王 輝,王曉旭,孫麗娜,吳 昊,羅 慶,榮璐閣

(沈陽(yáng)大學(xué)區(qū)域污染環(huán)境生態(tài)修復(fù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧沈陽(yáng) 110044)

血粉刺激修復(fù)DDTs污染農(nóng)田土壤的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

王 輝,王曉旭,孫麗娜*,吳 昊,羅 慶,榮璐閣

(沈陽(yáng)大學(xué)區(qū)域污染環(huán)境生態(tài)修復(fù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧沈陽(yáng) 110044)

通過(guò)田間現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn),研究了血粉激活土著微生物修復(fù)DDTs污染老化農(nóng)田土壤的修復(fù)效果以及不同條件對(duì)血粉修復(fù)效果的影響,分析了DDTs 4種主要的同分異構(gòu)體/同系物的降解特征.結(jié)果表明,添加血粉刺激土著微生物原位修復(fù)DDTs污染老化農(nóng)田是切實(shí)可行的.與葡萄糖相比,血粉可以長(zhǎng)期、有效的提高土壤過(guò)氧化氫酶和轉(zhuǎn)化酶活性,進(jìn)而刺激土著微生物更好的修復(fù)DDTs污染土壤.添加血粉輔以定期翻土后,DDTs的5個(gè)月降解效率提高到43.41%,同時(shí)PP’-DDE去除效果較好,環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)得到顯著降低.結(jié)果表明添加血粉輔以定期翻土在DDTs污染農(nóng)田土壤原位修復(fù)中具有較大的應(yīng)用前景.

血粉；滴滴涕；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)；老化污染農(nóng)田土壤；生物刺激

由于滴滴涕(DDTs)具有難降解性、生物富集性,并對(duì)人類和其他生物具有潛在的毒性[1-2],所以DDTs污染倍受人們的關(guān)注[3].DDTs作為斯德哥爾摩大會(huì)首批提出的12種禁止使用的持久性有機(jī)污染物之一,1983年開(kāi)始禁止作為農(nóng)藥使用,但直到2003年前仍被作為原材料大量生產(chǎn)[4-6].同時(shí)由于可以隨著環(huán)境介質(zhì)的變遷進(jìn)行長(zhǎng)距離的遷移[7],DDTs在各國(guó)的土壤中檢出率很高[8-10].在沈陽(yáng)市城郊土壤中DDTs污染的現(xiàn)象也是普遍存在的.通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)沈陽(yáng)市細(xì)河沿岸表層土壤中DDTs 濃度范圍分別為9.06～111.6μg/ kg,平均濃度為37.08μg/kg[11].通過(guò)對(duì)沈陽(yáng)郊區(qū)21個(gè)表層土壤樣品中OC Ps的含量進(jìn)行測(cè)定,在18個(gè)點(diǎn)位檢出DDTs,存在一定的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[12].雖然DDTs污染濃度相對(duì)不高,但DDTs污染是沈陽(yáng)市城郊農(nóng)田土壤普遍面臨的一個(gè)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,且DDTs具有較高的富集系數(shù),對(duì)周邊居民存在潛在的風(fēng)險(xiǎn),因此急需對(duì)DDTs污染農(nóng)田土壤進(jìn)行修復(fù)研究.對(duì)于DDTs污染修復(fù)的研究國(guó)內(nèi)外開(kāi)展的較早,但相關(guān)研究多在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行,與實(shí)際修復(fù)應(yīng)用存在一定的差異,研究結(jié)果很難實(shí)際應(yīng)用到修復(fù)工程中,對(duì)實(shí)際修復(fù)工程參考價(jià)值有限.同時(shí)農(nóng)田土壤污染具有污染面積大、污染物濃度相對(duì)較低等特點(diǎn),因此較適合使用原位刺激法進(jìn)行修復(fù).血粉作為一種非常規(guī)動(dòng)物源性飼料,其粗蛋白含量可達(dá)80%～90%,高于魚(yú)粉和肉粉.血粉中賴氨酸和亮氨酸,以及纈氨酸、組氨酸、苯丙氨酸、色氨酸的含量都很豐富,這些物質(zhì)可以刺激土壤中微生物的增殖,進(jìn)而促進(jìn)污染物的降解.血粉作為一種微生物刺激物在美國(guó)已經(jīng)開(kāi)始用于異位處理八氯莰烯和DDTs的POPs污染土壤的生物修復(fù),并取得了良好的修復(fù)效果[13].同時(shí)由于血粉可作為動(dòng)物飼料無(wú)毒害作用,可以在污染農(nóng)田土壤修復(fù)中作為一種微生物刺激物使用.

