張麗秀，李巖，李橙，石維，趙歐亞，李成，陳苗苗，王小敏，2，楊志新,2*

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北 保定071000；2.河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 保定071000；3.河北省環(huán)境科學(xué)研究院，河北 石家莊050000；4.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)科學(xué)技術(shù)研究院，河北 保定 071000)

?

牧草和污泥微生物對(duì)污泥PAHs修復(fù)的貢獻(xiàn)分析研究

張麗秀1，李巖1，李橙3，石維1，趙歐亞1，李成4，陳苗苗4，王小敏1，2，楊志新1,2*

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北 保定071000；2.河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 保定071000；3.河北省環(huán)境科學(xué)研究院，河北 石家莊050000；4.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)科學(xué)技術(shù)研究院，河北 保定 071000)

本研究以紫花苜蓿和無芒雀麥兩種牧草為研究對(duì)象，通過盆栽試驗(yàn)，開展了牧草和污泥微生物對(duì)污泥多環(huán)芳烴(PAHs)修復(fù)的貢獻(xiàn)分析研究。結(jié)果表明，污泥盆栽5個(gè)月后，與滅菌污泥相比較，不種植牧草處理的污泥微生物對(duì)污泥PAHs的去除率達(dá)20.52%，且對(duì)不同環(huán)數(shù)的去除率表現(xiàn)為6環(huán)≈4環(huán)≈3環(huán)>5環(huán)≈2環(huán)。牧草-污泥微生物聯(lián)合作用對(duì)16種PAHs總量的去除率可達(dá)83.74%(苜蓿)和78.73%(雀麥)，比污泥微生物單一作用平均提高了2.96倍，且對(duì)6環(huán)PAHs的去除效果表現(xiàn)最突出。扣除污泥微生物對(duì)PAHs的去除率后，苜蓿和無芒雀麥對(duì)污泥PAHs的去除率分別為63.22%、58.21%，比牧草-污泥微生物聯(lián)合作用平均降低了33.90%，對(duì)不同環(huán)數(shù)的去除率表現(xiàn)為5環(huán)PAHs效果最明顯。進(jìn)一步分析牧草和污泥微生物對(duì)PAHs修復(fù)的貢獻(xiàn)可知，牧草因直接吸收去除PAHs的貢獻(xiàn)率平均為1.35%，污泥微生物單一作用的貢獻(xiàn)率為24.67%，其他可能因牧草-污泥微生物的交互作用、牧草的蒸騰作用及根系分泌物的作用等共同去除的貢獻(xiàn)率為79.46%。同時(shí)，污泥堿性磷酸酶活性大小順序呈現(xiàn)出了未滅菌污泥+苜蓿處理(J+M)≈未滅菌污泥+雀麥處理(J+W)>未滅菌污泥處理(J)>滅菌污泥處理(CK)(P<0.05)的結(jié)論，與PAHs降解規(guī)律表現(xiàn)一致。綜上，在牧草和污泥微生物聯(lián)合修復(fù)污泥PAHs的過程中，除了污泥微生物和牧草的單一作用外，牧草-污泥微生物的交互作用、蒸騰等共同作用對(duì)去除的貢獻(xiàn)占據(jù)了較大優(yōu)勢(shì)。

污泥；牧草；污泥微生物；PAHs；貢獻(xiàn)率

多環(huán)芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)是一類普遍存在于環(huán)境中的、由兩個(gè)或兩個(gè)以上芳香環(huán)稠合在一起的持久性有機(jī)污染物[1]。它具有慢性毒性和致癌、致畸、致突變的“三致”作用[2]，被美國環(huán)保署(United States Environmental Protection Agency, USEPA)列為優(yōu)先控制污染物。多環(huán)芳烴是城市污泥中常見的一類有機(jī)污染物，PAHs含量較高的城市污泥若利用在農(nóng)業(yè)上可能會(huì)導(dǎo)致土壤和作物的污染[3]，并通過生物富集進(jìn)入食物鏈，最終危及人類健康[4]。He等[5]的研究表明，隨著污泥量的增多，土壤中多環(huán)芳烴的含量也增多，并能通過作物吸收進(jìn)入麥粒中，進(jìn)而威脅人類健康。

