不同原材料生物炭对农田土壤阿特拉津去除性能及微生物群落结构的影响

【目的】研究不同原材料生物炭对农田土壤阿特拉津去除效果和微生物群落的影响,获得去除土壤阿特拉津的最佳生物炭类型,为阿特拉津污染农田土壤的强化修复提供参考。【方法】以牛粪、甘蔗渣和污泥为原材料制备生物炭,分别于0、10、20、30和40 d测定阿特拉津降解率及土壤pH、有机质含量、腐殖质含量、酶活性和细菌群落结构,并采用冗余分析探明阿特拉津降解率与环境因子及土壤细菌群落结构的相关性。【结果】添加生物炭可明显促进土壤中的阿特拉津降解,3种生物炭的降解率排序为甘蔗渣生物炭(67.94%)>牛粪生物炭(58.39%)>污泥生物炭(48.63%)。同时,添加生物炭显著提高土壤p H、有机质和腐殖质含量(P<0.05,下同),提升微生物活性和群落结构多样性,加速阿特拉津的生物降解,以甘蔗渣生物炭效果最显著,相较于不添加生物炭(CK),pH提升23.76%,有机质含量升高4.39 g/kg,腐殖质含量升高2.24 g/kg。此外,施入生物炭显著提高土壤脱氢酶、过氧化氢酶和脲酶活性,并促进阿特拉津降解菌鞘脂单胞菌科(Sphingomonadaceae)、伯克氏菌科(Burkholderiaceae)、链霉菌科(Streptomycetaceae)、微球菌科(Micrococcaceae)和小单孢菌科(Micromonosporaceae)的相对丰度提升。冗余分析表明,环境因子及降解功能微生物均对阿特拉津的降解做出贡献,甘蔗渣生物炭处理与pH、有机质、阿特拉津降解率及腐殖质呈正相关。【结论】施入生物炭可改善土壤理化性质(pH、有机质和腐殖质),明显提升阿特拉津降解菌鞘脂单胞菌科、伯克氏菌科、链霉菌科、微球菌科和小单孢菌科相对丰度,进而加速土壤中阿特拉津的去除,以甘蔗渣生物炭的效果最佳。收集废弃甘蔗渣制成生物炭,既可实现农业废弃物的回收利用,又能助力农田土壤中阿特拉津污染修复和地力提升。     

生物炭固定SM3菌剂的制备及其对三唑酮的降解研究

针对环境中存在的三唑酮污染问题,本研究以生物炭为载体,一株三唑酮高效降解菌(Stenotrophomonas maltophilia) SM3为固定化菌种,采用吸附法制备成固定化菌剂。从4种生物炭中优选出具有比表面积较大、吸附性能好等特点的固定化载体,并对其制备条件进行优化,在此基础上,评估生物炭固定化菌剂的稳定性及其对三唑酮的降解效果。结果显示,4种生物炭中,油茶壳生物炭比表面积及孔隙大、官能团含量丰富、固定化菌剂对三唑酮降解效果优于其他3种,选择其作为固定化SM3菌的载体。单因子优化试验表明,在载体投加量20 mg·mLP＞-1P＞,SM3接菌量5%,固定温度30℃,固定时间36 h所制备的固定化菌剂对三唑酮的降解率可达93.27%。最佳条件下制备的固定化菌剂在4℃及室温(25~35℃)条件下存放28 d后对三唑酮的降解率仍可达到81.73%和58.18%,菌剂降解效果具有良好的稳定性。油茶壳生物炭固定化SM3菌剂的制备,为解决环境中三唑酮污染问题提供了良好的生物修复材料。     

