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编译：郑学昊，编辑：小菌菌、江舜尧。 原创微文，欢迎转发转载。 由于持久性有机污染物（POPs）具有生态毒性和难降解性，如何去除土壤中的POPs，特别是多环芳烃（PAHs）和滴滴涕（DDTs），值得深入研究。为了开发一种低耗高效的原位修复技术，我们在PAHs-DDTs复合污染的设施农业大棚中设计了5个相互独立且互为对照的处理。 实验结果表明，鼠李糖脂活化后的PAHs和DDTs可以被植物促生菌（G菌，巴氏葡萄球菌，Staphylococcus pasteuri）强化下的植物（白菜型油菜Brassica rapa）-微生物（N菌，甲基营养型芽孢杆菌，Bacillus methylotrophicus）联合修复组合显著去除；同时，此处理中油菜所富集的苯并芘和总DDTs远远低于国家食品安全标准中的规定。木质素强化了高环PAHs和p-p’ DDE的去除，但降低了土壤微生物量碳和土壤酶活性（多酚氧化酶、蔗糖酶和土壤磷酸酶）。Pearson相关性而分析表明，土壤多酚氧化酶活性和PAHs/DDTs的去除率呈显著正相关。 综合考虑去除率、土壤扰动和作物健康后，我们推荐了一项新的PAHs/DDTs污染土壤修复技术，该技术可以在修复PAHs/DDTs污染土壤的同时降低植物富集污染物，实现“边修复边生产”，在修复过程中，多酚氧化酶活性可以作为这项技术中的微生态指标。 论文ID 原名：Effect of lignin and plant growth-promoting bacteria （Staphylococcus pasteuri） on microbe-plant Co-remediation:A PAHs-DDTs Co-contaminated agricultural greenhouse study 译名：木质素和植物促生菌对“植物-微生物”联合修复PAHs-DDTs共污染土壤的影响：一项设施农业的小试研究 期刊：Chemosphere IF：5.108 发表时间：2020.5.18（on line） 第一作者：郑学昊 通信作者：张鸿龄、丁辉、刘克斌 通信作者单位：天津大学，沈阳大学 前言 城郊土壤是城市生态环境的重要组成部分，也是现代农业的基础。持久性有机污染物（POPs）污染可能造成作物产量下降、食品污染以及土地功能退化。作为典型的POPs，多环芳烃（PAHs）和滴滴涕（DDTs）长期以来被广泛认为是值得关注的污染物。 据报道，2003年中国的PAHs排放总量约为25,300吨，约占全球的20%。尽管一些研究人员预测PAHs排放会随着能源结构和政府政策的可能变化而下降，但2016年中国PAHs总排放量仍显著增加至32,720吨。DDT是《斯德哥尔摩公约》中提到的首批控制持久性有机污染物之一，在中国，大约930万公顷的土地已经被DDTs污染。虽然滴滴涕杀虫剂已经被禁用了40年，但在农业土壤中的检出率仍然很高。 昂贵的物理修复和化学技术修复可以在短时间内修复高污染水平的土壤，但更适合于商业场地修复。然而，面对农业污染，无二次污染和低成本的土壤修复技术被广泛考虑。在此背景下，“边修复边生产”是一种可行的策略。然而，作为边修复边生产的典型案例，微生物-植物联合修复的效果较低的，目前来看，强化手段仍然有改进的余地。 表面活性剂被认为是强化手段之一。鼠李糖脂作为一种生物表面活性剂，具有较小的生物毒性，此外，在用量相同的情况下，鼠李糖脂比其他化学表面活性剂更能有效地去除POPs。调控土壤环境也有利于POPs去除。植物促生菌（PGPB）可以促进植物根生长，为根际微生物提供更多的附着位点。一些农业副产品，如蘑菇栽培基质、木质素和血粉也曾被用来激活土壤微生物产生非特异性氧化酶，以便通过协同代谢降解持久性有机污染物。然而，尽管各种强化手段已被报道，这些强化手段却是分散的，其目标在于提高污染物的生物有效性或是激活土壤中的土著微生物，我们相信它们之间存在潜在的协同作用。此外，由于土壤异质性，实际修复效果往往不稳定，大多数研究基于盆栽实验，其技术效果在设施农业系统这个弱空气流通的环境中却难以保证。 实验设计 该实验选址于辽宁省沈阳市沈北新区的一处设施农业基地，由于毗邻的焦炭厂和具有DDTs施用历史，该区域受到了一定程度的POPs污染。