因此本研究選擇原位刺激法,探討使用血粉作為一種生物刺激添加物進(jìn)行DDTs污染農(nóng)田土壤原位修復(fù)的可能性.本研究在田間開(kāi)展血粉刺激土著微生物修復(fù)DDTs污染試驗(yàn),并對(duì)調(diào)整CNP比和定期翻土對(duì)于添加血粉修復(fù)效果和DDTs的同分異構(gòu)體/同系物的降解影響進(jìn)行研究,為促進(jìn)我國(guó)農(nóng)田土壤有機(jī)污染的修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐.

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料和儀器

實(shí)驗(yàn)材料:葡萄糖購(gòu)置于天津博迪化工股份有限公司;血粉購(gòu)置于貴州金萬(wàn)和農(nóng)業(yè)科技有限公司;分析純正己烷和丙酮購(gòu)置于天津市富宇精細(xì)化工有限公司;色譜純正己烷購(gòu)置于山東禹王實(shí)業(yè)有限公司化工分公司;DDTs標(biāo)樣(p,p’-DDE, p,p’-DDD,o,p’-DDT, p,p’-DDT)購(gòu)置于百靈威科技有限公司.

實(shí)驗(yàn)儀器:加速溶劑萃取儀ASE300,購(gòu)置于戴安中國(guó)有限公司;氣相色譜CP-3800,購(gòu)置于美國(guó)VARIAN INC.

1.2 修復(fù)現(xiàn)場(chǎng)與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)在沈陽(yáng)市沈北新區(qū)前進(jìn)農(nóng)場(chǎng)D3號(hào)大棚內(nèi)開(kāi)展,地理坐標(biāo)為42°05′02.62″N, 123°31′42.79″E.在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前,使用農(nóng)機(jī)對(duì)土壤耕作層(0～20cm)進(jìn)行翻土,使修復(fù)區(qū)域土壤混合均勻.把經(jīng)平整混勻后的修復(fù)場(chǎng)地劃分為1m×1m的地塊,以便后期進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn)操作.經(jīng)測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量為5.437%,陽(yáng)離子交換量為13.09cmol/kg.使用Mastersizer 2000激光粒度儀對(duì)土壤粒徑分布進(jìn)行測(cè)定,其粘粒、粉粒和砂粒所占比例分別為 26.11%、72.82%、1.07%,對(duì)照國(guó)際制土壤質(zhì)地分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),其土壤類型為粉砂質(zhì)粘土,其pH值為6.87～7.17.供試土壤中DDTs的含量為47.94μg/kg.

為確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可信性,每個(gè)實(shí)驗(yàn)操作設(shè)置3個(gè)平行樣,本研究中所有結(jié)果均為3個(gè)平行樣的算術(shù)平均值.在本修復(fù)試驗(yàn)中共設(shè)計(jì)以下3組試驗(yàn):(1)不同添加物刺激土著微生物修復(fù)DDTs試驗(yàn):分別以5g血粉(X 5)、5g葡萄糖(T5)為添加物,添加到土壤耕作層中混合均勻,用于激活土著微生物活性,強(qiáng)化其修復(fù)土壤中的DDTs的能力,同時(shí)設(shè)置空白對(duì)照組(CK)研究血粉作為添加物對(duì)土壤中DDTs降解效果的影響.(2)調(diào)整碳氮磷比和定期翻土對(duì)土著微生物修復(fù)DDTs的影響:在添加5g血粉的基礎(chǔ)上,以磷酸鈉作為P源,硫酸銨作為N源添加到土壤耕作層中混合均勻,調(diào)整土壤C:N:P為100:15:1,作為調(diào)整C:N:P比組(X5NP),研究調(diào)整C:N:P比對(duì)于血粉刺激土著微生物修復(fù)DDTs效率的影響;在添加5g血粉的基礎(chǔ)上,每周對(duì)土壤耕作層進(jìn)行翻土,研究定期翻土(X5F)對(duì)于血粉刺激土著微生物修復(fù)DDTs效率的影響.(3)不同條件下DDTs同分異構(gòu)體/同系物的降解特征研究:對(duì)比空白對(duì)照組(CK)、調(diào)整C:N:P比(X5NP)、定期翻土(X5F)中DDTs主要的同分異構(gòu)體/同系物(p,p’-DDE, p,p’-DDD,o,p’-DDT, p,p’-DDT)的降解情況.

