CN115975644A - 一种基于植物-微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种基于植物-微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于植物‑微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂及其制备方法与应用。所述土壤修复剂为固定吸附有PAHs降解菌菌液和模拟根系分泌物的生物炭；所述PAHs降解菌为假杆菌(Pseudarthrobacter scleromae)J‑1和芽孢杆菌(Bacillus sp.)J‑3；所述模拟根系分泌物为糖类、小分子酸类和氨基酸类组成的混合物。本发明提供了两种能够高效降解PAHs的菌种，然后通过将PAHs降解菌菌液和模拟根系分泌物固定于生物炭上，克服了常规植物‑微生物修复技术存在的植物生长易受环境因素影响、根系分泌物分泌量及速率受生长周期限制、根际效应作用范围有限等问题。本发明的修复剂比单独微生物修复，PAHs去除率提高20％～40％，提高了PAHs污染土壤的修复效率。

Description

一种基于植物-微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修 复剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种基于植物-微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂及其制备方法与应用，属于环境修复技术领域。
背景技术
多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)是环境中广泛存在的一类典型持久性有机污染物，主要来自生物质燃烧、工业排放、机动车尾气、石油源等，大多具有“三致”效应，可通过空气或水进行长、短距离输送，最终在土壤中累积，进而危及生态系统和人体健康。我国表层土壤PAHs含量区域间差异较大，同一区域内不同利用类型也存在差异。因此，有必要针对PAHs严重污染的区域或场地，开发适合的土壤修复技术，助力污染防治攻坚战，降低或消除生态及健康风险。
国内外学者对有机污染土壤修复技术开展了大量研究，植物-微生物联合修复是最具潜力的修复技术之一，具有无二次污染，不破坏土壤结构性质等优点。目前，PAHs污染土壤的植物-微生物联合修复研究主要侧重于植物与专性降解菌的联合修复和植物与菌根真菌的联合修复两个方面。联合修复能够加快土壤中PAHs的去除，主要机制在于植物根系分泌物对降解微生物的降解强化作用。根系分泌物是指植物根系在生命活动过程中向外界环境分泌的各种有机化合物的总称，其释放量占年光合作用产量的10％～20％，种类繁多。植物根系分泌物可为根际降解微生物提供营养，影响微生物的分布、活性和群落多样性，促进微生物对PAHs的降解，实现其有效性和毒性的快速消减。然而，植物-微生物联合修复技术也存在一些局限性，如(1)植物生长对环境较敏感，且根系分泌物的分泌量与分泌速率受生长周期和环境条件影响显著；(2)该技术作用范围主要是根际微环境，根系分泌物浓度随着离根系距离的增加呈现梯度递减效应，影响到降解菌在土壤中的数量与分布，进而影响土壤修复效果；(3)所用微生物多为污染土壤中直接筛出的降解菌群，未与植物根系分泌物进行耦合优化。以上影响了联合修复技术的应用范围。因此，如何创新植物-微生物联合修复技术，拓宽技术适应性，对PAHs污染土壤修复具有十分重要的意义。
目前研究较多的有机污染土壤修复剂多为固定化菌剂。研究者通过固定化技术将特定高效降解菌或菌群以物理、化学等方法固定在合适的载体上，通过载体为微生物提供相对独立的微生境，降低外界因素对微生物的影响，使其生物活性保持较高水平，从而保证其降解作用能够高效发挥。但该技术主要利用微生物的降解作用，未利用植物根系分泌物的优势。植物根系分泌物是否能与外源高效降解菌耦合，在载体的保护下，三者起到协同作用，达到更好的修复效果，值得深入探究。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于植物-微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂及其制备方法与应用。本发明以PAHs降解菌群为目标微生物，在所报道及实验检测到的的PAHs修复植物根系分泌物组分中筛选可促进目标菌群降解PAHs的典型组分，制备为模拟根系分泌物，将降解菌群与模拟根系分泌物负载于生物炭载体上制备为土壤修复剂，将其应用于PAHs污染土壤等污染介质中PAHs的去除。