根据测定的土壤理化性质指标，该设施农业基地土壤为粉质黏土（siltyclay）。经污染背景调查，土壤中总PAHs质量分数处于通用三级标准，总DDTs质量分数超过国家二级标准。 甲基营养型芽孢杆菌（POPs专性降解菌）和巴氏葡萄球菌（植物根际促生菌）是由沈阳大学区域污染环境生态修复教育部重点实验室筛选出的，经过活化和培养后制成菌悬液（1×108CFU）。木质素是由南京土壤所提供的（粉末状），鼠李糖脂购于某生物有限公司（膏状，纯度99.99%）。用量根据前人研究推荐用量（鼠李糖脂0.50 mg·kg-1 土；木质素 5.00 g·kg-1 土）和修复层土壤质量乘积获得，实验设计如图1所示。 图1实验设计。试验前将农田划分为1.00 m ×1.00 m的正方形区域，在区域之间建立20.0 cm高、20.0 cm宽的隔离带，防止交叉污染。地块的0-20.0 cm设置为修复层。本研究建立了5个处理和3个重复。处理方法如下：CK，不作任何处理（自然降解率）；X，施加鼠李糖脂和N菌菌悬液，种植油菜；X+G，施加鼠李糖脂和N菌菌悬液，种植油菜，额外添加G菌菌悬液；X+L，施加鼠李糖脂和N菌菌悬液，种植油菜，额外添加木质素；X+G+L，施加鼠李糖脂和N菌菌悬液，种植油菜，额外添加G菌菌悬液和木质素。 结果 1 不同处理对土壤中PAHs和DDTs的去除效果 图2展示了PAHs和DDTs的去除率。共有16种PAHs被美国EPA列为优先控制污染物黑名单，在本研究的土壤中检测出16种PAHs中的11种。同时，p-p’ DDE 和 p-p’ DDT是主要的DDTs。X+G+L对PAHs和DDTs的去除率最高，其次是X+G，外加木质素（X+L）可以显著去除高环PAHs和p-p’ DDE。 图2 多环芳烃和滴滴涕的去除率。a，总PAHs去除率；b，总DDTs去除率；c， 2-3环多环芳烃去除率；d， 4环多环芳烃去除率；e， 5环及以上环芳烃去除率；f，DDTs组分去除率。差异性分析：t检验。 2 植物质量 图3提供了不同类型PAHs和DDTs在植物地下部分和地上部分的组成比例。表1提供了植物质量、富集系数和转运系数的数据。外加根际促生菌（X+G）可以显著的促进油菜生长，而外加植物促生菌和木质素（X+G+L）却会促进植物富集污染物。虽然四种处理下的油菜残留的污染物都达到了国家食品安全标准（现行国家食品安全标准中规定总DDTs和总苯并芘不得超过50μg·kg-1），但X+G处理明显低于X+G+L。 图3 油菜中多环芳烃和滴滴涕的残留。a，地上部PAHs残留比例；b，PAHs在根中的残留比例；c，地上部DDTs残留比例；d，DDTs在根中的残留比例。 表1 植物质量和富集情况。 3 土壤酶和土壤微生物量 施加处理后，土壤微生物量和土壤酶活性都发生了显著改变（图4，图5）。其中多酚氧化酶、转化酶和过氧化氢酶都显著被激活，外加植物促生菌显著促进了土壤微生物量碳和微生物量氮。 综上，综合考虑污染物去除率，对土壤环境的扰动和对植物的影响，我们推荐X+G处理是本研究给出的最优技术。 图4 四种不同土壤酶的变化。a，多酚氧化酶（PPO）活性，纵坐标表示1g干土在1h内催化的紫色没食子素（PPG）的量；b，过氧化氢酶（CAT）活性，纵坐标表示滴定实验中0.1 N KMnO4的消耗量（mL）；c，转化酶（INV）活性，纵坐标表示葡萄糖量（GLC）；d，酸性磷酸酶（ACP）活性，每100克土壤中酚类物质的毫克数。差异性分析：t检验。 图5.微生物量碳和微生物量氮的变化。a，不同处理下土壤微生物量碳（SMBC）的变化；b，不同处理下土壤微生物量氮（SMBN）的变化。差异性分析：t检验。 4 Pearson相关性分析 图6、图S1展示了土壤指标与污染物去除效果的相关性分析。2-4环PAHs去除率存在显著的种间相关性，PAHs和DDTs去除率之间也存在显著的相关性，因此可见其可能具有相同的开环和代谢通路。土壤生物量碳和生物量氮仅与2-4环的PAHs联系紧密，可见微生物主要在土壤中参与低环数PAHs的代谢，而微生物对高环数的PAHs的作用意义较小。 图6. 有机污染物（DDTs和PAHs）降解速率、组分与土壤酶活性的Pearson相关系数。 图S1. 各土壤因子间的Pearson相关网络。 结论
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