可附着粪基生物质炭表面的微生物对重金属的浸出及固定作用

来源 :吉林农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sam2009009
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低温制备的粪基生物质炭可以作为微生物的载体,在重金属污染土壤修复方面具有较高的应用价值。但是,此类生物质炭往往还有较高浓度的重金属,使用时可能存在重金属浸出的风险。因此,本文通过低温裂解鸡粪制备了生物质炭,一方面研究了生物质炭表面附着的真菌对重金属的浸出特征,另一方面也研究了可附着于生物质炭表面的矿化细菌对重金属的矿化固定作用,主要研究结果如下:(1)从土壤中的生物质炭表面分离获得了一株产酸能力强,可以释放鸡粪生物质炭中重金属Cu和Zn的真菌,系统发育分析、生理生化特征表明此菌株为脉孢菌,将其命名为ZN1。菌株ZN1的菌丝可以进入生物质炭的空隙中,与生物质炭有很好的亲和性。菌株ZN1在葡萄糖含量为2%时产酸能力最强,发酵液到12 d时,pH值可达到2.8,能够产生5种酸,其中以苹果酸,草酸为主。不同pH值的发酵液对生物质炭中Cu和Zn的浸出能力不同,随着酸性的增加,浸出能力明显增加,生物质炭最大浸出比例可分别达到24.6%和3.5%,在发酵液pH值为2.8时,Cu和Zn的浸出量分别为30.65 mg.L-1和13.95 mg.L-1。生物质炭和菌共培养时,发酵液的pH值缓慢下降,培养至12 d后pH趋于稳定下降至4.61,释放量以及释放比例明显减少,重金属Cu的浸出量和浸出比例分别为5.7 mg.L-1和4.57%,重金属Zn的浸出量和浸出比例分别为3.5 mg.L-1和0.87%。(2)可附着在粪基生物质炭表面的磷酸盐矿化菌LRP3对Zn2+的最大耐受浓度为120 mg/L,对溶液中Zn2+的去除能力大小顺序为菌体细胞(97.4%)>发酵液(88.2%)>无菌发酵液(81.6%)。X-射线衍射分析、扫描电子显微镜、能谱和傅里叶红外光谱分析表明,菌株LRP3的发酵液可通过生物矿化作用诱导形成结晶状况良好的立方体状Zn2(OH)PO3矿物晶体。菌株LRP3的发酵液加入土壤后能够快速降低DTPA-Zn的含量,培养5 d后DTPA-Zn含量平均下降78.4%,培养6 d后土壤中Zn的弱酸提取态和可氧化态含量分别下降了72.5%和56.2%,可还原态和残渣态含量分别增加了85.1%和14.8%。(3)可附着在粪基生物质炭表面的碳酸盐矿化菌LAX2对共存重金属的去除能力大小顺序均为Pb2+>Cd2+>Cu2+。X-射线衍射、扫描电镜、红外光谱和能谱分析表明三种重金属共存时菌株LAX2发酵液可诱导形成PbCO3和CdCO3晶体,而Cu不能单独成矿,混合矿物晶体呈长杆状。菌株LAX2发酵液能够明显降低黑钙土和白浆土中Cu、Pb和Cd的有效态含量,矿化修复30 d后,黑钙土和白浆土中Cu、Pb和Cd的有效态含量分别降低了48.0%和42.0%、71.4%和63.2%、62.8%和53.6%;碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态含量明显增加,可交换态和有机物结合态含量明显降低。矿化修复后的土壤中重金属的浸出毒性随修复时间的增长而降低,黑钙土和白浆土中Cu、Pb和Cd浸出含量分别降低了90.3%和82.5%、93.2%和86.1%、92.8%和84.3%。以上研究结果表明,菌株LRP3和LAX2在重金属污染土壤修复方面具有重要的应用价值,而这两株菌又与粪基生物质炭有较好的亲和性,因此低温制备粪基生物炭有潜力作为微生物载体用于重金属污染土壤的修复。另外,土壤中产酸真菌能将生物质炭中的重金属浸出,带来污染风险。粪基生物质炭浸出重金属在土壤中的形态分布、菌株LAX2和LRP3对浸出的重金属的矿化固定作用、以及微生物-生物质炭复合体对重金属的吸附固定作用还需要进行更深一步的研究。
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