本发明的技术方案如下：
一种基于植物-微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂，所述多环芳烃污染土壤修复剂为固定吸附有PAHs降解菌菌液和模拟根系分泌物的生物炭；
所述PAHs降解菌为假杆菌(Pseudarthrobacter scleromae)J-1和芽孢杆菌(Bacillus sp.)J-3；
所述假杆菌(Pseudarthrobacter scleromae)J-1，2021年11月16日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏地址：湖北省武汉市武昌区八一路299号，保藏编号：CCTCC NO：M20211342；所述芽孢杆菌(Bacillus sp.)J-3，2021年11月16日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏地址：湖北省武汉市武昌区八一路299号，保藏编号：CCTCC NO：M 20211343；
所述模拟根系分泌物为糖类、小分子酸类和氨基酸类组成的混合物。
根据本发明优选的，所述多环芳烃污染土壤修复剂中假杆菌(Pseudarthrobacterscleromae)J-1的有效活菌数为5×108～5×109CFU/g，芽孢杆菌(Bacillus sp.)J-3的有效活菌数为2×108～5×109CFU/g。
根据本发明优选的，所述模拟根系分泌物中糖类的浓度为1.2～1.4g C/L、小分子酸类的浓度为0.15～0.46g C/L、氨基酸类的浓度为0.7～1.4g C/L。
根据本发明优选的，所述糖类为葡萄糖、蔗糖和果糖的混合物。
进一步优选的，所述葡萄糖、蔗糖和果糖的浓度比为1：(0.8～1)：1。
根据本发明优选的，所述小分子酸类为琥珀酸、苹果酸和柠檬酸的混合物。
进一步优选的，所述琥珀酸、苹果酸和柠檬酸的浓度比为(0.9～1)：1：1。
根据本发明优选的，所述氨基酸类为精氨酸、丝氨酸和缬氨酸的混合物。
进一步优选的，所述精氨酸、丝氨酸和缬氨酸的浓度比为1：1：(0.8～1)。
根据本发明优选的，所述生物炭按如下方法制备得到：
将玉米芯粉碎、干燥，在200～500℃下限氧热解120～150分钟，冷却后粉碎、过筛，取粒径为0.25～2.5厘米的部分，得到生物炭。
上述基于植物-微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂的制备方法，包括步骤如下：
将PAHs降解菌进行活化和发酵培养，得发酵液；将发酵液离心，收集菌体重悬于模拟根系分泌物溶液中，得到混合溶液；然后向混合溶液中投加生物炭进行混合吸附固定，经过滤后，制得多环芳烃污染土壤修复剂。
根据本发明优选的，所述PAHs降解菌活化和发酵培养的步骤如下：
将PAHs降解菌接种于营养琼脂培养基上，在30℃下活化培养24～48h；然后从营养琼脂培养基上挑取微生物菌落接种到营养肉汤培养基中，在转速为130～160rpm的摇床上30℃发酵培养16～24h，得到PAHs降解菌发酵液；
其中，所述营养琼脂培养基组分为：牛肉浸粉3.0g/L，蛋白胨10.0g/L，NaCl 5.0g/L，琼脂10g/L，pH 7.0～7.4；
所述营养肉汤培养基组分为：牛肉浸粉3.0g/L，蛋白胨10.0g/L，NaCl 5.0g/L，pH7.0～7.4。
根据本发明优选的，所述生物炭与模拟根系分泌物的质量体积比为(1～2)：10，单位为：g/mL。
根据本发明优选的，所述混合溶液和生物炭混合吸附固定时间为16～24h。
根据本发明，上述土壤修复剂在修复PAHs污染土壤中的应用，包括步骤如下：
向PAHs污染土壤中添加氮磷农用复合肥，调节污染土壤的碳、氮、磷的摩尔比为(100～120)：(5～10)：1，调整土壤含水率至20～50％，疏松土壤，按质量比1～5％加入土壤修复剂，混合均匀，每隔一周翻搅一次，维持土壤含水率为20～50％，在15～40℃条件下修复50～70天，检测土壤中PAHs含量，若达到修复目标则停止修复，若未达目标则投加第2轮土壤修复剂继续修复，直至达到修复目标。