然而長期以來，我國對(duì)PAHs的報(bào)道主要側(cè)重于土壤，關(guān)于污泥樣品中PAHs的修復(fù)研究相對(duì)較少[6]，主要集中在城市污泥多環(huán)芳烴的分布特征及其含量方面研究[7-9]，或是青睞于污泥堆肥過程中多環(huán)芳烴的降解轉(zhuǎn)化研究[10-11]。許多學(xué)者以多環(huán)芳烴污染土壤為介質(zhì)利用牧草修復(fù)的研究較多，并表明修復(fù)效果明顯[12-13]。前期本課題組以多環(huán)芳烴污染污泥為介質(zhì)利用紫花苜蓿(Medicagosativa) 和無芒雀麥(Bromusinermis)進(jìn)行修復(fù)也同樣取得了較為理想的結(jié)果[14-15]，PAHs總量修復(fù)效率為77.2%～85.0%。但在前期的修復(fù)效果研究中，基本是在未滅菌的污泥環(huán)境條件下進(jìn)行的，研究結(jié)果尚不能判斷牧草、微生物或者兩者的共同作用對(duì)如此高的修復(fù)效率到底有多大貢獻(xiàn)，為了進(jìn)一步探明污泥微生物及牧草對(duì)PAHs降解率的貢獻(xiàn)，本研究選擇紫花苜蓿和無芒雀麥兩種牧草，通過室內(nèi)盆栽試驗(yàn)，開展牧草和污泥微生物對(duì)污泥多環(huán)芳烴的修復(fù)效果及貢獻(xiàn)分析，為探討污泥多環(huán)芳烴的修復(fù)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持，也為污泥農(nóng)用資源化提供安全保障。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)污泥：取自保定市污水處理廠，陰干，平衡一周，過3 mm篩，待用。其基礎(chǔ)化學(xué)性質(zhì)如下：pH 7.36，有機(jī)質(zhì)含量51.30 g/kg，全氮含量23.47 g/kg，速效磷含量0.699 g/kg，速效鉀含量3.863 g/kg。其中，污泥16種PAHs含量為4.388 mg/kg。

試驗(yàn)?zāi)敛荩鹤匣ㄜ俎：蜔o芒雀麥種子購于北京正道生態(tài)科技有限公司，為國產(chǎn)雜交品種。

試驗(yàn)盆缽：型號(hào)為15 cm×10 cm×12 cm(盆口直徑×盆底直徑×盆高)。

1.2 試驗(yàn)方案

盆栽試驗(yàn)于河北農(nóng)業(yè)大學(xué)光照室進(jìn)行(試驗(yàn)布置時(shí)間2014年5月，收獲時(shí)間2014年10月)，試驗(yàn)處理詳見表1，共4個(gè)處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共12盆。每盆裝入1.5 kg污泥，種子經(jīng)催芽后定量播于盆缽中，出芽15 d，每盆留苗10株。土壤水分維持在田間持水量的60%，溫室內(nèi)的溫度日間為20～23 ℃，夜間為17～18 ℃，光照強(qiáng)度為400～7300 lx。每2 d隨機(jī)交換盆缽在溫室中的位置以保證光照一致。

1.3 樣品采集與制備

牧草樣品：試驗(yàn)盆栽種植5個(gè)月后，收獲牧草，并清洗干凈，拭干后稱重，放入密封袋中冷藏待測(cè)。

表1 污泥盆栽試驗(yàn)方案Table 1 Pot experiment design scheme

污泥樣品：牧草收獲后，將盆缽中污泥混合均勻，過1 mm篩，通過四分法取樣，一部分污泥樣品于蔭涼處自然風(fēng)干，測(cè)定酶活性指標(biāo)；另一部分污泥樣品冷凍，測(cè)定16種多環(huán)芳烴含量。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

污泥基本理化性質(zhì)：pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀，均采用土壤農(nóng)化常規(guī)分析法[16]。

16種PAHs測(cè)定：污泥樣品采用索氏提取[17]，經(jīng)凈化、濃縮、定容，最后用GC-MS測(cè)定；植株樣品經(jīng)超聲萃取[14]，硅膠柱凈化，濃縮等，最后用GC-MS測(cè)定[18]。

