劉橦昕 葉嫣然
(河南大學(xué)邁阿密學(xué)院 河南開封 475004)
重金屬、農(nóng)藥等嚴(yán)重?fù)p害了環(huán)境,并且污染帶來的影響還在持續(xù),污染類型也在向復(fù)合型污染轉(zhuǎn)變[1]。DDT 相對穩(wěn)定且生物可降解性相對較弱,屬于環(huán)境里十分多見的相對復(fù)雜的有機氯農(nóng)藥類污染物,因此它比簡單的有機物更難降解,半衰期也更長。
DDT 曾廣泛在全國范圍內(nèi)使用,但由于它的難降解性和富集性,即使在1983年已禁止使用,現(xiàn)如今我國各個地區(qū)土壤中的DDT 含量還是嚴(yán)重超標(biāo)。如果DDT 和其他物質(zhì)結(jié)合,造成的危害更大。殘留的DDT 跟隨食物鏈進入機體,不利于機體健康。動物DDT 中毒后,會表現(xiàn)出對恐懼的異常敏感性,對正常的閾下刺激產(chǎn)生劇烈反應(yīng)。隨著中毒次數(shù)的增加,會產(chǎn)生像士的寧中毒一樣的過敏性,如果保持食物攝入,那么震顫可能持續(xù)數(shù)周或者數(shù)月。DDT 會導(dǎo)致人體的生殖系統(tǒng)受到影響,生殖能力減弱、行為異常、荷爾蒙紊亂、免疫受限與中樞神經(jīng)及各器官組織的紊亂等[2]。所以,處理被污染的土壤是我們現(xiàn)在需要解決的首要問題。
現(xiàn)如今,物理法和化學(xué)法的缺點明顯,DDT 土壤修復(fù)重點借助生物法。比如植物修復(fù)、微生物修復(fù)及植物微生物聯(lián)合修復(fù)等三大方式,文章具體說明微生物修復(fù)法的研究情況。
微生物修復(fù)表示微生物通過有機污染物給僅有碳源與能源,或和別的有機物質(zhì)開展共代謝等手段完成污染修復(fù)的方式。微生物降解DDT 還包括細(xì)菌與真菌兩大類降解。細(xì)菌降解主要通過還原脫氯降解DDT、脫氯化氫之后開環(huán)降解DDT、直接開環(huán)降解DDT 三大手段。真菌利用還原脫氯手段或借助羥基化反應(yīng)完成DDT 的降解[3]。
這類微生物包括在環(huán)境影響下具有降解能力的土著菌,但土著菌有生長緩慢、抗干擾能力弱等特性,對DDT土壤沒有顯著的修復(fù)作用。潘淑穎了解到,比較在土壤里分離所得的土著微生物來看,白腐真菌更能夠降解土壤[4],也能夠通過基因工程方式開展培養(yǎng),但這項技術(shù)是否被應(yīng)用和發(fā)展在國際上還存在爭議。在被DDT 污染的區(qū)域也可獲得對DDT 有抗性或者有分解能力的微生物。研究人員可在被污染的土壤、污水中分離出專性降解菌或在實驗室培養(yǎng)獲得[2]。
現(xiàn)在學(xué)術(shù)界十分關(guān)心污染區(qū)對專性降解菌的分離。李紅權(quán)等在化工廠收集土樣、分離、篩選好1 株可以于好氧環(huán)境中有相對可觀的DDT 降解率的菌株DH-7,且進行深入分析,發(fā)現(xiàn)該菌株對DDT 10 d 的降解率是73.6%,改善培養(yǎng)環(huán)境滯后,發(fā)現(xiàn)該數(shù)值提高至 81.4%[3]。Adi Setyo Purnomo 等從牛糞堆肥中分離并鑒定了14 個真菌菌株,這些真菌在馬鈴薯右旋糖肉湯培養(yǎng)基中,在30 °C 和60 °C 時均具有很高的降解DDT 的能力[5]。