本发明未详细说明的均可以按照现有技术进行。
本发明的有益效果在于：
1、本发明首先提供了两种能够高效降解PAHs的菌种假杆菌(Pseudarthrobacterscleromae)J-1和芽孢杆菌(Bacillus sp.)J-3，然后通过将PAHs降解菌菌液和模拟根系分泌物固定于有机载体生物炭上，克服了常规植物-微生物联合修复技术存在的植物生长易受环境因素影响、根系分泌物分泌量及速率受生长周期限制、根际效应作用范围有限等问题，本发明修复剂的修复周期不受植物生长限制，土壤适应性强，应用前景广泛。并且本发明中的模拟根系分泌物与假杆菌(Pseudarthrobacter scleromae)J-1、芽孢杆菌(Bacillus sp.)J-3高度耦合，两者结合后产生了明显的协同增效作用，同时以生物炭为载体，实现了对PAHs污染土壤的修复作用。本发明提供的修复剂相较于单独微生物修复方法，PAHs去除率提高20％～40％，有效地提高了PAHs的去除率，提高了PAHs污染土壤的修复效率。
2、本发明筛选所得可促进目标微生物降解PAHs的根系分泌物配方明确，可商品化购买；以玉米芯等农业废弃物作为前体物来制备生物炭载体，容易大量获得，同时实现了废物资源化。所制备的土壤修复剂成本低廉，修复效果较好，具有显著的经济效益和社会效益。
3、本发明通过筛选验证制备了模拟根系分泌物，然后与高降污染物降解微生物相结合，产生了协同增效作用，提高污染物的去除率，为创新生物技术拓宽了思路，为PAHs污染土壤修复剂的研发提供了指导。
附图说明
图1为PAHs修复植物黑麦草的根系分泌物中小分子酸的混标谱图。
图2为PAHs修复植物黑麦草的根系分泌物中氨基酸的混标谱图。
图3为模拟根系分泌物中的糖类组分对菌群降解PAHs效果影响的柱状图。
图4为模拟根系分泌物中的小分子酸类组分I对菌群降解PAHs效果影响的柱状图。
图5为模拟根系分泌物中的小分子酸类组分II对菌群降解PAHs效果影响的柱状图。
图6为模拟根系分泌物中的氨基酸组分I对菌群降解PAHs效果影响的柱状图。
图7为模拟根系分泌物中的氨基酸组分II对菌群降解PAHs效果影响的柱状图。
图8为不同组分交互影响对PAHs降解率影响的响应面3D图；
图中：a、b和c分别为糖类和小分子酸类、糖类和氨基酸类以及氨基酸类和小分子酸类对总PAHs降解率交互影响的响应面3D图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面通过实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
微生物来源：
实施例1～6中的PAHs降解菌群由假杆菌(Pseudarthrobacter scleromae)J-1(菌种保藏号：CCTCC NO:M 20211342)和芽孢杆菌(Bacillus sp.)J-3(CCTCC NO:M 20211343)组成，保藏机构：中国典型培养物保藏中心，地址：湖北省武汉市武昌区八一路299号。
实施例中使用的营养琼脂培养基组分为：牛肉浸粉3.0g/L，蛋白胨10.0g/L，NaCl5.0g/L，琼脂10g/L，pH 7.0～7.4；
营养肉汤培养基组分为：牛肉浸粉3.0g/L，蛋白胨10.0g/L，NaCl 5.0g/L，pH 7.0～7.4。
实施例1：降解菌群对PAHs的降解
将假杆菌(Pseudarthrobacter scleromae)J-1和芽孢杆菌(Bacillus sp.)J-3分别接种于营养琼脂培养基上，在30℃下活化培养36h，然后从营养琼脂培养基上挑取微生物菌落接种到50mL营养肉汤培养基中，在转速为150rpm的摇床上30℃混合发酵培养20h，将发酵液在4℃、8000r/min，离心10min，获得混合菌体，使用PBS缓冲液洗涤菌体中残留的碳源，重复洗涤2次后，加入50mL的PBS缓冲液重悬，以制备得到降解体系所需菌液。