固定化酶修复阿特拉津污染土壤效果及土壤细菌多样性动态变化分析

采用固定化处理和游离态降解酶修复阿特拉津污染土壤,在考查修复效果基础上,研究分析修复过程中其对土壤细菌多样性影响情况,评价固定化酶修复方法的可行性及其生态安全性。按1%(V/W)和5%(V/W)的投加量分别将固定化酶和游离酶施入阿特拉津浓度为100 mg·kg-1土壤中,于投加后第7、14、21和28天取样,测定阿特拉津降解。结果表明,投加量为1%(V/W)和5%(V/W)的游离酶降解率分别为32.38%和39.37%;而投加量为1%(V/W)和5%(V/W)的固定化酶降解率分别为72.84%和79.22%。在上述过程中采用PCR-DGGE技术研究不同处理土壤细菌群落组成的变化情况。结果显示,在整个修复过程中,添加游离酶、固定化酶及污染处理土壤中的微生物图谱所显示的优势种属几乎没有变化,各处理样品细菌多样性组成没有显著差异。结合固定化酶对土壤中阿特拉津的去除效果,说明所采用修复方法具有较好的生态安全性。     

生物炭固定化石油降解菌剂的制备

以前期筛选的高效石油烃降解菌多食鞘氨醇杆菌（ Sphingobacterium multivorum）为目标微生物,选择多种生物质材料（松针、玉米芯、草）为前体物制备生物炭载体,采用吸附法制备固定化石油降解菌剂,探索获得较高除油效果菌剂的制备条件。结果表明：以松针及其生物炭为载体的菌剂除油效果优于玉米芯系列和草系列;以生物炭为载体的菌剂除油效果优于以其前体物为载体的菌剂。由于玉米芯易在当地大量低成本获得,考察了玉米芯炭固定化菌剂的制备条件：300℃热解玉米芯4 h,以粒径＞200目的玉米芯炭为载体,投加量为1 g／100 mL的固定化培养基,菌接种量为5％,固定时间为18 h,转速160 r／min,温度30℃,离心后沉淀用无菌生理盐水清洗2次获得菌剂。该菌剂对5 g／L原油培养基的周除油率是47．6％～50．7％;菌剂含降解菌5．8×109 CFU／g,吸附法对菌的固定效率为80．7％,降解菌主要附着区域为玉米芯炭表面及孔。该菌剂可为进一步修复油田石油污染土壤提供技术支撑。     

降解菌Pseudomonas sp.对阿特拉津的降解条件优化

为微生物降解菌在农药污染土壤修复工程中应用提供参考,以从长期受阿特拉津污染的农田土壤中筛选出的一株降解菌Pseudomonas sp.为研究对象,采用单因素试验研究其在不同培养条件下对阿特拉津的降解效果,并采用正交试验进一步优化该菌的降解条件。结果表明:碳源对降解效果的影响不大;培养时间48h,底物浓度100mg/L,温度25~35℃,pH 5.0~8.0,盐度0.1%~1%时,该菌对阿特拉津的降解效果较好,降解率大于90%;该菌对阿特拉津降解的最佳组合条件为温度30℃,pH 7.0,盐度0.5%;且3因素对降解效果的影响依次为温度pH盐度。     

三株降解阿特拉津菌株的特性与固定载体分析

采用土壤稀释法和平板纯化法,从受阿特拉津污染土壤中分离出三株高效降解菌,通过形态观察、生理生化分析及16S rDNA鉴定,确定菌株的生物学特征和分类地位。同时选用海藻酸钠、聚乙烯醇、明胶和生物炭为载体包埋菌株,比较固定菌株24 h的物理性能。并采用气相色谱和分光光度法,测定固定化菌株、菌株的降解率及生长情况。经16S rDNA鉴定和构建的发育树结果表明3株降解菌分属Shinella、Herbaspirillum、Pseudomonas。菌株均在14 d D₆₀₀达到最大且降解效率高于85%。综合比较4种固定材料后,确定海藻酸钠为最佳包埋菌体材料,其包埋菌株的机械强度、传质性能及成形性较好,且对菌株降解阿特拉津效果影响小。利用微生物固定化技术可提高菌株的耐受力,该方法为微生物修复污染土壤提供了理论基础。     

