表面活性劑強(qiáng)化微生物修復(fù)DDTs-PAHs復(fù)合污染農(nóng)田土壤影響研究

王曉旭，孫麗娜?，鄭學(xué)昊，吳昊，王輝，陳蘇，李化超

1. 沈陽大學(xué)區(qū)域污染環(huán)境生態(tài)修復(fù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽110044；2. 遼沈工業(yè)集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽110045

表面活性劑強(qiáng)化微生物修復(fù)DDTs-PAHs復(fù)合污染農(nóng)田土壤影響研究

王曉旭1，孫麗娜1?，鄭學(xué)昊1，吳昊1，王輝1，陳蘇1，李化超2

1. 沈陽大學(xué)區(qū)域污染環(huán)境生態(tài)修復(fù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽110044；2. 遼沈工業(yè)集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽110045

滴滴涕（DDTs）和多環(huán)芳烴（PAHs）是土壤中典型的持久性有機(jī)污染物，環(huán)境毒性強(qiáng)，可對生物體產(chǎn)生不利影響。采用田間試驗(yàn)，研究陰-非離子混合表面活性劑[十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)和失水山梨醇單油酸酯聚氧乙烯醚(Tween80)，混合質(zhì)量比為2∶3]和生物表面活性劑鼠李糖脂（RL）對混合菌[球形節(jié)桿菌(Arthrobacter globiformis)和甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌(Bacillus methylotrophicus)，混合體積比為2∶1]在農(nóng)田土壤滴滴涕-多環(huán)芳烴（DDTs-PAHs）復(fù)合污染修復(fù)過程中的強(qiáng)化作用。結(jié)果表明，SDBS-Tween80和RL均能不同程度地促進(jìn)混合菌對農(nóng)田土壤中DDTs-PAHs的降解。在SDBS-Tween80強(qiáng)化混合菌處理中，當(dāng)SDBS-Tween80處理量為100 mg·kg-1時(shí)，土壤中DDTs和PAHs的150 d降解率最高，分別達(dá)到57.8%和35.6%，比單獨(dú)混合菌處理分別提高了14.9%和11.9%。在RL強(qiáng)化混合菌處理中，當(dāng)RL處理量為5 mg·kg-1時(shí)，土壤中DDTs和PAHs的150 d降解率最高，分別達(dá)到50.3%和28.6%，比單獨(dú)混合菌處理分別提高了7.4%和4.9%。因此，SDBS-Tween80的最佳用量比RL更有利于提高DDTs-PAHs復(fù)合污染土壤的生物修復(fù)效果，DDTs和PAHs降解率提高8%左右，且SDBS-Tween80的修復(fù)成本更低。當(dāng)100 mg·kg-1SDBS-Tween80能顯著提高p,p'-DDE和高環(huán)數(shù)PAHs的降解率，分別為63.0%和30.6%，比單獨(dú)混合菌處理分別提高了18.8%和12.7%，該方法在復(fù)合污染土壤修復(fù)中具有良好的應(yīng)用前景。

DDTs；PAHs；表面活性劑；混合菌；復(fù)合污染

滴滴涕（DDTs）和多環(huán)芳烴（PAHs）是環(huán)境中備受關(guān)注的持久性有機(jī)污染物（persistent organic pollutants，POPs），具有長期殘留性、生物蓄積性和“三致”效應(yīng)，因而被列為優(yōu)先控制的有毒有機(jī)污染物（Yang et al.，2012；Marta et al.，2014；Hernández-Vega et al.，2017）。中國土地資源短缺，而農(nóng)田土壤有機(jī)污染問題較為突出（環(huán)境保護(hù)部，2014）。既有因DDTs等有機(jī)氯農(nóng)藥大量施用造成農(nóng)田土壤污染的歷史舊帳（Hu et al.，2014），又有煤和石油等能源大量消耗造成的PAHs等的污染（Li et al.，2013）。POPs通過干濕沉降作用進(jìn)入農(nóng)田土壤中后通過生物富集和食物鏈，威脅環(huán)境安全和人類健康（Chen et al.，2005）。POPs復(fù)合污染在土壤中普遍存在，其中DDTs和PAHs是具有代表性的有機(jī)污染物。

微生物降解是去除土壤中DDTs和PAHs的主要途徑（Wang et al.，2014a）。DDTs和PAHs因具有較強(qiáng)的疏水性，極易被土壤固相吸附，導(dǎo)致其生物可利用性差，成為限制其微生物降解效率的關(guān)鍵因素。已有研究表明：表面活性劑可通過解吸和增溶等作用，強(qiáng)化PAHs等疏水性有機(jī)污染物（hydrophobic organic compounds，HOCs）的生物降解（陳靜等，2006；Roy et al.，2011；Wang et al.，2014b）。近年來，陰-非離子混合表面活性劑和生物表面活性劑在生物修復(fù)領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。陰-非離子混合表面活性劑對HOCs具有協(xié)同增溶作用，并能減少各自的吸附損失，降低相應(yīng)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)（Zhu et al.，2003；Guo et al.，2009）。生物表面活性劑可生物降解，不會造成二次污染，而且低毒、一般對生物的刺激性較小（時(shí)進(jìn)鋼等，2003）。盡管這些表面活性劑提高了微生物對HOCs修復(fù)的效率，但鮮見其應(yīng)用于強(qiáng)化DDTs-PAHs復(fù)合污染土壤的微生物修復(fù)研究，而且相關(guān)研究多在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，與實(shí)際場地的修復(fù)可能存在一定的差異，故直接針對DDTs-PAHs長期污染農(nóng)田土壤進(jìn)行修復(fù)可能更具有實(shí)用價(jià)值（王洪等，2010；Kuppusamy et al.，2017）。