對(duì)每塊實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地采用對(duì)角線采樣法進(jìn)行土壤樣品的采集,采樣深度為耕作層.分別對(duì)各地塊與初始時(shí)間、處理1個(gè)月、3個(gè)月、5個(gè)月后采集土壤樣品,土壤樣品風(fēng)干后去除植物殘?jiān)褪瘔K等雜物,經(jīng)粉碎研磨后過(guò)60目篩待測(cè).

1.3 樣品的測(cè)定

精確稱取5.00g風(fēng)干粉碎并過(guò)60目篩的土壤樣品,使用加速溶劑萃取儀(ASE300)進(jìn)行萃取,萃取液為1:1(V:V)的正己烷和丙酮的混合液[14].萃取后的溶液參照《土壤中六六六和滴滴涕測(cè)定的氣相色譜法(GB/T 14550-2003)》[15]使用濃硫酸磺化法對(duì)萃取液進(jìn)行凈化,然后使用氮吹法使樣品近干后,用色譜純正己烷定容到1mL后轉(zhuǎn)移到氣相進(jìn)樣瓶中待測(cè).

使用氣相色譜儀對(duì)土壤中DDTs含量進(jìn)行測(cè)定,氣相色譜分析條件:色譜柱為CP-sill 8CB型石英毛細(xì)管柱(30m×0.32mm×0.25um);色譜柱升溫程序:初始溫度120℃并保持1min,以25℃/min升至230℃,再以3℃/min升至255℃,最后以20℃/min升至280℃保持5min,進(jìn)樣口溫度250℃,檢測(cè)器溫度300℃.載氣、輔助氣均為氮?dú)?純度為99.99%,載氣流速為0.6mL/min(恒流).進(jìn)樣方式:脈沖不分流進(jìn)樣,脈沖壓力為276kPa、保持0.75min,進(jìn)樣量1uL;尾吹30mL/min.以保留時(shí)間定性,外標(biāo)法定量.

樣品在測(cè)試過(guò)程中進(jìn)行空白樣品和基質(zhì)加標(biāo)回收率測(cè)定,方法回收率為89.2%～107.1%.在測(cè)試過(guò)程中隨機(jī)抽取樣品進(jìn)行重復(fù)測(cè)試,當(dāng)重復(fù)測(cè)試誤差大于10%時(shí),需對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和校正.

1.4 土壤酶活性的測(cè)定

為了研究不同添加物對(duì)土壤中微生物活性的影響,土壤樣品經(jīng)風(fēng)干后測(cè)定其中的過(guò)氧化氫酶和轉(zhuǎn)化酶活性,每個(gè)樣品設(shè)置3個(gè)平行樣[16].過(guò)氧化氫酶使用KMnO4滴定法[17].將3g土樣加入40mL蒸餾水后,再加入5mL H2O2(1%)25℃下反應(yīng)20min,然后加入5mL 3mol/L H2SO4用以固定未分解的H2O2[18],最后用0.02mol/L KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定[16,19],過(guò)氧化氫酶活性用消耗的KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液體積表示.轉(zhuǎn)化酶活性使用分光光度法測(cè)定[17].首先把0.2mL甲苯加入到3g土樣中在25℃下反應(yīng)15min,然后加入15mL糖溶液(18%)和5mL磷酸-檸檬酸緩沖液(pH5.5) ,在30℃下反應(yīng)24h,過(guò)濾待測(cè)[18].在50mL比色管中移入1mL濾液后添加3mL3,5-二硝基水楊酸后在水浴鍋中加熱5min,冷卻后使用分光光度計(jì)(CARY50,美國(guó)VARIAN)在波長(zhǎng)508nm下進(jìn)行測(cè)定.

