生物修复对PAHs的去除效果和土壤微生物菌群变化研究

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以陕北某油田附近重度石油污染土壤为研究对象,利用有机肥—降解菌生物制剂对土壤进行修复研究,通过测定PAHs的含量变化研究生物修复法对油污土壤的修复效果,同时对修复过程中土壤中的铵态氮、有效磷、PAHs降解菌菌数以及土壤菌群结构变化等进行了分析测定。经过18周的修复处理,四种处理(分别为自然衰减、施加有机肥、投加降解菌、施加有机肥并投加降解菌)对土壤中PAHs的降解率分别为-9.7%、17.7%、11.5%和25.0%。与自然衰减相比,施加有机肥、投加降解菌、以及同时加入有机肥和降解菌均可促进土壤中PAHs的降解,其中同时施加有机肥和降解菌的处理对于PAHs的去除效果最好。土壤中铵态N和有效P的初始浓度为2.20、9.44 mg/kg。向油污土壤施加有机肥后,铵态N、有效P浓度增加为14.10和122.00 mg/kg,并在修复期间几乎保持不变。表明施加有机肥料可以提高土壤中N、P养分含量。高通量测序结果表明,自然衰减石油污染土壤的香农指数、ACE指数、Chao1指数分别为4.38、3327和2534,加入有机肥处理后,土壤的多样性指数分别增加至5.80、4828和4005。向土壤中投加PAHs降解菌进行修复,微生物多样性指数分别变为4.02、3301和2603。说明向重度石油污染土壤中施加有机肥可显著提高土壤微生物的物种丰富度,投加降解菌进行修复的土壤微生物多样性指数变化不大。高通量测序结果表明,石油污染土壤中优势细菌菌门包括放线菌门(Actinobacteria,47.74%)、变形菌门(Proteobacteria,37.40%)和厚壁菌门(Firmicutes,9.19%)。优势菌属主要包括原小单孢菌属(Promicromonospora)、微小杆菌属(Exiguobacterium)、诺卡氏菌属(Nocardioides)、分支杆菌属(Mycobacterium)。在真菌微生物门分类水平上,土壤中73.26%的真菌属于子囊菌门(Ascomycota),其次为担子菌门(Basidiomycota,26.67%)。优势菌属主要包括Sistotrema、支顶孢属(Acremonium)、Niesslia、翘孢霉属(Emericella)、赭霉属(Ochroconis)。施入有机肥处理后的土壤中放线菌门(Actinobacteria)所占丰度由47.34%降至25.80%,拟杆菌门(Bacteroidetes)的丰度由初始的0.78%增至14.89%。属水平上,土壤原优势菌属原小单孢菌属(Promicromonospora)由18.96%降至6.34%。施加有机肥处理后的土壤细菌菌群结构发生了明显变化。投加降解菌进行修复后,土壤中微小杆菌(Exiguobacterium)相对丰度由初始的8.49%降低至3.44%,原小单孢菌属(Promicromonospora)所占丰度则由18.96%增加至33.58%。施入有机肥修复2周的土壤(2#、4#)子囊菌门(Ascomycota)微生物比例由73.26%增至81.35%;担子菌门(Basidiomycota)所占丰度则由26.67%降低为17.06%。在真菌属分类水平上,油污土壤原优势菌属翘孢霉属(Emericella)丰度由18.18%降至8.29%。石油污染土壤中的一些劣势菌属包括毛壳菌属(Chaetomium)、小囊菌属(Microascus)和青霉菌(Penicillium)相对丰度显著增加。
摘要第3-5页
abstract第5-6页
1 绪论第10-18页
    1.1 土壤多环芳烃(PAHs)污染现状第10-12页
        1.1.1 土壤第10页
        1.1.2 多环芳烃的结构和特性第10-11页
        1.1.3 石油污染土壤中PAHs存在状况第11-12页
    1.2 石油污染土壤中PAHs的提取和测定方法第12-13页
        1.2.1 PAHs的提取方法第12页
        1.2.2 PAHs的分离净化第12-13页
        1.2.3 PAHs的测定方法第13页
    1.3 微生物法去除污染土壤中的PAHs第13-15页
        1.3.1 PAHs污染土壤的生物修复第14页
        1.3.2 PAHs降解菌的筛选及种类第14-15页
    1.4 污染土壤的堆肥化处理及施肥处理第15-16页
        1.4.1 堆肥化处理有机污染土壤第15-16页
