蚯蚓对土壤-植物系统中菲、芘降解的强化效应研究

采用盆栽试验方法,研究了蚯蚓（Pheretima sp.）对土壤-植物系统中菲、芘的去除效果的强化作用及对土壤酶活性的影响。结果表明,在试验浓度范围（0~322 mg.kg-1）内,蚯蚓对供试植物苏丹草（Sorghum vulgare L.）生长促进作用显著。接种蚯蚓的土壤中,苏丹草在菲、芘各浓度下总生物量较未接种蚯蚓土壤分别提高14.41%~25.91%、14.39%~23.9%;蚯蚓活动可促进土壤-植物系统中菲、芘的降解,接种蚯蚓处理中菲、芘各浓度下降解率较未接种蚯蚓处理分别高4.20%~9.76%、3.69%~9.38%。土壤酶活性测定结果也显示蚯蚓活动可增加土壤酶的活性。     

蚯蚓在植物修复菲污染土壤中的作用

采用盆栽试验法,研究了蚯蚓（Pheretima sp.）在植物修复菲污染土壤中的作用。结果显示,试验浓度（20.05-322.06 mg.kg-1）范围内,蚯蚓活动促进了菲污染土壤中修复植物黑麦草（Lolium multiforum）的生长,其根冠比明显增大。添加蚯蚓72 d后,种植黑麦草的土壤中菲的去除率高达64.35%-93.40%,其平均去除率（80.92%）比无蚯蚓活动的土壤-植物系统（71.57%）提高9.35%,比无植物对照组（22.58%）提高57.34%。各种生物、非生物修复因子中,植物-微生物交互作用对菲去除的平均贡献率（53.56%）最为突出,比无蚯蚓活动时（47.48%）提高6.08%。说明蚯蚓活动可强化土壤-植物系统对土壤菲污染的修复作用。     

苏丹草对土壤中菲芘的修复作用

采用盆栽试验法,研究了苏丹草对土壤中菲、芘的去除效果,及植物和微生物在去除土壤菲、芘中的交互效应。结果显示,在试验浓度范围（0-322．06mg·kg^-1内,土壤～苏丹草系统（TR,）对菲、芘的去除效果明显。种植苏丹草60d后,土壤菲、芘去除率分别为73．07％-83．92％、63％～77．62％;平均去除率分别比对照1（无植物,不加0．1％NaN3）高55．58％、50．71％,比对照2（无植物,加0．1％NaN3）高72．71％、66．57％,说明种植苏丹草可以促进微生物对土壤中芘、菲降解。土壤酶活性测定结果也显示,酶活性越高,污染物降解率越高,反之亦然。因此,植物一微生物间的交互效应是土壤中多环芳烃降解的主要途径。     

低分子量有机酸作用下土壤中菲和芘的残留及形态

采用微宇宙试验方法,以菲和芘为多环芳烃(PAHs)代表物,研究了几种低分子量有机酸作用下黄棕壤中菲和芘的残留和形态。结果表明,老化60 d后土壤中菲和芘的残留含量明显减少;不施加有机酸的对照土壤中,菲和芘的残留含量为10.13和29.18 mg kg-1,去除率为87.33%和63.50%。与对照相比,供试浓度(0～64 mg kg-1)范围内,柠檬酸、草酸、酒石酸等3种低分子量有机酸作用下土壤中PAHs残留含量提高,去除率减小,表明供试条件下有机酸抑制土壤中菲和芘的降解;进一步分析发现,少量(≤4 mg kg-1)的有机酸即可对PAHs降解产生高的抑制效果。微生物降解在PAHs的去除中起重要作用,且芘比菲更抗微生物降解。供试条件下,可脱附态和有机溶剂提取态是土壤中菲和芘存在的主要形态,而结合态残留占总残留的比例很小(<8.5%)。3种有机酸均提高了土壤中可脱附态和有机溶剂提取态菲和芘的残留含量,施加有机酸使土壤中菲和芘的可脱附态含量较对照分别提高了46.67%～749.1%和1.83%～80.20%,有机溶剂提取态则提高了8.73%～375.2%和22.63%～114.3%;低分子量有机酸作用下结合态的菲和芘含量仍很小。     