2 結(jié)果和討論

2.1 添加營(yíng)養(yǎng)物對(duì)土著微生物修復(fù)DDTs的影響

微生物分布廣泛、代謝類型豐富、適應(yīng)突變能力強(qiáng),任何存在污染的地方都有相應(yīng)降解作用強(qiáng)弱不一的降解微生物[20].大量研究者也分別從土壤中分離出了DDTs降解微生物,如:銅綠假單胞菌的DDTs降解菌DH-7[21]、白腐真菌Phlebia lindtneriGB1027[22]、產(chǎn)堿菌屬的DDT高效降解細(xì)菌KK[20]、短波單胞菌屬的細(xì)菌W-1[23],以及共代謝降解DDT的Pseudomonassp.菌[24]和ITRC-4[25].這些研究表明土壤中廣泛存在DDT降解微生物.在本研究中,對(duì)照組(CK)、添加血粉組(X5)、添加葡萄糖組(T5)修復(fù)修復(fù)1個(gè)月、3個(gè)月、5個(gè)月后土壤樣品中DDTs的降解率見(jiàn)圖1.與CK相比較,X5和T5組土壤中DDTs降解率顯著提高,這證明了土壤中含有可以降解DDTs的微生物,添加營(yíng)養(yǎng)物刺激土著微生物原位修復(fù)DDTs污染是切實(shí)可行的.

修復(fù)1個(gè)月后T5組平均降解率最高,而從第1個(gè)月到第5個(gè)月T5組降解率增長(zhǎng)幅度較小,僅增長(zhǎng)了1.76%,而X5組降解率同期增長(zhǎng)了12.08%,修復(fù)3個(gè)月和5個(gè)月后,X5組DDTs降解率明顯高于T5組.葡萄糖是一種可以被微生物快速利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),添加到土壤中會(huì)刺激土著微生物較快的大量增加,而大量增加的微生物數(shù)量使得土壤中DDTs的降解率顯著增加,因此修復(fù)1個(gè)月后T5組土壤中DDTs的降解率最高.但葡萄糖的溶解度較高,在修復(fù)過(guò)程中會(huì)由于灌溉等原因大量流失,進(jìn)而導(dǎo)致土壤中微生物由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏而數(shù)量減少,因而第1個(gè)月到第5個(gè)月T5組降解率增長(zhǎng)幅度較小,降解率增長(zhǎng)與CK組接近.而血粉為顆粒狀,在水中溶解性差,可以較好的吸附到土壤顆粒中,不易隨土壤溶液所流失,能夠較穩(wěn)定的促進(jìn)土壤中微生物的生長(zhǎng).這可能是造成X5組土壤中DDTs的濃度持續(xù)降低,修復(fù)3個(gè)月和5個(gè)月后,X5組DDTs降解率明顯高于T5組的重要原因.

圖1 添加不同添加物修復(fù)土壤中DDTs的降解率Fig.1 The degradation rate of DDTs in different conditions

圖2 添加不同添加物后土壤酶活性Fig.2 The soil enzyme activities in different conditions

為了進(jìn)一步分析不同添加物對(duì)土壤中DDTs降解差異的原因,以土壤過(guò)氧化氫酶和轉(zhuǎn)化酶活性為代表對(duì)土壤中微生物活性進(jìn)行了研究,結(jié)果見(jiàn)圖2.從圖2中可以看出,添加血粉和葡萄糖后,土壤過(guò)氧化氫酶和轉(zhuǎn)化酶活性均有顯著提高,土壤微生物活性得到顯著提升.土壤過(guò)氧化氫酶和轉(zhuǎn)化酶活性在一個(gè)月達(dá)到最大值,然后開(kāi)始降低,但X5組酶活性的降低速度明顯低于T5組,即與葡萄糖相比較,血粉能夠更長(zhǎng)效的刺激土著微生物提高其活性,更有利于土著微生物修復(fù)DDTs污染土壤.

綜上所述,添加血粉可以有效的提高土著微生物活性,刺激土著微生物降解土壤中的DDTs,其修復(fù)效果優(yōu)于添加葡萄糖的降解效果.