粘土矿物固定化微生物对土壤中阿特拉津的降解研究

以粘土矿物为载体,采用吸附挂膜法对已筛选的阿特拉津降解菌株进行固定化,并应用固定化微生物降解土壤中的阿特拉津.结果表明,该菌株在粘土矿物上生长良好,根据菌种生理生化特性、环境扫描电镜图片以及16SrDNA基因的相似性分析初步鉴定该菌株为Ochrobactrum sp..接种降解菌能明显加快阿特拉津在土壤中的降解速率,粘土矿物固定化微生物的降解效果要明显优于游离菌,粘土矿物粒径越小,固定化微生物的降解效果越好,纳米粘土矿物同定化微生物的降解效果要好于原粘土矿物.用一级动力学方程描述阿特拉津在土壤中的降解过程,不同土壤中阿特拉津的降解速率不同.阿特拉津在红壤、砂姜黑土、黄褐土中的降解半衰期(t1/2)分别为36.9、49.1、55.0 d,投加纳米蒙脱石固定化降解菌后的半衰期则分别为16.3、25.3、21.7 d.     

两种生物炭对两种质地土壤中阿特拉津淋溶与迁移的影响

通过室内培养和模拟土柱淋溶实验,研究了在500℃热解温度下制备的甘蔗叶生物炭和蚕沙生物炭对阿特拉津在冲积土(砂土)和潮土(粘土)中淋溶与迁移的影响,两种生物炭的添加比例分别为0.2%和0.5%,污染土中AT的浓度为10 mg·kg-1。结果表明,添加生物炭显著增加了表层土壤的阳离子交换量和有机碳的含量,明显抑制了阿特拉津在土柱中的淋溶与迁移。在同一种土壤中,生物炭添加量相同时,甘蔗叶生物炭对土壤中阿特拉津的淋溶与迁移抑制效果较蚕沙炭明显,并且同一种生物炭添加量越高,抑制作用越明显。对比两种质地土壤中阿特拉津的淋出率发现,生物炭的加入对抑制粘土中阿特拉津的淋溶与迁移作用更明显。相关性分析结果表明,土柱表层土壤的阳离子交换量、有机碳含量与底层土壤阿特拉津含量、淋溶液阿特拉津累积量均呈显著负相关。可见,生物炭的添加可以明显固定土壤中的阿特拉津,减少其淋溶与迁移,有效修复阿特拉津污染的土壤,控制其对地下水的污染。     

阿特拉津降解菌CS3的分离鉴定及其降解特性的研究

为了适应不同环境污染修复需要,分离更多有效的阿特拉津降解菌是十分必要的。鉴于此,本研究从河北省某农药厂排污河中的废水中分离出一株以阿特拉津为唯一氮源生长的高效降解阿特拉津降解菌CS3。经生理生化鉴定和16S rRNA基因序列分析,最终鉴定其为产脲节杆菌(Arthrobacter ureafaciens)。在30℃和pH 7的最适条件下,菌株CS3能在48 h内完全降解50 mg·L~(-1)的阿特拉津,甚至能够在6 d内将500 mg·L~(-1)的阿特拉津完全降解,表明该菌株对阿特拉津具有较好的降解性。菌株CS3含有trzN,atzB,atzC 3个阿特拉津降解基因。菌株CS3具有较宽的温度(10~37℃)和p H(5~11)范围,且具有很好的耐碱性,为未来偏碱环境中阿特拉津污染修复提供了良好的候选菌株。     

除草剂污染地下水的生物治理模拟实验研究

利用从农药厂阿特拉津生产车间排污口污泥中分离出的菌种AT菌,进行了农药阿特拉津污染地下水微生物治理的模拟实验研究,在实验条件(10℃,pH7.5)与野外含水层的条件基本一致情况下,难于生物降解的污染质阿特拉津的一次投菌降解率达到31.08%;另外,设计了细菌的投放方式以模拟野外条件下的菌种投加条件。由于AT菌的作用会造成被治理含水层的渗透性能降低,实验后含水层的渗透系数下降60.54%,经清水冲洗10 d的渗透性恢复率为48.96%,说明清水渗透恢复的方法效果明显。     