在超净台中向含有BH培养基的锥形瓶中添加终浓度为20mg/L的PAHs-丙酮储备液(PHE：PYR：BaP＝10：10：1)，使用灭菌封口膜封口，置于摇床中振摇12h以挥发有机溶剂。按10％比例接种降解菌液，降解体系总体积为50mL，设置不接种菌液的处理组为空白对照。将锥形瓶置于摇床中在150rpm，30℃条件下振荡培养，降解周期为7d。处理组设置3平行。降解结束后测定体系中的PAHs残留量，计算PAHs降解率。
经计算：在液体摇瓶中假杆菌(Pseudarthrobacter scleromae)J-1和芽孢杆菌(Bacillus sp.)J-3混合菌群对PAHs具有较强的降解能力，7d内PAHs的微生物降解率为35.8％。
实施例2：PAHs修复植物中的根系分泌物组分测定
通过水培实验，收集PAHs修复植物黑麦草的根系分泌物，冷冻干燥后用灭菌蒸馏水重定容，测定典型小分子有机酸和氨基酸类物质。
构建了针对9种小分子有机酸的HPLC测定法，色谱图如图1所示。图1中从左到右的峰依次为草酸、酒石酸、甲酸、苹果酸、乳酸、乙酸、柠檬酸、马来酸、富马酸。对黑麦草根系分泌物中的小分子酸进行了分析，草酸、甲酸和苹果酸被检出，其余6种小分子酸未被检出。3种已检出酸中，草酸浓度最高，为9.4±2.9mg/g植物干重，占小分子酸总量的91％。
构建了针对16种游离氨基酸(天冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、组氨酸、精氨酸)的氨基酸分析仪测定法，混标谱图如图2所示。对黑麦草根系分泌物中的氨基酸进行了分析，检出了10种氨基酸，分别是天冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、酪氨酸、赖氨酸、组氨酸。其中缬氨酸和谷氨酸浓度相对较高，分别为36.4±2.0和20.4±8.5μg/g植物干重，各占氨基酸总量的43％和24％。半胱氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、精氨酸未检出。
实施例3：模拟根系分泌物组分对菌群降解PAHs效果的影响
根据实施例2的测定结果及PAHs修复植物典型根系分泌物组分，发明人选择糖类、小分子酸类和氨基酸类这3类组分构建模拟根系分泌物，研究这3类组分对菌群降解PAHs效果的影响，以期获得可与PAHs降解菌群协同作用的模拟根系分泌物配方。糖类组分为葡萄糖、果糖和蔗糖。小分子酸类组分设置2个处理组，小分子酸类组分I处理组含琥珀酸、苹果酸和柠檬酸，小分子酸类组分II处理组含琥珀酸、苹果酸和草酸。氨基酸类组分设置2个处理组，氨基酸类组分I处理组含精氨酸、丝氨酸和谷氨酸，氨基酸类组分II处理组，含精氨酸、丝氨酸和缬氨酸。
对以上5个组分处理组分别考察对菌群降解PAHs的影响。各处理组的物质组成及浓度梯度设定如表1所示。其中，糖类组分在降解体系中的浓度设置为0.04g C/L、0.2g C/L、1g C/L和5g C/L，分别记作糖-0.04、糖-0.2、糖-1和糖-5。小分子酸类组分I和II在降解体系中的浓度均分别设置为0.04g C/L、0.2g C/L、1g C/L和2g C/L，分别记作小分子酸I/II-0.04、小分子酸I/II-0.2、小分子酸I/II-1和小分子酸I/II-2。氨基酸组分I和II在降解体系中的浓度梯度与小分子酸类组分一致，分别记作氨基酸I/II-0.04、氨基酸I/II-0.2、氨基酸I/II-1和氨基酸I/II-2。对照组为不添加模拟根系分泌物(ARE组分)，只含降解菌群的降解体系，记作菌群。
表1模拟根系分泌物
Figure BDA0003831314050000061
Figure BDA0003831314050000071
将降解菌群接种于营养琼脂培养基上，在30℃下活化培养36h，然后从营养琼脂培养基上挑取微生物菌落接种到50mL营养肉汤培养基中，在转速为150rpm的摇床上30℃发酵培养20h，将发酵液在4℃、8000r/min，离心10min，获得混合菌体，使用PBS缓冲液洗涤菌体中残留的碳源，重复洗涤2次后，加入50mL的PBS缓冲液重悬，以制备得到降解PAHs体系所需的降解菌液。
在超净台中向含有BH培养基的锥形瓶中添加终浓度为20mg/L的PAHs-丙酮储备液(PHE：PYR：BaP＝10：10：1)，使用灭菌封口膜封口，置于摇床中振摇12h以挥发有机溶剂。按10％比例接种降解菌液，并向其中添加不同浓度的模拟根系分泌物组分，降解体系总体积为50mL。将锥形瓶置于摇床中在150rpm，30℃条件下振荡培养，降解周期为7d。处理组设置3平行。降解结束后测定体系中的PAHs残留量，计算PAHs降解率，并测定菌密度值(OD600)。