2.2 不同條件對(duì)血粉原位刺激修復(fù)土壤中DDTs的影響

圖3 不同條件下血粉原位刺激修復(fù)后土壤中DDTs濃度Fig.3 The concentration of DDTs in the soil after remediation using blood meal in different conditions

N、P是微生物生長(zhǎng)的必須元素,對(duì)微生物的生長(zhǎng)情況和微生物活性具有較大的影響,而定期翻土能夠提高土壤中氧含量,有利于好氧微生物的生存,同時(shí)由于修復(fù)實(shí)驗(yàn)是在大棚中進(jìn)行,溫度相對(duì)穩(wěn)定,因此在研究不同條件對(duì)血粉原位刺激修復(fù)土壤中DDTs的影響中主要考察了調(diào)整C:N:P比和定期翻土的影響.調(diào)整C:N:P比組(X5NP)、定期翻土(X5F)組和添加血粉組(X5)修復(fù)后土壤中DDTs殘留濃度見(jiàn)圖3.X5、X5NP、X5F組處理后,土壤中DDTs的濃度均有所下降,5個(gè)月后土壤中殘留量分別為(32.51±3.44)、(33.12±2.97)和(27.13±2.72)μg/kg,平均降解率分別為32.18%、30.91%、43.41%.處理1個(gè)月、3個(gè)月、5個(gè)月后,土壤中DDTs濃度在X5F組濃度均最低,X5NP和X5組濃度相差較小,即在定期翻土處理中DDTs的降解效率最高.綜上所述,定期翻土起到土壤通氣的作用,有利于土壤中空氣流通,而空氣中的氧氣可以作為污染物氧化分解的最終電子受體[26],同時(shí)土壤微生物活性得到顯著提高,為土著微生物在好氧狀態(tài)下分解DDTs創(chuàng)造了有利環(huán)境,這在一定程度上對(duì)于DDTs的微生物降解起到了促進(jìn)作用.

為確定調(diào)整C:N:P比或定期翻土對(duì)于血粉刺激土著微生物修復(fù)DDTs效率是否存在顯著影響,將調(diào)整C:N:P比、定期翻土條件下血粉刺激土著微生物修復(fù)5個(gè)月后土壤中DDTs濃度與對(duì)照組進(jìn)行成對(duì)的T檢驗(yàn),T檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1.在成對(duì)的T檢驗(yàn)中,X5NP-X5之間的Sig值大于0.05,說(shuō)明X5NP和X5組修復(fù)后土壤中DDTs濃度無(wú)顯著差異,即調(diào)整C:N:P比并沒(méi)有顯著的提高土著微生物修復(fù)DDTs的效率; X5F—X5之間的Sig值小于0.05,說(shuō)明X5F和X5組修復(fù)后土壤中DDTs濃度差異顯著,同時(shí)X5F處理后土壤中DDTs濃度較低,即定期翻土可以顯著提高血粉刺激土著微生物修復(fù)土壤中DDTs的效率;X5F—X5NP之間的Sig值小于0.05,說(shuō)明X5F和X5NP組修復(fù)后土壤中DDTs濃度差異顯著,同時(shí)X5F處理后土壤中DDTs濃度較低,即與調(diào)整C:N:P比相比,定期翻土可以顯著提高血粉刺激土著微生物修復(fù)的效率.綜上所述,調(diào)整C:N:P比沒(méi)有顯著的提高土著微生物修復(fù)DDTs的效率,而定期翻土可以顯著提高血粉刺激土著微生物修復(fù)土壤中DDTs的效率,因此在修復(fù)現(xiàn)場(chǎng)可以在添加血粉刺激土著微生物修復(fù)土壤中DDTs的同時(shí)輔以定期翻土以提高修復(fù)效率,修復(fù)5個(gè)月后平均降解率可達(dá)43.41%.

