火币交易所官网

發布時間:2020-09-27


有機污染場地/火币下载ios:土壤修复技術主要包括物理、化學、生物等修複技術,其中,以土壤淋洗為代表的化學修複技術在工程實踐中有了較快的發展。土壤異位淋洗是指對土壤進行挖掘和運輸,然後添加相适應的淋洗劑,通過分離、洗脫,将污染土壤組分轉移至淋洗液中,再單獨處理淋洗液的方法。該技術可有效減少土壤的處理量,實現污染土壤減量化 [1]。在有機污染場地/火币下载ios:土壤修复實踐中,以有機氯農藥(OCPs)為代表的疏水性有機污染物是土壤異位淋洗修複中的重難點,常常需要使用有機溶劑、表面活性劑等增效試劑,提高污染物在淋洗液中的溶解度,使OCPs從土壤中脫附出來再轉移至淋洗劑裡,再分離土壤與淋洗劑,使土壤中OCPs含量大量去除[2-4]。但經過淋洗以後的土壤結構會發生十分顯著地改變,土壤營養成分下降,土壤動植物生存環境受到極大的影響;這一過程常常伴随微生物生存環境的變化,微生物是土壤庫裡最豐富的自然資源,如若微生物生境遭到破壞,會影響修複後的土壤再次使用。表面活性劑影響微生物降解有機污染物的作用機制已獲得大量研究成果[5],但其在實際場地修複的應用中對土壤生境、尤其是微生物群落結構的影響研究較少,雖有研究在原位場地修複中發現多環芳烴污染(PAHs)場地/土壤中添加鼠李糖脂有利于提高土壤中PAHs優勢降解菌豐度和功能[6]。然而異位修複,特别是場地/土壤淋洗過程中微生物生境的影響研究鮮有報道。為了探明土壤異位淋洗對農藥污染土壤微生物群落結構影響,本文利用16S-rRNA高通量測序手段,重點研究經過異位淋洗以後的OCPs土壤中土著微生物群落結構與功能的變化,以期指導土壤淋洗工程實踐土壤生态的影響及後續利用。

1實驗部分

       1.1材料和試劑

曲拉通100、皂角苷、鼠李糖脂:純度大于70%,國藥公司;強力土壤DNA提取試劑盒(PowerSoil®DNAIsolationKit):美國MoBio公司。OCPs混合标準藥品購于Supelco (Bellefonte, PA, USA)公司。實驗中待處理的土壤樣品采集至浙江某曆史農藥廠周邊土塊。采用了網格布點法将廠區土壤樣品混合并帶回實驗室檢測其理化性質、土壤有機碳、土壤總碳、總氮和OCPs含量。土壤檢測結果顯示,該廠區内含有機碳含量0.41%,含砂礫6.2%,含粉粒40.2%,含粘粒55.2%,土壤類型為黏土;土壤原始pH為8.65;土壤污染物的原始含量如下:土壤性質共檢測到目标OCPs超标物七種,包括滴滴涕、滴滴易、滴滴滴、α-六六六、β-六六六、γ-六六六及δ-六六六,土壤總OCP含量為385 ± 12 mg/kg。


     1.2 OCPs土壤洗脫與堆放

向淋洗池中按土水比1:5(kg/L)加入濃度為0.4g/L的曲拉通100(Tx-100)、皂角苷、鼠李糖脂,另外投加相同濃度(0.4g/L)的皂角苷和皂角苷和Tx-100以質量比1:2組成的混合表面活性劑溶液。置于強力攪拌器下以200 r/min攪拌30分鐘。然後以2000r/min的攪拌速率攪拌15分鐘靜置。設立四組洗脫土壤樣品,外加原土樣對比。組别分别命名為原土、Tx-100、皂角苷、鼠李糖脂以及S-T(皂角苷和Tx-100以質量比1:2組成的混合表面活性劑)。

     1.3樣品擴增及測序

采用SDS超聲裂解法進行DNA提取,PCR所用的引物已經融合了Illumina測序平台的V4通用引物:

F: Illumina_uni_sequence-Read1_sequnce_GTGCCAGCMGCCGCGGTAA

R: Illumina_uni_sequence_(barcode)_read2_sequence_GGACTACHVGGGTWTCTAAT

這樣避免了後續的建庫流程。用1%瓊脂糖凝膠電泳進行檢測PCR産物,上樣量為2ul。将經過磁珠純化過後的産物進行Nanodrop檢測,按照所到的值進行等量混合,2%瓊脂糖凝膠電泳對混樣進行電泳,采用AXYGEN的膠回收試劑盒回收;用Qubit對回收的文庫進行定量,用qPCR進行接頭效率檢測,最後用Novaseq測序。