植物根系對于微生物的強化影響表現(xiàn)在給微生物帶來氧氣保障其在根系位置的好氧功能,并給其帶來影響,確保根系的相關(guān)菌群有良好的環(huán)境且促發(fā)對微生物的降解,提高降解水平[2]。鄭學(xué)昊利用加入根際促生菌與木質(zhì)素對“鼠李糖脂強化油菜-專性降解菌聯(lián)合修復(fù) DDTs-PAHs 污染土壤”展開調(diào)控,發(fā)現(xiàn)根際促生菌與木質(zhì)素聯(lián)合調(diào)控方式能顯著祛除DDTs,甚至有27.48 %的去除率[6]。
表面活性劑表示尾端包括了非極性、疏水性基團,頭端包括了極性、親水性基團且能夠讓表面張力減小并存在表面活性的物質(zhì)之一。疏水性有機化合物 DDT 能滲透到非極性內(nèi)核,水體里的溶解水平就會明顯增強。表面活性劑包括了離子型(陽離子與陰離子)、非離子型、兩性型、復(fù)配型與其他型等各類。且于20世紀(jì)70年代研究所得的生物表面活性劑備受關(guān)注,它一般是由微生物或者植物生長發(fā)育或繁殖過程中培養(yǎng)所產(chǎn)生的[2]。在降解DDT 的過程中,表面活性劑是常常使用的,并且產(chǎn)生了較好的效果。
不同的表面活性劑往往有不一樣的洗脫成效。章瑞英等了解到因為洗脫液里 Tween60 與SDS 質(zhì)量水平不斷增加,土壤里的DDTs 的總洗脫效率慢慢提高,一次性洗脫時最大洗脫效率各自是43.60 %與34.62 %。土壤里六種DDT的洗脫情況差異明顯,Tween60 對2,4’-DDD 有55.12 %的洗脫率,而對4,4’-DDD 可以達(dá)到54.09 %;SDS 對2,4’-DDD 有 59.99 %的洗脫率,而對4,4’-DDD 的數(shù)值是57.10 %[8]。這說明一樣的洗脫劑會對不一樣的DDT 產(chǎn)生不同的洗脫成效。
2.3.1 表面活性劑能在一定程度上促進微生物降解DDT的程度
肖鵬飛等對非離子表面活性劑Tween60 和陰離子表面活性劑SDS 在單一與聯(lián)合兩大手段降解人工污染黑土里白腐真菌Phlebia lindtneri GB1027 的DDT 的效果進行了分析。數(shù)據(jù)顯示Tween60 與SD 對于DDT 的降解水平均存在相應(yīng)的影響,特別是兩類表面活性劑具有 1.0mg/g 的數(shù)值時,土壤中里DDT 能夠完成62.9%與53.9%的降解率。Tween60 和SDS 以相應(yīng)比例聯(lián)合之后對DDT 的去除率次序為:Tween60 -SDS(3:1)>Tween60 -SDS(2:1)>Tween60 -SDS(1:1)[11]。
2.3.2 生物表面活性劑
從微生物中獲取的生物表面活性劑也有非常好的洗脫效果。Wang 等發(fā)現(xiàn)化肥+高羊茅,化肥+高羊茅+假單胞菌的去除率分別為59.4%、65.6%,肥料控制(40.3%)[10]。
生物表面活性劑和不同的表面活性劑混合在一起,可以取得更好的降解效果。楊慧娟等使用20 mL 濃度為20 g/L的AGP0810 和皂角苷以及10 mL 濃度為5 g/L 的AGP1214超聲振蕩 30 min,DDT 的去除率為21.79 %~91.63 %[7]。陳蘇等借助混合表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉與吐溫 80(Tween80),份額是2∶3 和生物表面活性劑-鼠李糖脂(RL)當(dāng)成供試表面活性劑,進行5 個月處理的混合表面活性劑-降解菌后發(fā)現(xiàn)H70 +N 對DDT 的降解率最高,數(shù)值為63.98 %;生物表面活性劑-降解菌的處理中最顯著的是RL20 +N 對DDT 的降解率為45.64 %;混合表面活性劑-降解菌的處理情況比生物表面活性劑-降解菌好,H70 +N 最優(yōu)秀,為63.98 %[11]。