表1 不同條件下血粉原位刺激修復(fù)5個(gè)月后土壤中DDTs濃度的T檢驗(yàn)結(jié)果Table 1 The result of T test on the DDTs concentration after five month remediation using blood meal in different conditions

2.3 不同條件下土壤中DDTs同分異構(gòu)體/同系物的降解情況

添加不同營(yíng)養(yǎng)物、調(diào)整C:N:P比、定期翻土修復(fù)后,土壤中DDTs主要同分異構(gòu)體/同系物(p,p’-DDE、p,p’-DDD、o,p’-DDT、p,p’-DDT)平均殘留濃度見(jiàn)圖4.由圖4a中可以看出土壤中p,p’-DDT殘留濃度隨著降解時(shí)間的增加不斷降低,T5組從第1個(gè)月后降解速度顯著降低,X5NP和X5F組中p,p’-DDT殘留濃度較低,但X5NP組從第3個(gè)月后p,p’-DDT殘留濃度趨于平衡,與X5組對(duì)比可以看出調(diào)整C:N:P比和定期翻土在血粉作為投加營(yíng)養(yǎng)源的情況下可以加快p,p’-DDT的降解.圖4b為不同條件下土壤中o,p’-DDT殘留濃度,不同條件對(duì)o,p’-DDT降解情況的影響與p,p’-DDT相類似,但不同處理的影響程度不同,其中定期翻土在血粉作為投加營(yíng)養(yǎng)源的情況下對(duì)o,p’-DDT降解情況的影響最為顯著,能夠明顯加快o,p’-DDT的降解.圖4c為不同條件下土壤中p,p’-DDD殘留濃度圖,與其它組分相比, p,p’-DDD濃度下降較緩慢,這主要是由于DDD在厭氧條件下易于還原脫氯成DDMS和DDNU[27],而耕作層以好氧條件為主,不利于DDD的進(jìn)一步降解,因此不同條件下土壤中p,p’-DDD濃度下降較緩慢.圖4d為不同條件下土壤中p,p’-DDE殘留濃度圖,與o,p’-DDT、p,p’-DDT相比較, p,p’-DDE殘留濃度降低幅度相對(duì)較低,這主要是由于p,p’-DDT在好氧環(huán)境(耕作層)中主要降解為p,p’-DDE[23],生成的p,p’-DDE不斷補(bǔ)充土壤中降解掉的p,p’-DDE,因此使得土壤中p,p’-DDE濃度下降較慢. p,p’-DDE在環(huán)境中持久性更強(qiáng)[28],同時(shí)p,p’-DDE在水中溶解度(0.12mg/L)大于p,p’-DDT溶解度(0.025mg/L)[29],當(dāng)p,p’-DDT降解為p,p’-DDE后其更易于隨著食物鏈進(jìn)行富集,對(duì)人體和其他生物的危害性更大,因此去除環(huán)境中殘留的p,p’-DDE比p,p’-DDT 更加重要.對(duì)比不同條件下土壤中p,p’-DDE殘留濃度可以看出X5F組中殘留濃度最低,因此添加血粉輔以定期翻土的條件下刺激土著微生物修復(fù)土壤中DDTs的修復(fù)效果最好,同時(shí)修復(fù)后的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)也較小.

圖4 不同處理對(duì)土壤中DDTs主要同分異構(gòu)體/同系物平均殘留量的影響Fig.4 The effect on the concentration of DDTs isomers and homologues in different conditions

3 結(jié)論

3.1 土壤中含有可以降解DDTs的微生物,添加營(yíng)養(yǎng)物刺激土著微生物原位修復(fù)DDTs污染是切實(shí)可行的.

3.2 葡萄糖可以在短時(shí)間內(nèi)刺激土著微生物數(shù)量迅速增加,但同時(shí)葡萄糖易于流失導(dǎo)致降解效果顯著降低;血粉可以吸附到土壤顆粒中穩(wěn)定存在,添加血粉可以長(zhǎng)期、有效的提高土壤過(guò)氧化氫酶和轉(zhuǎn)化酶活性,刺激土著微生物修復(fù)DDTs污染土壤.

3.3 添加血粉刺激土著微生物修復(fù)土壤中DDTs污染時(shí),調(diào)整C:N:P比對(duì)提高土著微生物修復(fù)DDTs的效率影響不顯著,而定期翻土可以顯著提高土壤酶活性,使5個(gè)月DDTs降解率達(dá)到43.41%,同時(shí)對(duì)于土壤中p,p’-DDE去除效果較好,有利于降低DDTs和場(chǎng)地修復(fù)后的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),在實(shí)際修復(fù)場(chǎng)地中具有較好的應(yīng)用前景.