     1.4測序數據分析

原始圖像數據經base calling轉化為序列數據,獲得raw data或raw reads[5]。得到前期處理完的有效數據後,與NCBI(ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/db/16SMicrobial.tar.gz)的微生物16S 數據庫進行BLAST比對[7]。比對後的數據會進入樣闆庫序列分類,對每個樣闆庫的序列進行OTU注釋,QIIME(version 1.8.0)工具包進行注釋,相似度高(相似度 ≥ 97 %)的歸為一類,注釋後的數據進入GreenGene(version gg_13_8)數據庫。OTU注釋的數據經過QIIME(version 1.8.0)工具進行物種分類[8],将OTU序列準确的歸類到界、門、綱、目、科和屬等各級别,分類好的物種可進行微生物群落物種豐度、多樣性指數以及系統進化分析。

      2 結果與讨論

      2.1 異位淋洗後土壤中微生物相對豐度的變化

圖1為使用QIIME 軟件計算得到的樣本間總OTU豐度,場地/土壤中通過表面活性劑淋洗,相較于實驗原土,各對照組别微生物豐度降低。原土的微生物豐度為0.15,經過Tx-100、皂角苷、鼠李糖脂以及S-T等表面活性劑清洗以後豐度僅為原土的1/10~2/3,說明經過清洗的土壤微生物生境影響較大,而且與表面活性劑的種類有關:這四組淋洗對照土中,對土壤影響最大的實驗組是曲拉通100淋洗實驗組,相較于非離子型表面活性劑(曲拉通100),生物表面活性劑鼠李糖脂對土壤微生物的相對豐度的影響較小,土壤中微生物相對豐度是其他組别的兩倍及以上;非離子表面活性劑與生物表面活性劑皂角苷組成的混合表面活性劑影響大于鼠李糖脂,但是小于單獨使用皂角苷的組别。這四種表面活性劑對有機污染物的淋洗去除研究均有報道,但是對微生物相對豐度的影響報道較少,Wang et al. 針對另一類疏水性有機污染場地/土壤-多環芳烴污染(PAHs)場地/土壤中梳理糖脂對微生物群落結構的影響進行了分析,發現直接投加梳理糖脂有利于提高土壤中PAHs優勢降解菌豐度和功能,濃度過高(大于該表面活性劑的臨界膠束濃度)也會影響微生物群落結構的影響,與本研究的結果具有一緻性[5]



圖1不同洗脫土壤微生物OTU豐度分布

Fig. 1 Distribution of microbial abundance (OUT) in different soil after elution


2.2 洗脫土壤中微生物屬類的變化

表面活性劑作用下土壤細菌各個類别的數量發生了巨大的變化,經表面活性劑清洗的土壤較原土均呈現下降的趨勢(圖2)。比較這五類土壤的細菌屬的信息(圖3)可知,原始土壤中,(Bacteriodes)占主要成分(71%),為原始土壤中的主要成分;在這些表面活性劑作用的土壤中,拟杆菌屬的成分大幅降低,曲拉通100作用土壤中為30%,皂角苷作用土壤中為20%,鼠李糖脂作用組為20%,非離子表面活性劑與生物表面活性劑皂角苷組成的混合表面活性劑作用土壤中為25%。表面活性劑淋洗以後,相應地,鞘脂單胞菌(Sphingomonas)降低了5~6個百分比,芽孢杆菌屬(Bacillus)和假單胞菌屬(Pseudomonas)各降低1.8~2.2和0.7~0.9個百分比。纖維菌屬(Flavobacterium)和其他菌屬的成分都有顯著增加。表面活性劑作用下的土壤,鞘脂單胞菌、芽孢杆菌和假單胞菌的比例均明顯減少,鞘脂單胞菌尤為突出,這三種表面活性劑呈現曲拉通100>皂角苷>鼠李糖脂的趨勢。而上述降低的菌屬,鞘脂單胞菌芽孢杆菌和假單胞菌均為環狀有機物降解菌[9-10]。說明用于淋洗的表面活性劑能降低土壤土著微生物菌群的降解能力。

圖2各土壤中類别分類

Fig. 2 Classification of microbial community in different soil


圖3 各土壤中屬的分布

Fig. 3 Distribution plot of genus in different soil

2.3 洗脫土壤中基因功聚類分析

通過聚類分析可以清晰地看到各類型土之間的差距,距離越大差距越大[11-12]。曲拉通100、皂角苷、鼠李糖脂以及混合表面活性劑與原土之間的微生物功能差距均很大(圖4),根據計算結果,其顯著性較大,p<0.05,據此說明了洗脫對土壤微生物功能的顯著影響。聚類分析也可以直觀地反映出不同表面活性劑對洗脫土壤基因功能的影響[13],相較于非離子表面活性劑曲拉通100,與洗脫土壤中微生物相對豐度的變化規律一緻,生物表面活性劑皂角苷對土壤微生物生境的影響大于鼠李糖脂,混合表面活性劑次之,鼠李糖脂對土壤微生物基因功能的影響最小。由此也反映出生物表面活性劑相較于化學表面活性劑而言,對土壤微生物環境的生境影響較小,進而對微生物群落結構和功能的影響程度能夠降至較低水平。由此可為土壤增溶洗脫過程中表面活性劑的選擇提供依據。