阿特拉津及其降解菌对水稻种子发芽率的影响

为了促进阿特拉津降解菌的应用功能,以水稻种子为材料,用自来水、含有一定量的阿特拉津基础盐缓冲液及其降解菌溶液对水稻种子进行发芽试验,并计算发芽率,利用生物统计学方法对试验结果进行统计分析。结果表明:阿特拉津浓度在1mg·(100mL)~(-1)时,水稻种子的发芽率显著低于对照组;阿特拉津浓度在10和50mg·(100mL)~(-1)时,发芽率极显著地低于对照组。在阿特拉津降解菌存在的条件下,阿特拉津浓度为1mg·(100mL)~(-1)的发芽率显著高于对照组,阿特拉津浓度为10mg·(100mL)~(-1)和50mg·(100mL)~(-1)的发芽率极显著高于对照组。说明阿特拉津降解菌能够降解阿特拉津,从而缓解了阿特拉津对水稻种子发芽的抑制作用。     

黑土中阿特拉津降解细菌Z_9的分离鉴定及降解特性

研究利用富集培养的方法,从黑龙江省长期施用阿特拉津的玉米田(0～10cm)耕层土壤中筛选到以阿特拉津为唯一碳氮源的菌株Z9,其对阿特拉津14d的降解率可达77.7%。通过形态照片观察和生理生化特征测定,初步鉴定Z9菌为微杆菌属(Microbacterium sp).。结果表明,在100mg·L-1阿特拉津中对Z9的生长降解特性研究,接种量为3%,pH为7时生长和降解效果最好。摇床转速越大,菌株生长越好。摇床速度在120r·min-1,降解率最大。在最佳降解条件下,Z9对初始浓度为10、20、40、70、100mg·L-1的阿特拉津溶液的降解均符合一级降解动力学方程。降解半衰期分别为3.56、4.11、5.97、6.36、6.48d。     

固定化改性生物质炭模拟吸附水体硝态氮潜力研究

为了有效去除水体硝态氮污染,对两种生物质炭(花生壳炭、小麦秸秆炭)进行铁改性处理,研究其对硝态氮吸附特性,考察吸附时间、硝态氮初始浓度、p H、生物质炭添加量和共存离子对改性生物质炭吸附效果的影响。在此基础上,为解决粉末态生物质炭易随水流失的问题,对改性生物质炭进行固定化处理,探索固定化改性生物质炭对硝态氮吸附潜力。研究结果表明,改性生物质炭对硝态氮的吸附主要发生在前6 h,并在24 h左右达到吸附平衡,其吸附量随着水溶液中硝态氮浓度的上升而升高,改性花生壳炭和小麦秸秆炭对硝态氮最大吸附潜力分别为2674、1285 mg N·kg-1,且酸性至中性条件有利于改性生物质炭对硝态氮的吸附。在20 mg·L-1的硝态氮溶液中,改性花生壳炭和小麦秸秆炭的适宜固液比分别为10、28 g·L-1,其去除率达到80%。当包埋载体海藻酸钠浓度为2%、改性生物质炭含量为0.1 g·m L-1时,固定化改性生物质炭微球成形完整,对硝态氮具有较强的吸附能力,固定化并未显著降低改性生物质炭的吸附性能。因此,固定化改性生物质炭能有效吸附水体硝态氮,为污水处理厂尾水等低污染水硝态氮去除提供有效的技术方法。     

环境因素对华南地区土壤中莠去津降解的影响

为明确环境因素对土壤中莠去津降解的影响,以华南地区蔬菜田土壤为对象,采用高效液相色谱法测定了莠去津在不同温度、p H值和湿度条件下的降解速率和半衰期。结果表明:温度对莠去津的降解影响最为明显,在(5"0.5)℃、(15"0.5)℃、(25"0.5)℃和(35"0.5)℃时的半衰期分别为187.30,19.97,14.38,8.87 d,说明莠去津在土壤中的降解速率与温度呈正相关;p H对其降解存在一定影响,当p H值为7.0、8.0和6.0时,半衰期分别为10.95,16.82,14.41 d;湿度对莠去津的降解无明显促进作用,30%、60%和90%湿度条件下,其半衰期分别为13.35,13.64,20.44 d。因此,温度是影响莠去津降解的关键因素,推荐蔬菜地夏季施用莠去津可能更为合理。     