在微生物降解DDT 時,外界環(huán)境不同,對DDT 的降解效果也會產(chǎn)生影響,例如pH、溫度、降解時間、外加碳源物質(zhì)、土壤結(jié)構(gòu)等方面。
在微生物降解過程中,DDT 難以成為唯一提供能源和碳源的物質(zhì),代謝活動所需要的碳源往往需要其他物質(zhì)來提供。植物-微生物共同對DDT 進行降解便屬于利用植物根系分泌物給專性菌的共代謝反應(yīng)帶來足夠的碳源來促進DDT 進一步降解。Hua 等了解到,加入葡萄糖,將DDT 作為唯一碳源和能源培養(yǎng)出的D6 菌株對DDT 的降解在統(tǒng)計學(xué)上顯著增強(p≤0.05)[12]。王婷研究外加藥劑(還原劑和有機碳源混合物料)和不加藥劑的循環(huán)序批式厭氧-好氧生物堆制技術(shù)對土壤有機氯的降解,發(fā)現(xiàn)添加藥劑的DDT降解率為40.38 %,未加藥劑的降解率為31.22 %,降解率提高了9.16 %[13]。潘淑穎等了解到進行 DDT 降解的時候,添進有機質(zhì)當(dāng)成共代謝底物,能夠讓其產(chǎn)生足夠可觀的降解水平[14]。
在微生物降解DDT 的過程中,不同的pH、不同的溫度和不同的反應(yīng)時間也會對降解效率產(chǎn)生影響。蔣金會分離所得的高效降解細(xì)菌分析了不一樣的時間、pH、溫度和底物水平影響細(xì)菌降解水平與生長量的情況。數(shù)據(jù)顯示,這一菌株5 d 可以對 10 mg·L-1DDT 實現(xiàn)55.0%的降解率,而對10 mg·L-1DDE 達(dá)成39.88 %;pH6.0~8.0 有最高的降解率,細(xì)菌的生長量能夠于中性與偏堿性環(huán)境實現(xiàn)最高水平;底物水平是10 mg·L-1 時降解率最顯著,細(xì)菌的生長與降解均需合理的溫度,30 環(huán)境中的降解率與生長量[15]最可觀。
趙煜坤了解到降解菌與土壤里的菌體水平會對其降解農(nóng)藥殘余情況產(chǎn)生明顯作用,降解菌會因為土壤里農(nóng)藥殘余數(shù)值減少慢慢消亡。土壤里的降解菌大部分是進入土壤里1d 之后消亡的。如此表示通過降解菌劑的土壤農(nóng)藥殘留原位生物修復(fù)作用最顯著[16]。
土壤也會對微生物降解DDT 有很大影響,不一樣的土壤代表不一樣的有機質(zhì)、溫度與水分?jǐn)?shù)值,所生長的植物根系分泌的醇類、酶類、糖類也會對土壤的各項指標(biāo)產(chǎn)生影響。Zhang 發(fā)現(xiàn)就系統(tǒng)發(fā)育多樣性和系統(tǒng)型豐富度而言,總體微生物多樣性與土壤中六氯環(huán)己烷和二氯二苯基三氯乙烷的含量以及其他土壤特性(包括總氮、溶解有機碳、pH 和植被)相關(guān)。多元回歸樹(MRT)分析顯示,植被明顯影響土壤微生物的種類,在總變化里占比31.8%,其次是OCPs(28.3 %),總氮(12.4 %),溶解性有機碳(6.3 %)和pH(2.4 %)[17]。
蚯蚓是大型土壤生物分解者里很關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)之一,土壤的改造能力很顯著,能顯著消耗有機物并加速反應(yīng),被叫做“生態(tài)系統(tǒng)工程師”,對于土壤生態(tài)的保護與優(yōu)化存在顯著價值。蚯蚓利用吞食、挖穴等活動,改善土壤理化性質(zhì),增加微生物與有機污染物的接觸機會,提高其生物有效性。蚯蚓代謝物除了能被土壤微生物當(dāng)成碳源,也可以進一步增加其數(shù)目與活性[18]。