酶活性測(cè)定[19-20]：多酚氧化酶活性測(cè)定采用紫色沒食子素比色法，其活性以2 h后1 g土壤中紫色沒食子素的mg數(shù)表示；脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法，其活性以24 h后1 g土壤中NH4+-N的mg數(shù)表示；堿性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法，其活性以24 h后1 g土壤中釋放出酚的mg數(shù)表示。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

污泥中PAHs的去除率(Rs)=(C0-Ct)/C0×100%

(1)

式中：C0為滅菌污泥中PAHs的含量，Ct為不同處理污泥中PAHs的殘留含量。

牧草吸收PAHs的貢獻(xiàn)率=牧草吸收PAHs總量(kg/盆)/污泥PAHs去除總量(kg/盆)×100%

(2)

污泥微生物去除PAHs的貢獻(xiàn)率=污泥微生物去除PAHs總量(kg/盆)/

污泥PAHs去除總量(kg/盆)×100%

(3)

采用Excel和SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 牧草—污泥微生物聯(lián)合作用對(duì)污泥PAHs的修復(fù)效果分析

牧草-微生物對(duì)污泥中PAHs總量及不同環(huán)數(shù)的去除率如圖1和圖2所示。由圖1可以看出，苜蓿-微生物聯(lián)合作用對(duì)污泥中PAHs總量的去除率高達(dá)83.74%。從兩者聯(lián)合作用對(duì)不同環(huán)數(shù)PAHs的降解效果來看，其去除率表現(xiàn)為：6環(huán)>4環(huán)>3環(huán)≈5環(huán)>2環(huán)，6環(huán)最高可達(dá)90.40%，顯著高于其他環(huán)數(shù)的去除率。

由圖2可以看出，無芒雀麥-微生物聯(lián)合作用對(duì)污泥PAHs總量的去除率高達(dá)78.73%。從兩者聯(lián)合作用對(duì)不同環(huán)數(shù)PAHs的降解效果來看，對(duì)6環(huán)PAHs的降解效果表現(xiàn)最為突出，高達(dá)84.69%，分別比2環(huán)、3環(huán)、4環(huán)、5環(huán)PAHs提高了70.11%、7.61%、5.25%和16.33%。

2.2 污泥微生物單一作用對(duì)污泥PAHs的修復(fù)效果及貢獻(xiàn)分析

2.2.1 污泥微生物單一作用對(duì)污泥PAHs修復(fù)效果分析 未滅菌污泥處理5個(gè)月后，以滅菌污泥為對(duì)照，計(jì)算了污泥微生物對(duì)PAHs總量及不同環(huán)數(shù)的去除率，如圖3所示。由圖3可知，J處理對(duì)盆栽污泥PAHs總量有一定的降解效果，其去除率為20.52%，說明了污泥中有降解PAHs的功能菌存在。

圖1 苜蓿-微生物聯(lián)合對(duì)污泥PAHs總量及 不同環(huán)數(shù)的去除率Fig.1 The removal rate of total PAHs and different rings PAHs by alfalfa-sludge microbial in contaminated sludge

圖2 雀麥-微生物聯(lián)合對(duì)污泥PAHs總量及 不同環(huán)數(shù)的去除率Fig.2 The removal rate of total PAHs and different rings PAHs by smooth brome-sludge microbial in contaminated sludge

圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差，不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。 Data are expressed as mean±SD in the graphs, different letters show that differences are significant atP<0.05. The same below.

對(duì)于不同環(huán)數(shù)PAHs來說， 污泥微生物對(duì)3環(huán)、4環(huán)、5環(huán)、6環(huán)多環(huán)芳烴均有不同程度的降解作用。經(jīng)檢驗(yàn)，3環(huán)、4環(huán)、6環(huán)多環(huán)芳烴的去除率顯著高于2環(huán)和5環(huán)多環(huán)芳烴，6環(huán)表現(xiàn)最高，達(dá)28.82%，但污泥微生物對(duì)3環(huán)、4環(huán)、6環(huán)多環(huán)芳烴的去除率之間差異不顯著，其去除率順序?yàn)?環(huán)≈4環(huán)≈3環(huán)>5環(huán)≈2環(huán)。

圖3 污泥微生物對(duì)污泥PAHs總量及不同環(huán)數(shù)的去除率Fig.3 The removal rate of total PAHs and different rings PAHs by sludge microbial in contaminated sludge