经计算：糖类组分为1g C/L时对菌群降解PAHs的促进表现最优，7d内PAHs降解率为48.6％(图3)，OD600值为2.10。小分子酸类组分为0.04g C/L和0.2g C/L时，小分子酸I和小分子酸II对PAHs降解均表现出促进作用，特别是0.2g C/L时，PAHs降解率明显高于对照组，分别为46.3％和42.8％(图4和5)，OD600值在1.2～1.3范围内。氨基酸组分在1g C/L和2g C/L时，氨基酸组分I和II对PAHs的降解均具有明显促进作用，PAHs降解率分别为49.6％～52.4％和50.7％～51.3％(图6和7)，OD600值在1.5～1.8范围内。
实施例4：模拟根系分泌物优化
基于实施例3结果，选择以糖类组分(葡萄糖：蔗糖：果糖＝1：1：1，1g C/L)，小分子酸类组分(琥珀酸：苹果酸：柠檬酸＝1：1：1，0.2g C/L)和氨基酸类组分(精氨酸：丝氨酸：缬氨酸＝1：1：1，1～2g C/L)为复合配方，以降解体系中PAHs降解率为响应值，应用DesignExpert软件的Box-Behnken Design模型，进行3因素3水平模拟根系分泌物优化配方组合实验设计，以期得到更优的ARE组合配方。实验设计如表2所示。
表2响应面因素水平设计
Figure BDA0003831314050000072
实验结果如表3所示。以PAHs降解率为响应值，对糖类添加浓度(A)、小分子酸类添加浓度(B)以及氨基酸类添加浓度(C)之间的降解效果拟合二次回归方程为：
Y(PAHs降解率)＝+56.12+1.99×A+2.05×B+0.91×C+0.28×A×B+0.35×A×C–3.68×B×C–5.86×A2–2.18×B2-2.06×C2。
表3响应面实验结果
Figure BDA0003831314050000081
表4为以PAHs降解率为响应值的回归方程的方差分析。P值显著，且方程具有不显著的总拟失值，说明模型拟合效果较优，可基于响应面得到优化结果。
表4以PAHs降解率为响应值的方差分析
Figure BDA0003831314050000082
Figure BDA0003831314050000091
由图8可知，当糖类添加浓度为1.38g C/L、小分子酸类为0.40g C/L和氨基酸类为0.76g C/L组成的ARE组分加入降解体系后可达最高降解率，预测总PAHs降解率为57.1％。为验证所建的回归模型是否准确可靠，根据上述响应面分析得到的最佳配比条件进行3组重复实验验证，最终得到PAHs降解率为58.7％±1.4％，与预测值之间无显著差异性，说明预测模型合理可靠。
实施例5：基于植物-微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂的制备
一种基于植物-微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂的制备方法，包括步骤如下：
(1)将PAHs降解菌接种于营养琼脂培养基上，在30℃下活化培养36h，然后从营养琼脂培养基上挑取微生物菌落接种到50mL营养肉汤培养基中，在转速为150rpm的摇床上30℃发酵培养20h，将发酵液在4℃、8000r/min，离心10min，获得混合菌体，使用PBS缓冲液洗涤菌体中残留的碳源，重复洗涤2次后，加入50mL的PBS缓冲液重悬，得到PAHs降解菌菌液；
(2)将PAHs降解菌菌液与模拟根系分泌物溶液混合，得到混合溶液；然后按照1：10的质量体积比(g/mL)向混合溶液中投加生物炭进行混合吸附固定20h，经过滤后，制得多环芳烃污染土壤修复剂。
其中，所得的多环芳烃污染土壤修复剂中糖类的浓度为1.38g C/L，葡萄糖、蔗糖和果糖的浓度比为1：1：1；小分子酸类为0.40g C/L，琥珀酸、苹果酸和柠檬酸的浓度比为1：1：1；氨基酸类为0.76g C/L，精氨酸、丝氨酸和缬氨酸的浓度比为1：1：1。
所述生物炭按如下方法制备得到：将玉米芯粉碎、干燥，在400℃下限氧热解130分钟，冷却后粉碎、过筛，取粒径为2厘米的部分作为生物炭载体。