[1] Li F B, Li X M, Zhou S G, et al. Enhanced reductive chlorination of DDT in an anaerobic systemof dissimilatory ironreducing bacteria and iron oxide [J]. Environmental Pollution, 2010,158: 1733-1740.

[2] Hinck J E, NorstromR J, Orazio C E, et al. Persistence of organochlorine chemical residues in fish fromthe Tombigbee River (Alabama, USA): continuing risk to wildlife froma former DDT manufacturing facility [J]. Environmental Pollution, 2009, 157:582-591.

[3] El-Temsah Y S, Oughton D H, Joner E J. Effects of nano-sized zero-valent iron on DDT degradation and residual toxicity in soil: a column experiment [J]. Plant and Soil, 2013,368:189-200.

[4] Calle E E, Frumkin H, Henley S J, et al. Organochlorines and breast cancer risk [J]. CA: A Cancer Journal for Clinicians, 2002, 52(5):301-309.

[5] Tang ML, Zhao MR, Zhou S S, et al. Assessing the underlying breast cancer risk of Chinese females contributed by dietary intake of residual DDT fromagricultural soils [J]. Environment International, 2014,73:208-215.

[6] Wang F, Jiang X, Bian Y R, et al. Organochlorine pesticides in soils under different land usage in the Taihu Lake region, China [J]. journal of environmental sciences-China, 2007,19(5):584-590.

[7] Cheng D X, Yu J T, W ang T T, et al. Adsorption characteristics and mechanisms of organochlorine pesticide DDT on farmland soils [J]. Polish Journal of Environmental Studies, 2014,23(5):1527-1535.

[8] Feng X, Li J, Teng Y G, et al. Residues and health risk assessment of organochlorine pesticides in soils on the Shore of Songhua River in Jilin city, China [J]. Environmental Chemistry, 2011,30(9):1604-1610.

[9] Gonzalez M, Miglioranza K S, Aizpun J E, et al. Assessing pesticide leaching and desorption in soils with different agricultural activities fromArgentina (Pampa and Patagonia) [J]. Chemosphere, 2010,81(3):351-358.

[10] Crowe A S, Smith J E. Distribution and persistence of DDT in soil at a sand dune-marsh environment: Point Pelee [J]. Canadian Journal of Soil Science, 2007,87(3):315-327.

[11] 薛 源,楊永亮,萬(wàn)奎元,等.沈陽(yáng)市細(xì)河周邊農(nóng)田土壤和大氣中有機(jī)氯農(nóng)藥和多氯聯(lián)苯初步研究 [J]. 巖礦測(cè)試, 2011,30(1): 27-32.

[12] 崔 健,王曉光,都基眾,等.沈陽(yáng)郊區(qū)表層土壤有機(jī)氯農(nóng)藥殘留特征及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) [J]. 中國(guó)地質(zhì), 2014,41(5):1705-1715.

[13] US-EPA. Anaerobic Bioremediation Using Blood Meal for Treatment of Toxaphene in Soil and Sediment [EB/OL]. https://clu-in.org/download/remed/542r05006/blood_meal.pdf2012-10-3.

[14] 張 巖,張景發(fā),陳艷梅,等.加速溶劑萃取-氣相色譜法測(cè)定土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥和多氯聯(lián)苯 [J]. 巖礦測(cè)試, 2010,29(5):491-496.

[15] GB/T 14550-2003土壤中六六六和滴滴涕測(cè)定的氣相色譜法[S].

[16] Wang W W, Page-Dumroese D, Lv R H, et al. Soil Enzyme Activities in Pinus tabuliformis (Carriére) Plantations in Northern China [J]. Forests, 2016,7:112-123.

[17] 許光輝,鄭洪元.土壤微生物分析方法手冊(cè) [M]. 北京:農(nóng)業(yè)出版社, 1986:251-269.

[18] Wang C P, Yu L, Zhang Z Y, et al. Tourmaline combined with phanerochaete chrysosporiumto remediateagricultural soil contaminated with PAHs and OC Ps [J]. Journal of Hazardous Materials, 2014,264:439–448.

[19] Trasar-Cepeda C, Camina F, Leiros MC, et al. An improved method to measure catalase activity in soils [J]. Soil Biology & Biochemistry, 1999,31:483–485.