2.2.2 污泥微生物單一作用對(duì)污泥PAHs修復(fù)的貢獻(xiàn)分析 以牧草-微生物聯(lián)合作用去除污泥PAHs為基礎(chǔ)，利用式3計(jì)算了污泥微生物對(duì)污泥PAHs修復(fù)的貢獻(xiàn)率。結(jié)果表明，種植苜蓿處理(J+M)下，污泥微生物單一作用的貢獻(xiàn)率為24.51%；種植雀麥處理(J+W)下，污泥微生物單一作用的貢獻(xiàn)率為26.07%。2.3 牧草作用對(duì)污泥PAHs的修復(fù)效果及貢獻(xiàn)分析

2.3.1 牧草作用對(duì)污泥PAHs修復(fù)效果分析 利用牧草-污泥微生物聯(lián)合去除率扣除污泥微生物去除率，計(jì)算了牧草作用對(duì)污泥PAHs的去除率，見圖4和圖5。苜蓿對(duì)盆栽污泥PAHs總量的去除率為63.22%，其中，對(duì)2環(huán)、3環(huán)、4環(huán)、5環(huán)、6環(huán)多環(huán)芳烴的去除率分別為61.34%、59.37%、62.03%、70.86%、61.57% 。雀麥對(duì)盆栽污泥PAHs總量的去除率為58.21%，其中，對(duì)2環(huán)、3環(huán)、4環(huán)、5環(huán)、6環(huán)多環(huán)芳烴的去除率分別為49.79%、56.49%、57.33%、64.33%、55.87%，可見，兩種牧草對(duì)5環(huán)多環(huán)芳烴的去除效果均表現(xiàn)突出。

在本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，通過高溫滅菌使污泥改變了基本物理性狀，致使滅菌污泥處理種植牧草無法成活，因此，本研究牧草作用對(duì)污泥PAHs去除率由牧草-污泥微生物聯(lián)合去除率與污泥微生物去除率的差值計(jì)算所得。但牧草作用的去除率不僅包含了牧草的單一作用，而且還包含了牧草-污泥微生物的交互作用、根系分泌物的作用以及蒸騰等綜合因素的影響。

2.3.2 牧草作用對(duì)污泥PAHs修復(fù)的貢獻(xiàn)分析 牧草對(duì)PAHs修復(fù)的貢獻(xiàn)主要受牧草吸收、根系分泌物的作用、蒸騰及與污泥微生物的交互作用等因素所影響。本研究已證實(shí)苜蓿作用對(duì)盆栽污泥PAHs總量的去除率達(dá)63.22%，雀麥的去除率為58.21%。經(jīng)計(jì)算，苜蓿直接吸收帶走PAHs的貢獻(xiàn)率占1.13%，雀麥的貢獻(xiàn)率為1.58%，而由牧草-污泥微生物交互作用、蒸騰等其他方式去除PAHs的貢獻(xiàn)率約高達(dá)73.35%。

圖4 苜蓿作用對(duì)污泥PAHs總量及不同環(huán)數(shù)的去除率Fig.4 The removal rate of total PAHs and different rings PAHs by alfalfa in contaminated sludge

圖5 雀麥作用對(duì)污泥PAHs總量及不同環(huán)數(shù)的去除率Fig.5 The removal rate of total PAHs and different rings PAHs by smooth brome in contaminated sludge

2.4 污泥16種PAHs去除效果的酶活性分析

盆栽試驗(yàn)5個(gè)月后，測(cè)定了污泥中堿性磷酸酶、脲酶和多酚氧化酶活性，不同處理下酶活性結(jié)果如表2。J+M和J+W處理下的堿性磷酸酶活性比CK及J處理均有顯著提高，與上述結(jié)果的去除率規(guī)律相一致，這說明了堿性磷酸酶可能參與了降解PAHs的過程。而脲酶活性卻與PAHs的降解規(guī)律恰好相反，多酚氧化酶活性未表現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。

