填埋场植被根际土壤微生态及对氯代烷烃污染控制特性研究

作     者：王永琼 

作者单位：重庆理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵天涛;封丽

授予年度：2022年

学科分类：083002[工学-环境工程] 083001[工学-环境科学] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 07[理学] 08[工学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

主      题：填埋场 氯代烷烃 植被根系 微生物群落结构 代谢组学 污染控制 

摘      要：生活垃圾填埋场是重要的温室气体排放源,其中挥发性氯代烃(CAHs)是填埋气中的主要污染物,其增温潜势是二氧化碳的几百倍,因此,CAHs减排研究亟需开展。植被是一种良好的原位生物修复介质,它可以为微生物提供良好的生长环境,同时植被根系分泌络合物与微生物进行协同作用并通过生物氧化降解甲烷、氯代烷烃等有毒有害气体。目前覆盖层涉及的植被种类众多,但关于不同植被根系土壤微生态信息及生物氧化特性研究却鲜有报道,开展相关研究对完善填埋场植被微生态信息,优选适宜植被强化填埋场污染物降解,降低填埋场碳排放,实现我国“双碳战略具有重要意义。基于此,本文开展了填埋场植被根际土壤微生态及对典型氯代烷烃污染控制研究。主要研究内容及结论如下:(1)通过对重庆某填埋场覆盖层植株群落结构特征调研,明晰了重庆地区填埋场土著植被种类及根际微生物群落组成。(1)填埋场覆盖层植被以草本植株为主,植被覆盖区微生物多样性较裸土显著提高。(2)植被覆盖下,根际区域微生物生长环境会发生改变(如含水率、pH和CAHs含量等),与无植被覆盖下相比,功能微生物的活性和多样性显著增强。(3)在所有不同植被根系土壤样品中共检测出超过18种门类微生物,优势菌门主要有变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteriota)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadota)和拟杆菌门(Bacteroidota)。(2)开展微生物多样性测序分析和代谢组学技术分析,了解不同根系深度微生物群落结构和代谢物特征。(1)不同植被根际土壤中三种功能微生物丰度基本呈Proteobacteria酸杆菌门(Acidobacteria)厚壁菌门(Firmicutes)的规律,其中Proteobacteria和Acidobacteria相对丰度在不同植被深度无明显差异,而Firmicutes仅在艾草15 cm、20 cm和酸模20 cm处相对丰度最高,由此推断出艾草和酸模可有效增强Firmicutes的活性,利于其在缺氧层生存。(2)对四种植被根系土壤代谢物进行比较分析,发现构树根系土壤中肉桂酸的丰度显著高于其他三种植被根系土壤样品,肉桂酸属于芳香族有机酸,容易被根际细菌食用,从而促进根系微生物生长,构树根系环境可显著影响根际环境的微生物活性。(3)采用静态批次实验,探究氯代烷烃在植被根系土壤中的吸附转化特性研究。(1)本研究首次利用不同植被根系土壤开展相关研究,通过等温吸附动力学拟合发现三种氯代烷烃在裸土、刺苋、决明子等11种植被根系土壤中的平衡浓度与平衡吸附量呈非线性关系,吸附等温线符合Freundlich模型(R=0.6753～0.9999),在牛筋草、辣椒、头状穗莎草、水稻和芦苇根系土壤中等温吸附线符合Langmuir模型(R=0.4236～0.9704)。(2)与裸土相比,植被根际土壤具有更高的污染吸附能力,氯代烷烃在植被根系土壤中的吸附速率变化范围在0.01～1.92μg·kg·h之间,在裸土中的吸附速率为0.15～0.43μg·kg·h,其远大于文献中报道中覆盖土对氯代烷烃的降解速率。(4)考察了氯代烷烃和甲烷在不同植被根系土壤中的生物氧化效率,探索不同植被根际强化区系土壤生物活性。(1)不同植被根系土壤甲烷氧化能力最大为24 h。裸土甲烷氧化能力最差,刺苋甲烷氧化能力最大为8.45 mg·m L·d。(2)基于不同植被根系土壤功能微生物群落结构特征,结合甲烷氧化能力强弱,推测甲基微菌属(Methylomicrobium)和甲基杆菌属(Methylobacter)可能在甲烷生物氧化中起重要的作用。(3)不同植被根系土壤对三氯甲烷(CF)降解量在0.12～0.29 mg ·g范围内,降解速率在1.71～2.82 mg ·g·d之间。因此,强化覆盖层植被的生物氧化活性可有效减少氯代烷烃对环境的不利影响。