[20] 徐琦峰.DDT降解細(xì)菌KK的分離鑒定及其降解特性研究 [D].泰安:山東農(nóng)業(yè)大學(xué), 2008.

[21] 李紅權(quán),馬珦玻,李紅梅,等.DDT降解菌DH-7的分離鑒定與降解特性研究 [J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009,37(13):5851-5852,5863.

[22] 肖鵬飛,李玉文,KONDO R. Tween60 和SDS強(qiáng)化白腐真菌修復(fù)DDT污染土壤 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2015,35(12):3737-3743.

[23] 顧立鋒,何 健,張明星,等.DDT降解細(xì)菌W-1的分離鑒定及其降解特性研究 [J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2007,26(2):568-571.

[24] Chandrappa MK, Harichandra Z N. Biodegradation of DDT by a Pseudomonas Species [J]. Current Microbiology, 2004,48:10-13.

[25] Rajiv A, Ashwani K. Metabolismof DDT 1,1,1-Trichloro-2, 2-bis(4-chlorophenyl)ethane by Alcaligenes denitrificans ITRC-4Under Aerobic and Anaerobic Conditions [J]. Current Microbiology, 2003,44:65-69.

[26] 楊樂(lè)巍.土壤通氣-微生物降解耦合修復(fù)現(xiàn)場(chǎng)石油烴污染土壤研究 [D]. 天津:天津大學(xué), 2010.

[27] 洪 青,蔣 新,李順鵬.微生物降解DDT研究進(jìn)展 [J]. 土壤, 2008,40(3):329-334.

[28] 謝 慧.土壤中DDT和DDE的生物強(qiáng)化降解及對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響 [D]. 泰安:山東農(nóng)業(yè)大學(xué), 2013.

[29] Wang X T, Chu S G, Xu X B. Organochlorine pesticide residues in water fromGuanting reservoir and Yongding River, china [J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2003, 70:351-358.

致謝：本實(shí)驗(yàn)的樣品采集和分析工作由沈陽(yáng)大學(xué)區(qū)域污染環(huán)境生態(tài)修復(fù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室全體實(shí)驗(yàn)員老師等協(xié)助完成,在此表示感謝.

Field test on biostimu lation to remediation DDTs in contaminated farmland soil using b lood meal.

WANG Hui,WANG Xiao-xu, SUN Li-na*, WU Hao, LUO Qing, RONG Lu-ge
(Key Laboratory of Regional Environment and Eco-remediation, Ministry of Education, Shenyang University, Shenyang 110044, China). China Environmental Science, 2017,37(2)：654～660

The remediation effect of DDTs in aged contaminated farmland soil using blood meal was investigated in the field test. Meanwhile, the effects of remediation conditions and degradation characteristics of DDTs isomers and homologues were studied in this paper. The results showed that the method of biostimulation using blood meal was a practical way to remediate the DDTs aged contaminated farmland soil. Compared with glucose, the blood meal was a long termeffective method on stimulating indigenous microorganisms to degrade DDTs in the soil, and the soil catalase activity and invertase activity were greatly improved. To plowthe land once a week was helpful to remediate the contaminated soil by biostimulating using blood meal. At the same time, as the high toxicity homologues DDTs, PP’-DDE was effectively degraded, and the potential environmental risks reduced significantly. Hence, the present study demonstrated that biostimulation using blood meal supplemented by plowing the soil once a week had the great potential application for remediating the DDTs contaminated farmland soil.

blood meal；DDTs；field test；aged contaminated farmland soil；biostimulation

X53

A

1000-6923(2017)02-0654-07

王 輝(1981-),男,遼寧遼陽(yáng)人,副教授,博士,主要從事污染修復(fù)和環(huán)境評(píng)價(jià)研究.發(fā)表論文10余篇.

2016-06-19

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目 (2014CB441106);沈陽(yáng)市科學(xué)事業(yè)費(fèi)競(jìng)爭(zhēng)性選擇項(xiàng)目(城市生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理及其修復(fù)技術(shù)研究);沈陽(yáng)市科技計(jì)劃項(xiàng)目(F14-133-9-00)

* 責(zé)任作者, 教授, Sln629@163.com