微生物对DDTs-PAHs复合污染农田土壤修复效果分析

段晓峰

(于都县水利局，江西 赣州 342300)

农田水利工程涉及水力学、农学、土壤学，水文气象、土木工程等多个领域，通过先进的工程技术措施实现水资源的合理利用，并对农田土地等进行改土培肥以达到粮食高产稳产的最终目的。由于多年来化学农药的不合理使用，使得广大农田土壤均遭受不同程度的污染，若不及时治理修复，势必会影响粮食产量和质量，也会对国民身体健康造成不可预估的影响，因此对农田土壤进行改良、治理，成为当前以及今后农田水利工程的又一个热点话题[1- 7]。

土壤及水资源的污染治理和修复技术包括物理修复技术、化学修复技术以及生物修复技术，其中生物修复技术又包括植物修复技术、动物修复技术和微生物修复技术，生物修复技术具有成本低、破坏小、范围广、形式多样、不易造成二次污染等优点，逐渐被应用于水资源和土壤污染的治理当中，并取得了一定成效[8- 13]。不同类型的土壤污染需要采取不同的生物修复措施，才能获得最佳的修复效果，滴滴涕(DDTs)和多环芳烃(PAHs)污染是农田土壤污染中的典型代表，可对人体致癌以及造成严重的生态环境问题，当两者交互作用时，更易产生拮抗作用，单一的生物修复方式已不能满足复合污染的需要，因此需要找到一种环境型、经济型、高效型的DDTs-PAHs复合污染农田土壤修复技术[14- 16]。

文章对4种微生物(包括空白对照组)降解作用下DDTs-PAHs复合污染农田土壤修复效果进行了对比分析，以期能为农田污染治理和修复提供借鉴。

1 实验概况

1.1 实验材料

实验共设置四组：DC- 1(球形节杆菌，从污染土壤中筛选出的高效降解菌)、N(甲基营养型芽孢杆菌，从落地油污染土壤中筛选出的高效降解菌种)、PN- 1(体积比DC- 1∶N=2∶1混合菌种)以及空白实验对照组CK。实验试剂包括二氯甲烧、浓硫酸以及硅胶固相萃取柱；实验仪器包括：加速溶剂萃取仪、液相色谱仪以及全自动固相萃取仪。

1.2 实验场地

实验场地位于江西省某地农业大棚内，主要种植作物为蔬菜，对耕作层进行翻土，然后取出碎石、杂草以及塑料废物等，将修复区域的土壤进行充分混和，然后将试验场地划分为2m×2m的4个区域，相邻两个域之间间隔1m，以防止相互影响；对初始土壤参数进行测定，得到其基本理化性质为：土壤属粉砂质粘土，容重1225kg/cm3，pH值为7.2，有机质含量为5.5%，初始DDTs总残留浓度为47.94ug/kg，初始PAHs总残留浓度为690.1ug/kg，如图1所示。

图1 实验场地污染物初始残留浓度

1.3 实验方法

(1)进行DC- 1、N以及PN- 1菌种接种，空白实验对照组不接种任何菌种；

(2)分别将500mL的空白组、DC- 1、N以及PN- 1菌液均匀喷洒在四个实验区域，并对土壤0～20cm厚度范围内进行拌合均匀，保持土壤的含水率为60%；

(3)每隔30d取相应区域0～20cm厚土壤；

(4)对土壤进行风干，然后提取土壤中的DDTs和PAHs；

(5)测试DDTs和PAHs含量。

2 实验结果分析

2.1 DDTs降解效果分析

不同微生物降解下DDTs的总降解率随时间的变化曲线如图2所示。从图2中可以看到：随着时间的增加，DDTs总降解率呈逐渐增长趋势；无生物修复措施下(CK组)，降解率呈缓慢增长趋势，表明土壤在自然环境下对DDTs具有一定的分解和降解能力，其30d、60d、90d、120d和150d下的降解率分别为1.5%、2%、2.7%、3.2%以及3.8%，平均每天的降解率为0.0253%，若在自然状态下降解产生的DDTs污染，需要10.8年，但在实际情况下，由于农田土壤每年都在耕种，每年都会有新的DDTs积累，因此，若不采取修复技术，土壤中的DDTs污染只会越来越高，污染会越来越重；当采用生物修复技术后，土壤对DDTs的降解率大为提高，150d后，基本都可以达到总降解率40%以上，其中，DC- 1实验组对DDTs的降解率最好，其次为N实验组，再次为PN- 1实验组。可见，在DDTs降解效果上，将球形节杆菌和甲基营养型芽孢杆菌反而会取得相反的效果。