圖4 各土壤微生物功能聚類分析

Fig. 4 Clustering analysis of microbial function in different soil

3 結論

通過比較不同表面活性劑,與原土之間的微生物相對豐度、界門綱目科屬種間分布差異、屬的差異以及基因功能聚類分析表明,洗脫對土壤微生物結構和功能帶來了顯著影響,土壤功能朝着下降的趨勢發展,為此在土壤淋洗工程實踐中,要充分考慮土壤生态的影響及後續利用。

(1)對土壤影響最大的實驗組是曲拉通100淋洗實驗組,相較于非離子型表面活性劑(曲拉通100),生物表面活性劑鼠李糖脂對土壤微生物的相對豐度的影響較小,土壤中微生物相對豐度是其他組别的兩倍及以上;非離子表面活性劑與生物表面活性劑皂角苷組成的混合表面活性劑影響大于鼠李糖脂,但是小于單獨使用皂角苷的組别。

(2)表面活性劑作用下的土壤,SphingomonasBacillusPseudomonas的比例均明顯減少,Sphingomonas尤為突出,這三種表面活性劑呈現曲拉通100>皂角苷>鼠李糖脂的趨勢,用于淋洗的表面活性劑能降低土壤土著微生物菌群的降解能力。

(3)生物表面活性劑相較于化學表面活性劑而言,對土壤微生物環境的生境影響較小,進而對微生物群落結構和功能的影響程度能夠降至較低水平。這些結果可為土壤異位淋洗過程中表面活性劑的選擇提供依據。

參考文獻:

[1] Romantschuk, M., Sarand, I., Petanen, T., et al. Means to improve the effect of in situ   bioremediation of contaminated soil: an overview of novel approaches[J]. Environmental Pollution, 2000, 107: 179-185.

[2] Silva, L., Cachada, A., Freitas, A.C., et al. Assessment of fatty acid as a differentiator of usages of urban soils[J]. Chemosphere, 2010, 81:968-975.

[3] Simarro, R., González, N., Bautista, L.F., et al. Assessment of the efficiency of in situ bioremediation techniques in a creosote polluted soil: Change in bacterial community[J]. Journal of Hazardous Material, 2013, 262: 158-167.

[4] Slater, G.F., Cowie, B.R., Harper, N., et al. Variation in PAH inputs and microbial community in surface sediments of Hamilton Harbour: Implications to remediation and monitoring[J]. Environmental Pollution, 2008, 153:60-70.

[5] 張棟. 表面活性劑對PAHs微生物界面行為的影響及調控機制[M]. 博士學位論文,浙江大學,2013.

Zhang, D. Surfactant controlled bacterial interfacial behaviors of PAHs and its mechanisms[M]. Doctoral Dissertation, Zhejiang University, 2013.

[6] Wang L.W., Li F., et al. Shifts in microbial community structure during in situ surfactant enhanced bioremediation of polycyclic aromatic hydrocarbon-contaminated soil[J]. Environmental Science and Pollution Research,2016,23: 14451-14461.

[7] Törneman, N., Yang, X., Bååth, E., et al. Spatial covariation of microbial community composition and polycyclic aromatic hydrocarbon concentration in a creosote-polluted soil[J]. Chemosphere, 2008, 27: 1039-1046.

[8] Langille M.; Zaneveld J.; Caporaso J., et al. Predictive functional profiling of microbial communities using 16S rRNA marker gene sequences[J]. Nature Biotechnology, 2013, 31: 814-821.

[9] Wang, C.P., Li, J., Jiang, Y., Zhang, Z.Y., 2014. Enhanced bioremediation of field agricultural soils contaminated with PAHs and OCPs[J]. International Journal of Environmental Research, 2014, 8: 1271-1278.

[10] Zhang, D., Zhu, L. Effects of Tween 80 on the removal, sorption and biodegradation of pyrene by Klebsiella oxytoca PYR-1[J]. Environmental Pollution, 2012, 164:169-174.

[11] Zheng, G., Selvam, A., Wong, J.W. Enhanced solubilization and desorption of organochlorine pesticides (OCPs) from soil by oil-swollen micelles formed with a nonionic surfactant[J]. Environmental Science & Technology, 2012, 46:12062-12068.

[12] Lee S.; Kweon J.; Kim H. Selective biodegradation of sorbitan ethoxylated surfactants by soil microorganisms[J]. International Biodeterioration & Biodegradation, 2013, 85:652-660.

[13] Mulligan C. Environmental applications for biosurfactants[J]. Environmental Pollution, 2005, 133(2):183-198.


服務熱線:021-56038259

火币交易所官网
公司簡介
榮譽資質
合作夥伴
火币下载ios
核心技術
技術裝備
研發平台
業務領域
業務介紹
工程案例
人才招聘
招聘信息
聯系方式
新聞中心
公司新聞
行業新聞
投資者關系
流量統計代碼