高锰酸钾氧化修复污染土壤中菲和芘的研究

利用人工污染土壤,研究了高锰酸钾对4种不同土壤中菲和芘的氧化修复效果。结果表明,当高锰酸钾浓度为33.33mmol·L^-1时,土壤中菲和芘的氧化去除率达到最大。高锰酸钾氧化去除率不仅与高锰酸钾浓度有关,还与土壤性质和老化时间有关。土壤有机质含量的增加会降低高锰酸钾对土壤中菲和芘的氧化去除率;随着老化时间的增加,高锰酸钾的氧化去除率逐渐降低。老化40d后,4种土壤中菲和芘的氧化去除率显著降低,菲的氧化去除率在14%～67%之间,芘的氧化去除率在61%～84%之间。高锰酸钾氧化前后,4种土壤中有机质含量下降范围为0.77%～9.21%。从土壤有机质含量来看,高锰酸钾氧化修复多环芳烃污染土壤对土壤质量影响较小,具有较好的应用前景。     

黑麦草对菲污染土壤修复的初步研究

本文研究了黑麦草(Lolium multiflorum Lam)对多环芳烃菲污染土壤的修复作用。通过60天的温室盆栽试验,观察到土壤中菲的可提取浓度随着时间逐渐减少,黑麦草加快了土壤中可提取态菲浓度的下降。在5、50、500mg/kg菲处理浓度下黑麦草生长的土壤中菲的降解率分别达93.1%、95.6%和94.7%。黑麦草增强土壤中多酚氧化酶活性而提高植物对菲的降解率。土壤自身具有修复多环芳烃菲的自然本能,种植黑麦草具有强化土壤修复菲污染的作用。增加黑麦草产量,增强土壤多酚氧化酶活性,可能提高黑麦草植物修复菲污染土壤的能力。     

玉米对土壤中菲芘修复作用的初步研究

采用系列浓度菲芘进行盆栽试验，研究玉米对污染土壤菲芘的去除效果与累积机理。结果显示，玉米对菲芘的去除效果明显，60d试验完成后，玉米生长的土壤中平均大约有69．8％-91．2％的菲与77．0％，88．4％的芘被去除，平均去除率分别比对照1（加叠氮化钠）高63．6％和72．3％；比对照2（无叠氮化钠）高15．1％与38．2％。玉米能明显地吸收与累积污染土壤中菲和芘，并随土壤菲芘含量的增加而增大。生物富集因子（BCFs）随着土壤菲芘含量的增加而减小，芘的生物富集因子大于菲，不同种类多环芳烃以及植物不同部位间BCFs差异较大，菲的叶片BCFs（0．79，2．45）大于茎（0．17—1．76），根BCFs（0．42—1．21）最小，芘处理时叶片和茎的BCFs分别是1．03，3．31与0．2，2．17，明显低于根BCFs（2．07—6．40）。玉米能够在高浓度多环芳烃污染土壤中正常生长，并且能累积与去除污染土壤中的菲和芘，表明用玉米修复多环芳烃污染土壤是一种可行的方法。     

