细菌强化修复电子废弃物重金属污染农田土壤研究

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清远市是中国最大的电子废弃物拆解基地之一,小作坊生产模式已经进行了20多年,大量无法回收的电子废料和处理残渣等被倾倒在田地、沟渠和山谷中,致使周边农田土壤长期受到重金属Cd、Cu、Pb污染,难降解的重金属大量累积严重危害人类健康。本研究从清远市电子废弃物拆解区污染土壤中分离出四种耐性菌株,经富集、驯化后,以非矿山型东南景天(Sedum alfredii)为参照背景,设置盆栽实验模拟修复电子废弃物复合重金属Cd、Cu、Pb污染农田土壤。主要研究结论如下:  (1)四种分离自清远电子废弃物污染土壤的菌株,经16SrDNA技术鉴定,菌株HS-01、JH-02、YB-03、JY-04分别为海水芽孢八叠球菌(Sporosarcina aquimarina)、佐吕间湖生芽孢八叠球菌(Sporosarcina saromensis)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、甲基营养型芽孢杆菌(Bacillus methylotrophicus)。  (2)HS-01菌落呈不规则状,表面隆起有光泽,边缘波状,黄色湿润不透明,菌体呈球形和卵圆形,直径约为0.4-1um,周长约为0.6-1.2um;JH-02菌落呈假根状,表面扁平无光泽,边缘裂片状,白色干燥不透明,菌体呈球杆状,直径约为0.4-0.6um,周长约为0.8-1.2um;YB-03菌落呈点状,表面隆起有光泽,边缘完整,淡黄色湿润半透明,菌体呈球杆装,直径约为0.4-0.8um,周长约为0.6-1um;JY-04菌落呈不规则状,表面乳突有光泽,边缘波状,白色湿润半透明,菌体呈杆状和球杆状,直径约为0.6-1.2um,周长约为1.2-1.8um。  (3)细菌HS-01与JY-04生长周期相同,在0-8h间为调整期,8-12h为对数期,12-24h为稳定期,24-32h衰亡期;而细菌JH-02与YB-03生长周期相同,在0-4h间为调整期,4-12h为对数期,12-24h为稳定期,24-32h衰亡期。HS-01、JH-02、JY-04的最适温度为30℃,最适pH为8,而YB-03则为35℃与7.5。  (4)在Cd2+、Cu2+、Pb2+浓度分别为10、50、50mg/L,20、100、100mg/L与40、200、200mg/L三个梯度的复合溶液中,随着重金属离子浓度的升高,四种耐受细菌对重金属离子的吸附率逐渐降低,但吸附量逐渐升高,而吸附量增长率却随之下降。其中,细菌HS-01、JH-02如经过进一步富集扩大化培养后,吸附潜力较大。  (5)随着重金属污染程度上升,东南景天的生物量与根长呈减少趋势,其中添加细菌HS-01、YB-03的东南景天生长状况明显好于其他两种细菌(P<0.05)。随着土壤重金属浓度升高,东南景天对重金属提取量逐渐增大,地下部提取量普遍高于地上部。另外,JH-02组植物地上部各重金属提取量相对最高,JY-04次之,均显著高于其他各组(P<0.05)。  (6)随着重金属浓度的上升,植物重金属可提取有效态总量逐渐增加。其中Cd的铁锰氧化物态与残渣态逐渐减少,可交换态与碳酸盐态逐渐增多;Cu的残渣态逐渐减少,碳酸盐态与铁锰氧化物态逐渐增多;Pb的残渣态逐渐减少,可交换态和碳酸盐态逐渐增多。细菌JH-02与JY-04对土壤重金属的活化作用最强,这两种细菌的重金属有效态总量显著高于未加菌组与其他两种细菌(P<0.05)。另外,东南景天对根际土壤重金属也具有一定的活化作用。  (7)随着重金属浓度的上升,土壤中酶活性呈下降趋势。其中细菌HS-01、JH-02对脲酶与过氧化氢酶活化效果较好,HS-01、JH-02与YB-03对酸性/中性磷酸酶均有一定的活化作用,东南景天对三种酶活性均具有一定的活化作用,但都未能达到显著性差异水平。  (8)综合来看,水体环境中,细菌HS-01、JH-02如经过进一步富集扩大化培养后,吸附潜力较大;土壤环境中,细菌JH-02、JY-04可以通过转化重金属形态,增加植物可提取有效态含量,促进植物根部重金属向茎叶中转移,修复效果相对最好,具有较大的应用前景。  另外,对于该细菌与不同超积累植物相互联合修复效率的比较以及相关机理的阐明,仍需要进一步深入研究。
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