3 討論

本研究結(jié)果表明，兩種牧草-污泥微生物聯(lián)合作用的去除率平均為 81.24%，其中污泥微生物對(duì)多環(huán)芳烴總量的去除率達(dá)20.52%，聯(lián)合作用的去除率顯著高于二者單一作用。其原因可能與牧草根系發(fā)達(dá)、根際微生物豐富的特點(diǎn)有關(guān)[21-22]，或與植物分泌的根際物促進(jìn)微生物群落生長、增加微生物活性有關(guān)[23]。目前國內(nèi)外以污泥作為介質(zhì)開展牧草-微生物聯(lián)合修復(fù)污泥多環(huán)芳烴的研究較少，在文獻(xiàn)中僅發(fā)現(xiàn)了本課題組的研究成果[14-15]，而以土壤作為介質(zhì)開展牧草-微生物聯(lián)合修復(fù)多環(huán)芳烴污染的研究較多[24-25]，均表現(xiàn)出了較好的修復(fù)效果，本研究結(jié)果與此相符合。

表2 不同處理下土壤酶活性測(cè)定結(jié)果Table 2 The soil enzymatic activities in different treatments

注：同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note: Within each column, values followed by the different letters are significantly different (P<0.05).

本研究結(jié)果認(rèn)為，牧草、污泥微生物以及二者聯(lián)合作用對(duì)6環(huán)芳烴的降解效果與其他環(huán)數(shù)相比表現(xiàn)突出，該結(jié)果與趙歐亞[17]得出的鐮刀菌對(duì)污染土壤6環(huán)芳烴的去除率顯著高于5環(huán)芳烴去除率的結(jié)論相一致。其原因可能是污泥中存在高環(huán)芳烴專性降解菌株，對(duì)6環(huán)芳烴具有獨(dú)特的降解能力。 Ma等[26]和Wang等[27]從污泥中篩選出多環(huán)芳烴降解菌，本研究污泥微生物對(duì)多環(huán)芳烴的降解作用恰好證實(shí)了該結(jié)果。而目前關(guān)于微生物對(duì)高環(huán)芳烴的降解途徑和代謝產(chǎn)物研究至今還未探明[28]。Cao 等[29]的研究表明高環(huán)芳烴在開環(huán)裂解過程中可能形成兒茶酚類或其他中間體從而被降解，并沒有檢索到有關(guān)于高環(huán)芳烴降解轉(zhuǎn)化為低環(huán)芳烴的任何報(bào)道，因此在高環(huán)芳烴降解過程中是否會(huì)對(duì)其他環(huán)數(shù)的降解有影響還有待于進(jìn)一步深入研究。

本研究中牧草因直接吸收去除的PAHs占有較小的比例，僅1%左右。造成牧草直接吸收貢獻(xiàn)率低的原因可能是植物被動(dòng)吸收有機(jī)污染物的過程受到污染物的性質(zhì)、土壤類型及植物種類等因素的影響[30]。而對(duì)于植物蒸騰等其他途徑去除PAHs貢獻(xiàn)率的研究未見報(bào)道，因此有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

4 結(jié)論

1)從修復(fù)效果看，兩種牧草-污泥微生物聯(lián)合作用的去除率平均為81.24%，比污泥微生物單一作用平均提高了2.96倍，比牧草作用提高了33.9%，且對(duì)6環(huán)芳烴的去除效果表現(xiàn)突出。

2)從貢獻(xiàn)率看，牧草因直接吸收去除PAHs的貢獻(xiàn)率平均為1.35%，污泥微生物單一作用的貢獻(xiàn)率為24.67%，其他可能因牧草-污泥微生物的交互作用、牧草的蒸騰作用及根系分泌物的作用等共同去除的貢獻(xiàn)率為79.46%。

3)從酶活性看，牧草-污泥微生物聯(lián)合作用處理下的堿性磷酸酶活性均比對(duì)照與污泥微生物單一作用有顯著提高，與去除率規(guī)律相一致，說明了堿性磷酸酶可能參與了降解PAHs的過程。

References：

[1] Hu L P, Ge C W, Zhang Y H,etal. Application of PCA-LDA to classify the carcinogenicity of polycyclic aromatic hydrocarbons. Journal of Analytical Science, 2007, 23(6): 717-719. 胡蘭萍, 葛存旺, 張躍華, 等. 用PCA-LDA對(duì)多環(huán)芳烴的致癌性進(jìn)行分類. 分析科學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 23(6): 717-719.

[2] Tang T T, Jin W G. Mechanism of microbial degradation for polycyclic aromatic hydrocarbons. Soil, 2010, 42(6): 876-881. 唐婷婷, 金衛(wèi)根. 多環(huán)芳烴微生物降解機(jī)理研究進(jìn)展. 土壤, 2010, 42(6): 876-881.