甜菜与牧草间作对多环芳烃污染土壤的修复作用

通过盆栽试验方法,选择经济作物甜菜和牧草类黑麦草、苏丹草、香根草为供试植物,研究了甜菜与3种牧草分别间作及各自单作对多环芳烃（PAHs）菲、荧蒽、芘和苯并[a]芘污染土壤修复作用。结果显示：经6个月连续两茬种植试验后,所有种植植物的处理中土壤PAHs的去除率均高于无植物种植组,间作种植土壤PAHs的去除率高于单作,黑麦草、苏丹草、香根草与甜菜间作对土壤PAHs的去除率分别达到84.85%、79.96%、84.11%;在土壤污染条件下,间作模式更有利于甜菜生长;种植植物增强了土壤中多酚氧化酶和过氧化氢酶的活性,间作模式下二者活性高于单作4.37%~43.07%,过氧化氢酶较多酚氧化酶对PAHs土壤污染更敏感,可作为关键酶用于评价土壤PAHs污染状况。在不影响农业生产的前提下,修复植物牧草和经济作物甜菜间作种植模式显著提高了土壤PAHs的降解率。     

菲、芘在单一和复合污染条件下不同老化阶段的提取率及其生物有效性

研究了土壤中多环芳烃菲、芘在单一和复合污染条件下的老化过程,150天内观察到菲、芘的提取率随时间延长而逐渐减少,下降速率呈现初始较快、而后减慢的趋势;菲、芘的环糊精提取法的提取率随老化时间延长而下降的趋势要比索氏提取法明显。老化过程中复合污染土壤中芘的索氏法提取率略低于单一污染土壤中芘的提取率。在老化的后期,复合污染土壤中菲的环糊精法提取率略高于单一污染土壤中菲的提取率。利用蚯蚓作为测试生物,研究两种污染物的老化过程对其生物有效性的影响,发现表征其生物有效性的蚯蚓吸收率、生物富集系数(BCF)均随老化时间的延长而下降,此外,老化过程中复合污染条件下菲的生物有效性总是大于菲作为单一污染源时的生物有效性。对污染物的环糊精法提取率和蚯蚓吸收率作相关分析发现,单一污染土壤中菲和芘的环糊精提取法的提取率与蚯蚓吸收率均呈显著正相关。     

接种丛枝菌根真菌的种植紫花苜蓿土壤中球囊霉素含量与PAHs去除的关系

以菲和芘为多环芳烃(PAHs)代表物,以紫花苜蓿(Medicago sativa L.)为宿主植物,选用幼套球囊霉(Glomus etunicatum,Ge)、摩西球囊霉(Glomus mosseae,Gm)和层状球囊霉(Glomus lamellosum,Gla)3种丛枝菌根真菌(AMF),研究了接种AMF下土壤中AMF菌丝密度、球囊霉素含量与PAHs去除率的关系。35~75 d,接种Ge、Gm、Gla处理的土壤中菌丝密度、总球囊霉素含量、易提取球囊霉素含量均随时间延长而显著增大,与不接种对照相比,75 d时接种Ge、Gm、Gla处理的土壤中易提取球囊霉素含量提高了48.58%、55.99%和50.23%,总球囊霉素含量则提高了38.75%、50.95%和46.12%。接种AMF促进了土壤中菲和芘的去除,随着时间(35~75 d)延长,接种Ge、Gm、Gla处理的土壤中菲去除率分别高达83.4%~92.7%、82.1%~93.8%、86.9%~93.4%,芘去除率达42.2%~63.5%、43.7%~69.2%、44.6%~66.4%。接种Ge、Gm和Gla处理土壤中AMF菌丝密度、总球囊霉素含量均与土壤中菲和芘的去除率之间存在极显著正相关关系,表明接种AMF提高了土壤中AMF菌丝密度和总球囊霉素含量,并促进了土壤中PAHs的去除。研究结果为阐明丛枝菌根修复PAHs污染土壤的规律及机理提供了依据。     

