调控土壤-植物系统中污染物的迁移积累,在轻污染土壤地区生产安全农产品,修复污染土壤是国内外急需解决的重要问题之一。本项目试图利用表面活性剂对有机污染物生物有效性的影响,先在有机污染土壤中加入微量表面活性剂,以增强吸附固定土壤有机污染物,减少农作物根部及茎叶对其的吸收积累;待农作物收割后,再向土壤中投加一定浓度的表面活性剂,将增强吸附固定转化为增溶洗脱作用,并强化植物-微生物联合修复有机污染土壤。为此,本项目将系统研究表面活性剂增强吸附固定土壤有机污染物的效率、影响因素及生态风险,定量描述表面活性剂存在下有机污染物在土壤固相-溶液、土壤-环境空气间的迁移行为,重点探讨表面活性剂对土壤-植物系统中有机污染物迁移积累的调控机制及预测模型,表面活性剂增强吸附固定-强化生物修复一体化技术的工艺过程及调控原理,试图为土壤污染地区生产安全农产品,拟订经济、高效、安全的有机污染土壤修复技术提供科学依据。
soil;organic pollutant;surfactant;sorption and retention;enhanced-remediation
本项目系统研究了表面活性剂对PAHs等有机污染物在土壤-植物/微生物界面间迁移行为的影响及调控机制,试图为土壤污染地区生产安全农产品,拟定经济、高效、安全的有机污染土壤修复技术提供科学依据。取得了一些有价值的创新性成果 1、探明了表面活性剂增强吸附固定及阻控作物吸收土壤中PAHs的机制及影响因素。阳离子表面活性剂可显著抑制PAHs土-水间的迁移,以及土-气、液-气界面的挥发,有效阻控萝卜、胡萝卜、番茄等作物吸收土壤中的PAHs。 2、探讨了表面活性剂增强土壤吸附固定-洗脱降解PAHs的一体化技术原理,即先在有机污染土壤中加入微量表面活性剂,以增强土壤吸附固定有机污染物,减少农作物对其的吸收积累;待农作物收割后,再投加一定浓度非离子表面活性剂,将土壤上吸附态PAHs增溶洗脱到土壤溶液中,并促进微生物的降解,以同步实现表面活性剂增强土壤吸附固定-阻控植物吸收积累、增溶洗脱降解PAHs的目的。发现阳-非混合离子表面活性剂能协同增强土壤吸附固定PAHs,且更利于后续的增溶洗脱与强化生物修复。 3、阐明了表面活性剂对微生物吸附/降解土壤PAHs的调控作用及机理。首先,表面活性剂可改变细菌细胞表面的疏水性(CSH),增强菌表吸附土壤溶液中的HOCs;如Tween 80可提高Klebsiella oxytoca PYR-1的CSH,细菌对芘的表观吸附系数Kd*增大1.07-1.52倍,从而促进芘的降解。其次,表面活性剂可改变细胞膜的脂肪酸组成,增大不饱和脂肪酸的含量,提高细胞膜的流动性,促进有机污染物向胞内传输。如Tween 80提高细菌胞内不饱和脂肪酸C16:1ω9、C18:1ω9,12和C18:1ω9的含量,增大菲在液相-细胞膜-胞液间的分配系数,改善了细胞内膜和外膜的渗透性,从而促进菲的跨膜过程。第三,表面活性剂可提高细菌电子传递活性及降解酶活性。如Tween 80可使Citrobacter sp. SA01的电子传递链活性提高7.04-7.52倍,从而显著增强了邻苯二酚1,2-双加氧酶(C12)的活性(1.45-1.50倍);细胞内聚-β-羟基丁酸(PHB)的积累证实了Tween 80可促进菲的胞内代谢。完成14篇论文,其中发表10篇(SCI收录7篇,2篇online);组织第一届全国环境界面行为与吸附技术学术会议,4人次在国内外学术会议上做报告;培养3名博士研究生。