[3] Mo C H, Wu Q T, Cai Q Y,etal. Utilization of municipal sludge in agriculture and sustainable development. Chinese Journal of Applied Ecology, 2000, 11(1): 157-160. 莫測(cè)輝, 吳啟堂, 蔡全英, 等. 論城市污泥農(nóng)用資源化與可持續(xù)發(fā)展. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2000, 11(1): 157-160.

[4] Liu S L, Luo Y M, Ding K Q,etal. Bioremediation research of organic pollutants in soil by Mycorrhizal Fungi. Advance in Earth Sciences, 2004, 19(2): 197-203. 劉世亮, 駱永明, 丁克強(qiáng), 等. 菌根真菌對(duì)土壤中有機(jī)污染物的修復(fù)研究. 地球科學(xué)進(jìn)展, 2004, 19(2): 197-203.

[5] He L L, Yi B M. Field study on the uptake, accumulation, translocation and risk assessment of PAHs in a soil-wheat system with amendments of sewage sludge. Science of the Total Environment, 2016, 560-561: 55-61.

[6] Zhang J H. The pollution situation and the treatment technology of polycyclic aromatic hydrocarbons in sludge. Guangdong Chemical Industry, 2016, 11: 160-161, 163. 張堅(jiān)濠. 污泥中多環(huán)芳烴的污染現(xiàn)狀及處理研究進(jìn)展. 廣東化工, 2016, 11: 160-161, 163.

[7] Sun M, Zhou Y. Distribution characteristics of polycyclic aromatichydrocarbons and metal in sludge from drinking water plant. Journal of Central South University: Natural Science Edition, 2015, 46(1): 366-371. 孫敏, 周園. 凈水廠污泥中多環(huán)芳烴和金屬的分布特征. 中南大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2015, 46(1): 366-371.

[8] Gao A H, Huang L, Guo J,etal. Content and influencing factors of polycyclic aromatic hydrocarbons in Henan province sewage sludge. Guangdong Chemical Industry, 2016, 15: 80-82. 高愛華, 黃林, 郭靜, 等. 河南省城市污泥中多環(huán)芳烴的含量及其影響因素研究. 廣東化工, 2016, 15: 80-82.

[9] Hu Y J, Ma W C, Wu Y N,etal. Characterization on PAHs distributions in pyrolysis bio-oil from different wastewater sewage sludge. CIESC Journal, 2016, 67(7): 3016-3022. 胡艷軍, 馬文超, 吳亞男, 等. 不同來源污泥熱解油中多環(huán)芳烴分布特征. 化工學(xué)報(bào), 2016, 67(7): 3016-3022.

[10] Shi S Y. Study on Degradation and Transformation of Polynuclear Aromatic Hydrocarbons (PAHs) during Digested Sludge Compost[D]. Qingdao: Ocean University of China, 2008. 石守業(yè). 污泥堆肥過程中多環(huán)芳烴降解及轉(zhuǎn)化的研究[D]. 青島: 中國海洋大學(xué), 2008.

[11] Liang J, Peng X L, Fang H L,etal. Degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons during composting of sewage sludge. Environmental Science & Technology, 2011, 34(1): 114-116, 175. 梁晶, 彭喜玲, 方海蘭, 等. 污泥堆腐過程中多環(huán)芳烴(PAHs)的降解. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2011, 34(1): 114-116, 175.

[12] Shen Y Y, Teng Y, Luo Y M. Remediation efficiency of several legumes and grasses in PAH-contaminated soils. Soils, 2011, 43(2): 253-257. 沈源源, 滕應(yīng), 駱永明. 幾種豆科、禾本科植物對(duì)多環(huán)芳烴復(fù)合污染土壤的修復(fù). 土壤, 2011, 43(2): 253-257.

[13] Liu S L, Luo Y M, Ding K Q,etal. Rhizosphere remediation and its mechanism of Benzo[a]pyrene-contaminated soil by growing ryegrass. Journal of Agro-Environment Science, 2007, 26(2): 526-532. 劉世亮, 駱永明, 丁克強(qiáng), 等. 黑麥草對(duì)苯并[a]芘污染土壤的根際修復(fù)及其酶學(xué)機(jī)理研究. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 26(2): 526-532.

