多氯联苯(Polychlorinated biphenyls, PCBs)是水稻土中典型氯代有机污染物,呈现面广、浓度低、风险高等特点,探索、利用和强化水稻田自然消减能力消除PCBs污染是一项有意义的研究课题。硫酸盐还原作用在水稻土硫循环和污染物厌氧降解中扮演重要角色,但其对PCBs消减的影响及机制尚不清楚。
本论文通过控制硫酸盐还原条件进行水稻土厌氧培养批次试验,研究了水稻土硫酸盐还原条件下的PCBs消减规律,采用PCR-DGGE和Real-time PCR技术分别分析了硫酸盐还原菌(SRB)和Chloroflexi的群落结构变化和定量表达,并从PCBs环境样品中富集驯化SRB混合培养体,探索了富集物体系中PCBs的消减规律。主要研究结果如下：
(1)水稻土厌氧培养体系中土壤溶液的氧化还原电位值(Eh值)都在200mV以下,处于还原状态,部分处理的Eh能在一段时期内降至-220mV左右,属于硫酸盐还原作用主导条件。硫酸盐还原条件下,实际PCBs污染土及添加PCBs污染土中各氯代同系物消减率均随着氯取代数的增大而降低,较低PCBs浓度水平(2mg/kg dw左右)实际污染土壤的总PCBs肖减率能达到36.8%,对五氯、六氯PCBs的消减有较明显的优势,较高浓度水平(25mg/kg dw左右)添加污染土壤的PCBs消减率也能达到20%以上,硫酸盐还原作用对PCBs的消减有一定的促进作用。碳源乙酸盐和SRB抑制剂钼酸盐的添加对培养105天后PCB31、116、153的消减均无显著影响。GC-MS分析检测到硫酸盐还原产物S8的生成,证实了硫酸盐还原过程的发生,但未检测到新的PCBs单体,表明没有脱氯中间代谢产物持留。
(2)添加PCBs污染土壤样品中,淹水厌氧条件能使总细菌多样性指数略微增加,但淹水条件下添加不同底物处理的多样性指数变化并不显著。硫酸盐可能对土壤中某些微生物有抑制作用,钼酸盐则能抑制硫酸盐还原菌的生长。对脱氯菌DGGE特异性条带克隆测序,鉴定出与氯代脂肪烃及芳香族化合物转化关系密切的Chloroflexi(绿弯菌门)同源性较高的序列,该序列代表的菌种很有可能参与了土壤中PCBs的降解。
(3)先从PCBs污染样品富集SRB再用PCBs驯化SRB混培体的方式对土壤富集源SRB混培体的毒害较大,对Aroclor1254的降解效果不佳；而在富集sRB的同时加入PCBs驯化的方式可以获得对PCBs耐受性较好的SRB混培体,对PCB31.116.153有一定的降解效果。
本研究初步探明了水稻土硫酸盐还原作用对PCBs的消减规律,证实其对PCBs的消减有一定促进作用,分析了不同硫酸盐还原条件下水稻土中的功能微生物群落变化,为解释水稻土中PCBs自然消减的复杂机理奠定了基础。
