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论文以水稻秸秆、稻壳和牛粪为原料,在350和500℃条件下限氧热解制备生物炭的基础上,研究了生物炭对土著微生物生态效应影响,并采用末端限制性多态分析(T-RFLP)和荧光定量PCR(q PCR)技术,对土壤微生物多样性及功能基因进行定量分析。在此基础上,以持久性有机污染物多环芳烃(PAHs)为研究对象,采用微生物固定化技术,将自主筛选的PAHs降解菌固定于生物炭上,开展了生物炭固定化微生物对复合污染土壤中16种PAHs生物修复及其作用机理研究。为生物炭强化和刺激土著微生物修复PAHs污染土壤提供科学依据,论文对于发展污染土壤原位生物修复技术,阐明生物炭固定化降解菌强化修复PAHs污染土壤机理及其生态效应具有重要的理论和现实意义,主要研究结果如下:1.对生物炭主要元素和理化性质研究表明,牛粪、稻壳和水稻秸秆生物炭表面存在羰基(C=O)、羧基(-COOH)、羟基(-OH)、醚(-O-)、芳香族C=N键和N-H3键等主要官能基团。生物炭除了含有大量C元素以外,还含有N、P、Ca、Na、Mg、K及Mn、Zn、Cu等微量元素;供试6种生物炭均呈碱性,水稻秸秆生物炭RS500的p H值最高,为10.50;500℃热解温度制备的生物炭中的C元素和灰分含量高于350℃制备的生物炭;相同热解温度条件下,稻壳和水稻秸秆生物炭中的C/N大于牛粪生物炭。2.生物炭对土壤蔗糖酶活性具有显著的刺激作用,对放线菌具有抑制作用,对土壤磷酸酶、脲酶活性、细菌和真菌数量、CO2和N2O的释放量的影响与施炭量和生物炭制备温度密切相关,其中,在添加4%生物炭的土壤中,生物炭对土壤细菌生长具有显著的刺激作用;500℃热解制备生物炭对土壤中细菌的刺激作用要大于350℃热解制备的生物炭。生物炭对土壤N2O释放的影响具有典型hormesis效应特征。3.生物炭处理土壤中细菌群落发生了显著变化,主要形成5个类群;所有供试生物炭处理土壤中nir S基因拷贝数增加了67.22~70.18%;生物炭处理对土壤中微生物群落的多样性和amo A基因拷贝数的影响与生物炭制备温度、原料和施炭量密切相关。其中,施炭量为4%时,350℃低温热解制备的生物炭显著提高土壤微生物的多样性。除DM350和RH350两个处理外,土壤中amo A基因拷贝数比对照减少了93~98.10%。生物炭对土壤细菌16S r DNA和PAH-RHDαGP基因拷贝数量增加具有刺激作用。其中,低温生物炭处理的刺激作用大于高温热解制备的生物炭。处理土壤中PAH-RHDαGP基因拷贝数量增加最多的是水稻秸秆RS350,其拷贝数达到1.73×107 copies g-1 dry soil。4.生物炭对PAHs复合污染土壤中amo A基因的拷贝数具有抑制作用,抑制率最大的是水稻秸秆生物炭RS500;然而,PAH-RHDαGP和nir S基因的数量则显著增加。其中,生物炭对污染土壤amo A基因的拷贝数的抑制率达到23.53~85.13%,PAH-RHDαGP基因拷贝数量增加最多的是水稻秸秆RS350生物炭,拷贝数达到1.73×107 copies g-1 dry soil;相同处理条件下,在500℃高温热解生物炭处理土壤中nir S基因的拷贝数大于350℃低温热解制备的生物炭,增加最多是水稻秸秆生物炭RS350处理,为对照土壤的2.9倍,拷贝数达到6.45×107 copies g-1 dry soil。5.采用富集培养方法,筛选和分离到1株能在重金属存在条件下对PAHs具有高效降解作用的降解菌,经形态学观察和16S r DNA分子鉴定,属于贪铜菌属,将其命名为B35。6.低温生物炭固定化B35菌剂对培养基中PAHs的吸附与降解作用大于高温生物炭处理。相同热解制备温度条件下,植物类的稻壳和水稻秸秆生物炭固定化降解菌剂对PAHs的吸附作用大于牛粪类。固定化菌剂对PAHs吸附作用的大小依次为:稻壳生物炭RH350>水稻秸秆生物炭RS350>牛粪生物炭RM350>稻壳生物炭RH500>牛粪生物炭DM500>水稻秸秆生物炭RS500。对PAHs的降解效率最高的是稻壳生物炭RH350菌剂,降解率达到31.34%。7.不同生物炭固定化菌剂对不同分子量PAHs均具有吸附与降解作用,不同环PAHs之间存在显著差异。除水稻秸秆生物炭RS500外,所有生物炭固定化菌剂对4环PAHs吸附率均高于2~3环PAHs,平均吸附率分别为44.98%和24.50%,热解温度对不同生物炭固定化菌剂吸附5~6环PAHs的影响差异比2~4环的差异大。350℃热解制备的生物炭固定化菌剂对2~4环PAHs的降解率高于500℃热解制备的生物炭固定化菌剂。其中,对2~3环、4环和5~6环PAHs的上海交通大学博士学位论文平均降解率分别为:15.03%、25.08%和10.08%。降解率最高分别达到23.33%、36.50%和22.75%。8.与培养基中生物炭固定化菌剂PAHs吸附作用相同,350℃低温制备的生物炭固定化菌剂对污染土壤PAHs的吸附和降解率高于高温500℃制备的生物炭处理,并且对2~4环PAHs的吸附作用大于5~6环。其中,吸附作用最强的是水稻秸秆生物炭RS350处理,吸附率达到22.80%。9.生物强化和生物刺激协同作用是生物炭固定化B35降解菌剂修复PAHs污染土壤的重要作用机理。不同生物炭固定化菌剂对污染土壤中PAHs的修复作用的大小依次为:水稻秸秆生物炭RS350>稻壳生物炭RH350>牛粪生物炭RM350>稻壳生物炭RH500>牛粪生物炭DM500>水稻秸秆生物炭RS500。