图2 DDTs降解曲线

2.2 PAHs降解效果分析

不同微生物降解下PAHs的总降解率随时间的变化曲线如图3所示。从图中可以看到：与DDTs降解率变化特征相似，随着时间的不断增加，PAHs总降解率呈不断增长趋势；无生物修复措施下(CK组)，降解率人呈缓慢增长特征，150d后的降解率为6.6%，较DDTs降解率略高，平均降解率为0.044%，若在不采取任何措施下，降解土壤中PAHs的时间需要6.23年，也是难以满足对土壤中PAHs的降解要求；经过150d降解实验后，DC- 1实验组对PAHs的总降解率为22.1%，N实验组对PAHs的总降解率为25.2%，PN- 1实验组对PAHs的总降解率为23.6%，从PAHs降解率来讲，N实验组最好，PN- 1实验组其次，DC- 1实验组最小。

图3 PAHs降解曲线

2.3 讨论

DDTs污染物总体上可以分为p.p’-DDE、p.p’-DDT、p.p’-DDD和o.p’-DDT四种，空白实验组对4种污染物的降解率介于3.1～4.2%之间，相差不大，微生物对p.p’-DDT的降解率最高，可达50%以上，表明微生物对DDTs的好氧分解作用大于厌氧分解作用，DC-1对p.p’-DDE的分解作用最强，N和PN-1组对p.p’-DDT的分解作用最强，分别可到69.4%和54.6%。PAHs污染物根据环数可分为2- 3环、4环、5环和6环，其中，4环以上(高环)的PAHs污染物总量最大，达到72.9%，但从实际分解作用来看，相同时间内，微生物对PAHs污染物的分解作用随着环数的升高呈递减趋势，环数越高，越难分解；N实验组对2- 3环的分解率较高，可达50.9%，但对高环的分解效果不佳，对6环的分解率仅为4%，PN- 1实验组对PAHs的降解作用整体上表现最佳，能够对高环PAHs保持相对较高的降解速率，DC- 1对PAHs的降解效果略差于PN- 1实验组。详见表1。

表1 菌种对DDTs- PAHs不同污染物降解效果对比

综上分析可以发现：DC- 1菌种对于DDTs的降解效果最好，N实验组对PAHs的降解效果最好，DC- 1实验组对不同DDTs种类污染物的降解效果均较好，且对低环或者高环PAHs污染物的降解效果适中，而N实验组对p.p’- DDT的降解效果较好，且对低环PAHs的降解效果较佳，但对高环PAHs的降解效果较差；PN- 1实验组对DDTs的降解效果较差，但对PAHs的降解效果较好，特别是对高环PAHs的降解效果相对最好，针对一些难以分解物质的治理和修复具有较好的效果。

3 结论

(1)球形节杆菌(DC- 1)对DDTs的总降解效果最佳，150d的降解率达到了52.4%；甲基营养型芽孢杆菌(N)对PAHs的总降解效果最佳，150d后的降解率为25.2%。

(2)DC- 1、N以及PN- 1三类菌种对DDTs的好氧分解作用大于厌氧分解作用；N对低环(2- 3环)PAHs的降解效果最佳，但对高环难分解物的降解效果最差，PN- 1对高环难分解PAHs污染物的分解效果最好，DC- 1对高环难分解PAHs污染物的分解效果介于N和PN- 1之间。

(3)3种生物修复措施下对DDTs- PAHs复合污染农田土壤的修复效果各有优势，但从整体上来讲DC- 1的综合修复效果最佳；研究成果对于农田水利工程有机复合污染土壤的修复治理工作具有一定的借鉴意义。