生物炭和乙醇改性生物炭对铜的吸附研究

为研究生物炭和乙醇改性生物炭的特性及其对铜的吸附能力,选取小麦秸秆为原料,在300、450、600℃条件下热解制备生物炭,用于研究乙醇改性生物炭的产油率、生物炭和乙醇改性生物炭的表面官能团变化、亲水性能及其对Cu~(2+)的吸附特性。结果表明:乙醇改性生物炭产油率随热解温度升高而增加。生物炭和乙醇改性生物炭不同温度接触角范围为122.6°~89.3°和96.0°~68.7°,乙醇改性生物炭亲水性明显高于未经改性生物炭。生物炭和改性生物炭对Cu~(2+)的吸附符合二级动力学模型,生物炭吸附速率常数达1.535 g·mg~(-1)·h~(-1),乙醇改性生物炭为1.073 g·mg~(-1)·h~(-1)。二者对Cu~(2+)的等温吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,生物炭和乙醇改性生物炭最大吸附量分别为44.3 mg·g-1和41.7 mg·g-1,说明使用乙醇萃取生物炭生物质油后,仍能保持90%左右的Cu~(2+)吸附效率。     

松乳菇固态发酵棉粕脱毒条件的研究

[目的]对松乳菇固态发酵棉粕脱毒的发酵条件进行优化,以期获得最佳的发酵工艺参数。[方法]采用单因素单因子法研究了碳源、氮源、无机盐含量以及温度、起始pH、料液比、接种量等因素对游离棉酚降解率的影响,在此基础上,采用响应面法评价了发酵温度、起始pH、料液比、接种量及其交互作用对游离棉酚降解率的影响,用Design-Expert 8.0.5b软件分析试验数据,建立了松乳菇固体发酵棉粕发酵条件的数学模型。[结果]研究表明,适宜的发酵培养基组成为:棉粕与麦麸的比例6∶4,(NH4)2SO40.75%,KH2PO40.15%,MgSO4·7H2O 0.05%;适宜的发酵条件为:温度28℃,初始pH 6.6,料液比1∶1.4 g/ml,接种量10%。优化后的发酵条件为:温度28℃,初始pH 6.6,固水比1∶1.38 g/ml,接种量10.38%。在此条件下,游离棉酚的降解率达到87.702 3%。[结论]研究可为棉籽饼粕的深度开发和生产棉籽蛋白提供参考依据。     

生物炭固定化硝化菌去除水样中氨氮的研究

以稻壳生物炭为载体,将硝化菌固定在稻壳生物炭上,考察氨氮浓度、pH和温度对氨氮去除影响的基础上,研究了固定化硝化菌剂对氨氮的去除效果。结果表明,将硝化菌固定在生物炭上,既保留了生物炭对水体中氨氮的吸附性能,又可以充分发挥微生物的高效降解作用。常温条件下,对于初始氨氮浓度≤300mg/L的水样,调节水样pH为7.5,控制水样溶解氧浓度为1.5mg/L左右,稻壳生物炭固定化硝化菌剂对氨氮去除率可达85%。     

交联聚乙二醇二丙烯酸酯固定化漆酶的性质

为探究交联聚乙二醇二丙烯酸酯为载体的固定化漆酶的优势,采用单因素分析法,在不同条件下对固定化漆酶和游离漆酶的酶学性质进行了研究。结果表明:与游离漆酶相比,固定化漆酶与底物2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTS)的亲和力下降,但稳定性明显提高,最适p H值也发生了变化。固定化漆酶的最适温度为60℃,比游离漆酶升高了5℃;固定化操作p H为3.5时,固定化漆酶的酶活力最高。固定化漆酶对2,4-二氯苯酚降解时间为24 h时,降解率达到了85%,酶活力保持80%以上,漆酶的使用效率和稳定性明显提高。