多环芳烃污染土壤的植物-微生物联合修复初探

在温室盆栽条件下,通过种植紫花苜蓿单独或联合接种菌根真菌(Glomus caledonium L.)(AM)和多环芳烃专性降解菌(DB),研究了利用植物-微生物强化修复多环芳烃(PAHs)长期污染土壤的效果。试验结果表明,接种菌根真菌和PAHs专性降解菌能促进紫花苜蓿的生长和土壤中PAHs的降解。经过90天修复试验,种植紫花苜蓿接种AM、DB和DB+AM处理的PAHs的降解率分别为47.9%、49.6%、60.1%,均高于只种植紫花苜蓿的对照处理(CK)(21.7%)。另外,随着PAHs苯环数的增加,其平均降解率逐渐降低,但是接种PAHs专性降解菌能够提高4环和5环PAHs的降解率。同时也发现土壤中脱氢酶活性和PAHs降解菌数量越高的处理,土壤PAHs的降解率也越高,这也是种植紫花苜蓿接种微生物能够有效促进土壤PAHs降解的原因。     

三叶草对污染土壤中芘的去除研究

Phytoremediation has been used as an emerging technology for remediation of soil contamination with polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), ubiquitous persistent environmental pollutants derived from natural and anthropogenic processes, in the last decade. In this study, a pot experiment was conducted to investigate the potential of phytoremediation of pyrene from spiked soils planted with white clover (Trifolium repens) in the greenhouse with a series of pyrene concentrations ranging from 4.22 to 365.38 mg kg^-1. The results showed that growth of white clover on pyrenecontaminated soils was not affected. The removal of pyrene from the spiked soils planted with white clover was obviously higher than that from the unplanted soils. At the end of the experiment (60 d), the average removal ratio of pyrene in the spiked soils with white clover was 77%, which was 31% and 57% higher than those of the controls with or without micobes, respectively. Both roots and shoots of white clover took up pyrene from the spiked soils and pyrene uptake increased with the soil pyrene concentration. However, the plant-enhanced dissipation of soil pyrene may be the result of plant-promoted microbial degradation and direct uptake and accumulation of pyrene by white clover were only a small part of the pyrene dissipation. Bioconcentration factors of pyrene (BCFs, ratio of pyrene, on a dry weight basis, in the plant to that in the soil) tended to decrease with increase in the residual soil pyrene concentration. Therefore, removal of pyrene in the contaminated soils was feasible using white clove.     

Biodegradation combined with ozone for the remediation of contaminated soils

The effectiveness of the SS-SBR (Soil Slurry – Sequencing Batch Reactor) process for the remediation of soils contaminated by several organic pollutants has been evaluated. Experimental tests have been performed on two different soils, a spiked one and an industrial aged soil. The spiked soil, artificially contaminated, has been prepared trying to simulate the pollution of an industrial aged soil in terms of number and kind of contaminants. PAHs (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) and phenols degradation has been particularly investigated because they are considered persistent and recalcitrant. Concerning the spiked soil, removal efficiencies higher than 95% in 6 to 9 weeks have been found for all the pollutants, except for five-rings PAHs; however, these compounds were partly removed in 11 to 13 weeks. Good results have been achieved also for the industrial aged soil with a maximum removal of about 80% in 7–8 weeks. To enhance the pollutants degradation, trying to obtain a faster remediation, the biological treatment has been combined with a chemical oxidation with ozone. The best degradation effectiveness of the combined process has been obtained applying the ozonation after few days of the biological treatment. Therefore, a combined biological and chemical treatment allowed to markedly improve the remediation of contaminated soils.     