[14] Chang R X. The Study of Phytoremediation Effect and Influence Mechanism for Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Sludge[D]. Baoding: Agricultural University of Hebei Province, 2013. 常瑞雪. 污泥多環(huán)芳烴的植物修復(fù)效果及其影響機(jī)理研究[D]. 保定: 河北農(nóng)業(yè)大學(xué), 2013.

[15] Wang W, Feng S D, Yang Z X,etal. Effects of sludge/soil ratio on the remediation of PAH-contaminated sludge by smooth bromegrass. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(2): 148-160. 王偉, 馮圣東, 楊志新, 等. 無芒雀麥-污泥系統(tǒng)中泥/土不同比例對(duì)PAHs修復(fù)效果的影響. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 24(2): 148-160.

[16] Bao S D. Soil Agricultural Chemistry Analysis[M]. Beijing: Chinese Agricultural Press, 2000: 30-163. 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000: 30-163.

[17] Zhao O Y. Study on Enhancing Fungi Remediation of Coal Mine Area Soil Contaminated with HMW-PAHs by Starch and Alfalfa[D]. Baoding: Agricultural University of Hebei, 2015. 趙歐亞. 淀粉和苜蓿促進(jìn)煤礦區(qū)土壤高環(huán)PAHs污染的真菌修復(fù)研究[D]. 保定: 河北農(nóng)業(yè)大學(xué), 2015.

[18] Sun R X, Ke C L, Lin Q,etal. Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in marine organisms by ultrasonic extraction and Gas Chromatography-Mass spectrometry. Journal of Instrumental Analysis, 2013, 32(1): 57-63. 孫閏霞, 柯常亮, 林欽, 等. 超聲提取/氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定海洋生物中的多環(huán)芳烴. 分析測(cè)試學(xué)報(bào), 2013, 32(1): 57-63.

[19] Guan S Y. Soil Enzyme and Its Study Method[M]. Beijing: Agriculture Press, 1986. 關(guān)松蔭. 土壤酶及其研究法[M]. 北京: 農(nóng)業(yè)出版社, 1986.

[20] Zhou L K. Soil Enzymology[M]. Beijing: Science Press, 1987. 周禮愷. 土壤酶學(xué)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1987.

[21] Chang Y X, Li Y L, Feng S D,etal. Comparison of phytoremediation on polycyclic aromatic hydrocarbons in sludge between smooth brome and alfalfa and its potential mechanism. Journal of Pure and Applied Microbiology, 2014, 8(1): 453-460.

[22] Fu D Q, Teng Y, Shen Y Y,etal. Dissipation of polycyclic aromatic hydrocarbons and microbial activity in a field soil planted with perennial ryegrass. Frontiers of Environment Science & Engineering, 2012, 6(3): 330-335.

[23] Feng D Y, Yu C Z, Bai Y. Research of microbial phytoremediation on petroleum-contaminated soil. Environment and Ecology in the Three Gorges, 2012, 32(6): 57-59. 馮冬藝, 余成洲, 白云. 石油污染土壤的牧草-微生物聯(lián)合修復(fù)研究. 三峽環(huán)境與生態(tài), 2012, 32(6): 57-59.

[24] Zhou X B. Phytoremediation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Spiked Soil with Arbuscular Mycorrhizal Plants[D]. Dalian: Dalian University of Technology, 2011. 周笑白. 植物-叢枝菌根真菌修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤[D]. 大連: 大連理工大學(xué), 2011.

[25] Yao L F, Teng Y, Liu F,etal. Influence ofTrichodermareeseiandRhizobiummelilotion phytoremediation of PAH-contaminated soil by alfalfa. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(5): 890-896. 姚倫芳, 滕應(yīng), 劉方, 等. 多環(huán)芳烴污染土壤的微生物-紫花苜蓿聯(lián)合修復(fù)效應(yīng). 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2014, 23(5): 890-896.

[26] Ma J, Xu L, Jia L Y. Degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons byPseudomonassp. JM2 isolated from active sewage sludge of chemical plant. Journal of Environmental Sciences, 2012, 24(12): 2141-2148.

[27] Wang Z Y, Pan F, Abd El-Latif Hesham,etal. Impacts of produced water origin on bacterial community structures of activated sludge. Journal of Environmental Science, 2015, 37: 192-199.