实施例6：土壤修复剂的PAHs去除率测定实验
从农田中采集土样，自然风干，粉碎，混匀，加入PAHs储备液使其终浓度为50mg/kg，挥发溶剂后，分别称取20g的PAHs污染土于多个40ml棕色EPA瓶中，之后进行5种处理，各处理设置三平行：处理一：自然衰减，只有PAHs污染土，作为空白对照；处理二：向PAHs污染土中添加实施例5制备的土壤修复剂，添加量1g；处理三：添加模拟根系分泌物，添加量与处理二的1g土壤修复剂制备时使用的模拟根系分泌物等量；处理四：添加PAHs降解菌菌液，添加量与处理二的1g土壤修复剂制备时所使用的菌液等量；处理五：添加生物炭载体，添加量与处理二的1g土壤修复剂制备时所使用的载体等量。调节含水率为20～50％，25℃下培养20d。取土样以二氯甲烷为溶剂索氏提取24h，旋蒸后甲醇重定容，HPLC测定PAHs含量，并计算PAHs去除率。
经计算：处理一的PAHs去除率为17.4％，处理二为67.3％，处理三为25.7％，处理四为40.1％，处理五为21.6％。处理一自然衰减作为空白对照，其PAHs的去除主要源于挥发、吸附、老化等物化作用和土著微生物的生物降解作用；处理二至五均存在自然衰减作用，其各自的PAHs去除率与处理一去除率的差值即为处理二至五中所添加外源物质对PAHs去除所起的贡献。处理二土壤修复剂贡献为49.9％，处理三模拟根系分泌物的贡献为8.3％，处理四PAHs降解菌贡献为22.7％，处理五载体贡献为4.2％。土壤修复剂对PAHs去除的贡献(49.9％)大于模拟根系分泌物、降解菌和载体三者单独作用贡献的加和(8.3％+22.7％+4.2％＝35.2％)，说明在所制备的土壤修复剂中，模拟根系分泌物、降解菌和载体三者具有协同降解PAHs作用。
实施例7：土壤修复剂在PAHs污染土壤的应用效果实验
采用实施例5制备的土壤修复剂进行盆土试验。
具体方法如下：从农田中采集土样，自然风干，粉碎，混匀，加入PAHs储备液使其终浓度为80mg/kg，挥发溶剂后分别进行3种处理：处理一：称取污染土壤1.0kg，加入土壤修复剂25g，肥料15g(硝基磷酸铵)；处理二：称取污染土壤1.0kg，加入土壤修复剂25g；处理三：称取污染土壤1.0kg。将上述三组处理后的污染土壤分别装入花盆，调节并保持含水率为20～50％，每隔一周翻搅一次，室温放置2个月。对土壤样品，以二氯甲烷为溶剂索氏提取24h，旋蒸后甲醇重定容，HPLC测定PAHs含量，并计算PAHs去除率。
经过2个月的修复，处理一的PAHs去除率为89.1％，处理二的PAHs去除率为62.4％，处理三的PAHs去除率为38.6％。说明在应用本发明制备的土壤修复剂时，与硝基磷酸铵等肥料配合使用后能够进一步增强其修复能力，提高PAHs去除率。
实施例8：土壤修复剂在石油污染土壤中的应用效果试验
采用实施例5制备的土壤修复剂修复胜利油田孤岛油区含油2.6％的土壤。
具体方法如下：取含油土壤10m3土进行异位修复。将含油土壤充分搅拌均匀，然后平分成2份进行2个处理。处理一：含油土壤作为空白对照；处理二：含油土壤加入5％的修复剂和土壤重量1％的肥料(硝基磷酸铵)并搅拌均匀。保持土壤含水量20～50％，每隔一周翻动土壤一次，定期取样测定PAHs含量，修复2个月。采用有机溶剂索氏提取和HPLC测定测定PAHs含量，并计算PAHs去除率。
经过2个月的修复后，处理一的PAHs去除率为10.2％，处理一的PAHs去除率为51.1％。说明本发明提供的土壤修复剂和修复方法能够有效地去除石油污染土壤中的PAHs污染物，并且修复效果显著。

Claims (10)

1.一种基于植物-微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂，其特征在于，所述多环芳烃污染土壤修复剂为固定吸附有PAHs降解菌菌液和模拟根系分泌物的生物炭；
所述PAHs降解菌为假杆菌(Pseudarthrobacter scleromae)J-1和芽孢杆菌(Bacillussp.)J-3；
所述假杆菌(Pseudarthrobacter scleromae)J-1，2021年11月16日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏地址：湖北省武汉市武昌区八一路299号，保藏编号：CCTCC NO：M20211342；所述芽孢杆菌(Bacillus sp.)J-3，2021年11月16日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏地址：湖北省武汉市武昌区八一路299号，保藏编号：CCTCC NO：M 20211343；