土壤菲多次叠加污染对蚯蚓的毒性效应

采用多次叠加污染的方式模拟菲(Phenanthrene,Phe)在土壤中逐步累积的过程,分析在不同老化阶段(1、7、14、28和56 d)土壤Phe的生物有效性特征,及其对蚯蚓体腔细胞酶活性、染色体和溶酶体膜的毒性效应。结果表明:随着土壤培养时间的延长,土壤中Phe有效含量、蚯蚓体内Phe富集量、蚯蚓体腔细胞超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)和过氧化物酶(Peroxidase,POD)活性、丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量以及微核率均呈前期(1~28 d)下降较快,后期(29~56 d)下降速率逐渐减小的趋势,中性红保留时间呈逐渐升高的趋势,表明随着培养时间的延长,Phe对蚯蚓的毒性效应逐渐减小。土壤Phe有效含量与蚯蚓体内Phe富集量、SOD和POD酶活性、MDA含量、微核率和中性红保留时间均呈极显著相关(p0.01),决定系数(R2)分别为0.887 9、0.893 4、0.870 9、0.930 5、0.893 3和0.885 1。在1~56 d老化时间内,多次叠加污染土壤中Phe有效含量和蚯蚓体内Phe富集量分别较一次污染低23.19%~50.15%和12.64%~57.89%;蚯蚓体腔细胞SOD和POD酶活性分别较一次污染低3.40%~47.24%和6.49%~38.02%;MDA含量比一次污染低1.30%~57.82%;微核率较一次污染低12.48%~22.99%;中性红保留时间较一次污染高1.35%~13.97%,这表明土壤Phe多次叠加污染对蚯蚓体腔细胞的毒性效应低于一次污染。     

蚯蚓和发酵牛粪促进南瓜苗修复PAHs污染农田土壤

为了寻求高效修复土壤中持久性有机污染物多环芳烃(PAHs,polycyclic aromatic hydrocarbon),在温室盆栽试验条件下,研究接种蚯蚓和施用发酵牛粪对南瓜苗修复3环以上PAHs污染土壤的影响。试验设置施用牛粪(D)、单接蚯蚓(E)、接种蚯蚓和施用牛粪(ED)、不接种蚯蚓和不施用牛粪的对照(CK)共4个处理,播种10周后收获。研究结果表明,接种蚯蚓和施用牛粪的共同作用下能有效提高南瓜苗生物量,有利于南瓜苗在PAHs污染的土壤生长,特别是地上部分的生长;接种蚯蚓或/和施用牛粪有效地提高了南瓜苗从土壤中吸收3～5环PAHs化合物的效率,且南瓜苗地上部吸收的PAHs量最低是地下部的6倍。因此,结合蚯蚓和发酵牛粪的辅助作用,南瓜苗地上部生物量较大,能从土壤中吸收多种PAHs化合物,与仅依赖于土壤自身的作用相比,三者的共同作用使得土壤中3环以上PAHs化合物的去除率提高23%以上,可组合应用于PAHs污染土壤的强化修复。该研究为土壤多环芳烃污染修复提供参考。     

蚯蚓和丛枝菌根真菌对南瓜修复多环芳烃污染土壤的影响

在温室盆栽实验条件下,研究接种AM(arbuscular mycorrhiza)真菌、蚯蚓(Eisenia fetida)对南瓜(Cucurbita moschata)修复3环以上多环芳烃(PAHs)污染农田土壤的影响,试验设置单接AM真菌、单接蚯蚓、双接AM真菌和蚯蚓、不接种的对照共4个处理,播种10周后收获。结果表明,接种AM真菌和蚯蚓促进AM真菌侵染南瓜,增加南瓜生物量;显著提高南瓜修复土壤中Phe(菲)、An(t蒽)、Py(r芘)、BkF(苯并(k)荧蒽)、BaP(苯并(a)芘)、BPe(r苯并(g,h,i)苝)等PAHs污染物的效率,促进南瓜高效地吸收3~5环PAHs,尤其是AM真菌和蚯蚓共同接种条件下对南瓜修复土壤效果最优;AM真菌利于南瓜转移根系吸收的高浓度PAHs化合物至地上部,降低PAHs对根系的胁迫,增强南瓜在高浓度PAHs污染土壤中存活,有利于南瓜应用于高浓度PAHs污染土壤的高效修复;蚯蚓对南瓜地下部吸持3~5环高分子量的PAHs化合物有积极作用。因此,选用的AM真菌和蚯蚓在土壤中具有协同作用,促进南瓜高效修复PAHs污染土壤。