[28] Moscoso F, Teijiz I, Deive F J,etal. Efficient PAHs biodegradation by a bacterial consortium at flask and bioreactor scale. Bioresource Technology, 2012, 119: 270-276.

[29] Cao B, Nagarajan K, Loh K C. Biodegradation of aromatic compounds: current status and opportunities for biomolecular approaches. Applied Microbiology and Biotechnology, 2009, 85: 207-228.

[30] Yang Z Y. Mechanisms and Proeesses for Plant Uptake of PAHs and Prediction of Uptake with a Partition-limited Model[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2006. 楊振亞. 植物吸收積累多環(huán)芳烴的過程、機(jī)理及預(yù)測(cè)模型[D]. 杭州: 浙江大學(xué), 2006.

Contribution of herbage and sludge-microbes to remediation of polycyclic aromatic hydrocarbons

ZHANG Li-Xiu1, LI Yan1, LI Cheng3, SHI Wei1, ZHAO Ou-Ya1, LI Cheng4, CHEN Miao-Miao4, WANG Xiao-Min1,2, YANG Zhi-Xin1,2*

1.CollegeofResourcesandEnvironmentScience,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding071000,China; 2.KeyLaboratoryforFarmlandEco-environmentofHebei,Baoding071000,China; 3.HebeiProvincialAcademyofEnvironmentalSciences,Shijiazhuang050000,China; 4.AcademyofScienceandTechnology,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding071000,China

A pot experiment was conducted to investigate the contribution of alfalfa (Medicagosativa), smooth brome (Bromusinermis), and sludge microbes to the remediation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). After 5 months, the total removal rate of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) by sludge microbes was 20.52% in the absence of forage grass, and the removal rate of PAHs with different rings was as follows: six rings≈four rings≈three rings>five rings≈two rings. The total removal rate of PAHs by grass-sludge microbes was 83.74% (alfalfa) and 78.73% (smoothbrome). Therefore, the addition of a grass significantly increased the average PAH removal rate by almost three times compared with that of sludge microbes alone. The highest degradation rate was for the six-ring PAHs. In the absence of sludge microbes, the degradation rate of PAHs by alfalfa and smoothbrome was 63.22% and 58.21%, respectively (on average, 33.90% less than that of the grass-sludge microbes combination).The grasses showed the highest PAH removal rate for five-ring PAHs. Further analyses of the contribution rates of grass and sludge microbes to PAH degradation showed that 1.35% of PAHs was removed by direct absorption, 24.67% by microbes, and 79.46% through grass-sludge microbial interactions, transpiration, and the effects of root secretions. The treatments were ranked from highest sludge alkaline phosphatase activity to lowest as follows: non-sterilized sludge+alfalfa treatment (J+M)≈non-sterilized sludge+smooth brome treatment (J+W)>non-sterilized sludge treatment (J)>sterilized sludge treatment (CK) (P<0.05), consistent with the order of the treatments based on PAHs degradation. In conclusion, the use of grass and sludge microbes was more effective for removing PAHs from contaminated sludge than either grass or sludge microbes alone. The combined action of grass and microbes removed PAHs as a result of their interactions and transpiration.

sludge; herbage; sludge microbial; PAHs; contribution rate

10.11686/cyxb2016508

2016-12-30；改回日期：2017-03-22

河北省高層次人才資助項(xiàng)目(留學(xué)人員科技活動(dòng)項(xiàng)目擇優(yōu)資助，2013-2016)和河北省教育廳項(xiàng)目(Z2013058)資助。

張麗秀(1992-)，女，河北唐山人，在讀碩士。 Email：2457116753@qq.com

*通信作者Corresponding author. Email：yangzhixin@126.com

http://cyxb.lzu.edu.cn

張麗秀, 李巖, 李橙, 石維, 趙歐亞, 李成, 陳苗苗, 王小敏, 楊志新. 牧草和污泥微生物對(duì)污泥PAHs修復(fù)的貢獻(xiàn)分析研究. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2017, 26(7): 232-238.

ZHANG Li-Xiu, LI Yan, LI Cheng, SHI Wei, ZHAO Ou-Ya, LI Cheng, CHEN Miao-Miao, WANG Xiao-Min, YANG Zhi-Xin. Contribution of herbage and sludge-microbes to remediation of polycyclic aromatic hydrocarbons. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(7): 232-238.