        1.4.2 腐熟有机肥在PAHs污染土壤修复中的应用第16页
    1.5 论文研究内容、目的和意义第16-18页
2 PAHs降解菌的分离、筛选与鉴定第18-26页
    2.1 实验材料与方法第18-20页
        2.1.1 石油污染土壤第18-19页
        2.1.2 实验药品与培养基第19页
        2.1.3 实验仪器第19-20页
    2.2 降解菌的筛选及鉴定方法第20-21页
        2.2.1 菌株筛选第20页
        2.2.2 菌种的16SrRNA基因PCR扩增及序列分析第20-21页
        2.2.3 降解菌生长曲线第21页
        2.2.4 革兰氏染色第21页
    2.3 结果与分析第21-25页
        2.3.1 PAHs降解菌的筛选鉴定结果第21-24页
        2.3.2 5株PAHs降解菌的生长曲线第24页
        2.3.3 革兰氏染色结果第24-25页
    2.4 本章小结第25-26页
3 有机肥-生物强化对重度石油污染土壤中不同组分烃的去除效果第26-43页
    3.1 实验材料与方法第26-27页
        3.1.1 石油污染土壤第26页
        3.1.2 有机肥第26-27页
        3.1.3 五株降解菌的混合菌悬液第27页
        3.1.4 实验试剂第27页
        3.1.5 实验仪器第27页
    3.2 修复实验方案设计第27-28页
        3.2.1 一期修复实验方案第27-28页
        3.2.2 二期实验方案第28页
    3.3 测定方法第28-31页
        3.3.1 总石油烃含量的测定第28页
        3.3.2 烷烃、PAHs含量的测定第28-30页
        3.3.3 MPN法测定多环芳烃降解数量第30页
        3.3.4 土壤铵态氮的测定第30页
        3.3.5 土壤有效磷的测定第30-31页
    3.4 一期修复结果分析与讨论第31-36页
        3.4.1 多环芳烃(PAHs)的去除第31-32页
        3.4.2 总石油烃(TPH)的去除第32-33页
        3.4.3 烷烃的去除第33-34页
        3.4.4 PAHs降解菌数量的变化第34-35页
        3.4.5 施肥处理的土壤中铵态N、有效P变化情况第35-36页
    3.5 二期修复结果与分析第36-41页
        3.5.1 多环芳烃(PAHs)去除情况第36-38页
        3.5.2 总石油烃(TPH)的去除第38-39页
        3.5.3 烷烃的去除第39-40页
        3.5.4 PAHs降解菌数量变化第40-41页
    3.6 本章小结第41-43页
4 土壤微生物群落结构变化研究第43-62页
    4.1 实验材料第43-44页
        4.1.1 实验试剂第43-44页
        4.1.2 实验仪器第44页
    4.2 实验方法第44-47页
        4.2.1 土壤DNA的提取第44-45页
        4.2.2 细菌PCR扩增第45-46页
        4.2.3 真菌PCR扩增第46-47页
        4.2.4 DNA纯化回收第47页
    4.3 高通量测序数据分析方法第47-48页
    4.4 细菌测序结果与讨论第48-55页
        4.4.1 数据优化统计结果第48-49页
        4.4.2 稀疏性曲线分析第49-50页
        4.4.3 土壤细菌群落多样性分析第50-51页
        4.4.4 细菌群落结构分析第51-55页
    4.5 真菌高通量测序结果与讨论第55-60页
        4.5.1 数据优化统计结果第55页
        4.5.2 稀疏性曲线分析第55-56页
        4.5.3 土壤真菌群落多样性分析第56-57页
        4.5.4 真菌群落结构分析第57-60页
    4.6 本章小结第60-62页
5 结论第62-64页
致谢第64-65页
参考文献第65-74页
附录 硕士研究生学习阶段发表论文第74页
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