所述模拟根系分泌物为糖类、小分子酸类和氨基酸类组成的混合物。
2.如权利要求1所述的基于植物-微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂，其特征在于，所述多环芳烃污染土壤修复剂中假杆菌(Pseudarthrobacter scleromae)J-1的有效活菌数为5×108～5×109CFU/g，芽孢杆菌(Bacillus sp.)J-3的有效活菌数为2×108～5×109CFU/g。
3.如权利要求1所述的基于植物-微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂，其特征在于，所述模拟根系分泌物中糖类的浓度为1.2～1.4g C/L、小分子酸类的浓度为0.15～0.46g C/L、氨基酸类的浓度为0.7～1.4g C/L。
4.如权利要求1所述的基于植物-微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂，其特征在于，所述糖类为葡萄糖、蔗糖和果糖的混合物；所述葡萄糖、蔗糖和果糖的浓度比为1：(0.8～1)：1。
5.如权利要求1所述的基于植物-微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂，其特征在于，所述小分子酸类为琥珀酸、苹果酸和柠檬酸的混合物；所述琥珀酸、苹果酸和柠檬酸的浓度比为(0.9～1)：1：1。
6.如权利要求1所述的基于植物-微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂，其特征在于，所述氨基酸类为精氨酸、丝氨酸和缬氨酸的混合物；所述精氨酸、丝氨酸和缬氨酸的浓度比为1：1：(0.8～1)。
7.如权利要求1所述的基于植物-微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂，其特征在于，所述生物炭按如下方法制备得到：
将玉米芯粉碎、干燥，在200～500℃下限氧热解120～150分钟，冷却后粉碎、过筛，取粒径为0.25～2.5厘米的部分，得到生物炭。
8.权利要求1所述的基于植物-微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：
将PAHs降解菌进行活化和发酵培养，得发酵液；将发酵液离心，收集菌体重悬于模拟根系分泌物溶液中，得到混合溶液；然后向混合溶液中投加生物炭进行混合吸附固定，经过滤后，制得多环芳烃污染土壤修复剂。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述生物炭与模拟根系分泌物的质量体积比为(1～2)：10，单位为：g/mL；所述混合溶液和生物炭混合吸附固定的时间为16～24h。
10.权利要求1～7任一项所述的基于植物-微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂在修复PAHs污染土壤中的应用，其特征在于，包括步骤如下：
向PAHs污染土壤中添加氮磷农用复合肥，调节污染土壤的碳、氮、磷的摩尔比为(100～120)：(5～10)：1，调整土壤含水率至20～50％，疏松土壤，按质量比1～5％加入土壤修复剂，混合均匀，每隔一周翻搅一次，维持土壤含水率为20～50％，在15～40℃条件下修复50～70天，检测土壤中PAHs含量，若达到修复目标则停止修复，若未达目标则投加第2轮土壤修复剂继续修复，直至达到修复目标。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024051268A1 (zh) * 2022-09-05 2024-03-14 山东省科学院生态研究所(山东省科学院中日友好生物技术研究中心) 一种基于植物-微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂及其制备方法与应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109609417A (zh) * 2019-01-30 2019-04-12 中国环境科学研究院 提升土壤质量的微生物菌剂，制备方法及应用
