN- 1實驗組對PAHs的總降解率為23.6%，從PAHs降解率來講，N實驗組最好，PN- 1實驗組其次，DC- 1實驗組最小。

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，空白實驗組對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，N和PN-1組對p.p’-DDT的分解作用最強，分別可到69.4%和54.6%。PAHs污染物根據環數可分為2- 3環、4環、5環和6環，其中，4環以上(高環)的PAHs污染物總量最大，達到72.9%，但從實際分解作用來看，相同時間內，微生物對PAHs污染物的分解作用隨著環數的升高呈遞減趨勢，環數越高，越難分解；N實驗組對2- 3環的分解率較高，可達50.9%，但對高環的分解效果不佳，對6環的分解率僅為4%，PN- 1實驗組對PAHs的降解作用整體上表現最佳，能夠對高環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實驗組。詳見表1。

表1 菌種對DDTs- PAHs不同污染物降解效果對比

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

3 結論

(1)球形節桿菌(DC- 1)對DDTs的總降解效果最佳，150d的降解率達到了52.4%；甲基營養型芽孢桿菌(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(2- 3環)PAHs的降解效果最佳，但對高環難分解物的降解效果最差，PN- 1對高環難分解PAHs污染物的分解效果最好，DC- 1對高環難分解PAHs污染物的分解效果介于N和PN- 1之間。

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