CN110396488A (zh) * 2019-07-18 2019-11-01 中国科学院城市环境研究所 一种降解多环芳烃污染物的混合菌系及应用方法
CN114106842A (zh) * 2021-11-30 2022-03-01 大连理工大学 一种降解土壤中多环芳烃的复合材料及其制备方法和应用

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101724582A (zh) * 2008-10-29 2010-06-09 中国科学院沈阳应用生态研究所 一种修复PAHs污染土壤的固定化菌剂及其制备方法
CN101972772B (zh) * 2010-11-17 2012-06-20 中国科学院南京土壤研究所 多环芳烃污染土壤的联合修复方法
CN102776135A (zh) * 2011-05-12 2012-11-14 中国科学院沈阳应用生态研究所 一种降解多环芳烃污染物的混合菌剂
CN103480644A (zh) * 2013-10-12 2014-01-01 南开大学 一种植物-微生物联合强化修复石油污染土壤的方法
CN104475444B (zh) * 2014-11-04 2017-06-13 上海交通大学 生物炭固定化复合污染降解菌颗粒制备及用途、使用方法
CN107988096A (zh) * 2017-03-10 2018-05-04 厦门天邦润生物科技有限公司 一种多功能微生物土壤修复剂及其制备与应用
CN111069274B (zh) * 2019-12-17 2021-08-10 中国科学院南京土壤研究所 高浓度多环芳烃污染场地土壤的纳米生物修复方法
CN115975644A (zh) * 2022-09-05 2023-04-18 山东省科学院生态研究所(山东省科学院中日友好生物技术研究中心) 一种基于植物-微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂及其制备方法与应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109609417A (zh) * 2019-01-30 2019-04-12 中国环境科学研究院 提升土壤质量的微生物菌剂，制备方法及应用
CN109762776A (zh) * 2019-01-30 2019-05-17 中国环境科学研究院 提升土壤质量的微生物菌剂，制备方法及应用
CN110396488A (zh) * 2019-07-18 2019-11-01 中国科学院城市环境研究所 一种降解多环芳烃污染物的混合菌系及应用方法
CN114106842A (zh) * 2021-11-30 2022-03-01 大连理工大学 一种降解土壤中多环芳烃的复合材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
聂维明: "细菌在环境污染治理中的作用", 《工业科技》, vol. 36, no. 5, 15 October 2007 (2007-10-15), pages 56 - 58 *
韩博远等: "模拟及实际根系分泌物对芘污染土壤微生物群落的影响", 《环境科学》, vol. 43, no. 2, 6 August 2021 (2021-08-06), pages 1077 - 1088 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024051268A1 (zh) * 2022-09-05 2024-03-14 山东省科学院生态研究所(山东省科学院中日友好生物技术研究中心) 一种基于植物-微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂及其制备方法与应用

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