本研究在前期篩選出的具有高效降解DDTs-PAHs的混合菌基礎(chǔ)上，首次將其應(yīng)用于DDTs-PAHs復(fù)合污染農(nóng)田土壤原位修復(fù)，探討其在不同濃度的陰-非離子混合表面活性劑（SDBS-Tween80）和生物表面活性劑鼠李糖脂（RL）作用下，對混合菌降解復(fù)合農(nóng)田土壤中DDTs-PAHs的強(qiáng)化效果，以期為中輕度有機(jī)復(fù)合污染農(nóng)田土壤生物修復(fù)提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。

表1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)Table1 The experiment design

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

實(shí)驗(yàn)材料：p,p’-DDE，p,p’-DDD，o,p’-DDT，p,p’-DDT標(biāo)準(zhǔn)樣品（質(zhì)量濃度為100 μg·mL-1）和16種PAHs混合標(biāo)準(zhǔn)樣品（質(zhì)量濃度為2.0 mg·mL-1，包括萘、苊、苊烯、芴、菲、蒽、熒蒽、芘、苯并[a]蒽、屈、苯并[b]熒蒽、苯并[k]熒蒽、苯并[a]芘、二苯并[a，h]蒽、苯并[g，h，i]芘、茚苯[1，2，3-cd]芘）購于百靈威科技有限公司；色譜純正己烷和色譜純乙腈購于山東禹王實(shí)業(yè)有限公司化工分公司；硅膠層析柱購于美國Agilent科技有限公司；混合表面活性劑，十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）和失水山梨醇單油酸酯聚氧乙烯醚（Tween80）均為化學(xué)純，購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，其混合質(zhì)量比為2∶3；生物表面活性劑——鼠李糖脂（RL），純度約90%，購于湖州紫金生物科技有限公司。其他試劑均為分析純。主要實(shí)驗(yàn)儀器包括加速溶劑萃取儀（ASE300，中國Dionex）、氣相色譜儀（CP-3800，美國Varian）、液相色譜儀（Agilent1100，美國Agilent）、全自動固相萃取儀（SPE-DEX4790，美國Horizon）。

1.2 實(shí)驗(yàn)菌株及混合菌的制備

實(shí)驗(yàn)中高效降解DDTs和PAHs的球形節(jié)桿菌（Arthrobacter globiformis）和甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌（Bacillus methylotrophicus）由本課題組分離、培養(yǎng)。將球形節(jié)桿菌和甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌菌株分別接種于LB培養(yǎng)基（酵母浸粉5 g·L-1，蛋白胨10 g·L-1，氯化鈉10 g·L-1）斜面上，30 ℃培養(yǎng)72 h后，將菌體加入含無菌水的試管中，振蕩30 min，待均勻后用血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)，使兩只試管中菌數(shù)為108ind·mL-1，得到菌懸液。各取1%的菌懸液分別接入500 mLLB培養(yǎng)基中，30 ℃、160 r·min-1下培養(yǎng)，定期計(jì)數(shù)，使兩種菌種中菌數(shù)達(dá)108ind·mL-1，然后將球形節(jié)桿菌菌液和甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌菌液以體積之比為2∶1混合均勻，即可作為混合菌菌液待用。

1.3 修復(fù)場地與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)田位于沈陽市沈北新區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)的大棚內(nèi)，對土地耕作層（0～20 cm）進(jìn)行翻土，棄去雜草、碎石、塑料等雜物，使修復(fù)區(qū)域土壤混合均勻。將經(jīng)平整混勻后的修復(fù)場地劃分為1 m×1 m的地塊，相鄰修復(fù)單元間隔約20 cm。經(jīng)測定，土壤有機(jī)質(zhì)含量為5.44%，陽離子交換量為13.09 cmol·kg-1，pH值為7.17，土壤容重為1220 kg·m-3，粘粒、粉粒和砂粒含量分別為26.11%、72.82%和1.07%，屬于粉砂質(zhì)粘土；土壤中DDTs和PAHs的本底值分別為47.94 μg·kg-1和0.69 mg·kg-1。

共設(shè)置10種田間試驗(yàn)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。其中混合菌菌液接種量為500mL·m-2，菌落形成單位為1×108mL-1。根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)，設(shè)置生物表面活性劑鼠李糖脂（RL）施用量為5～20 mg·kg-1，陰-非離子混合表面活性劑（SDBS-Tween80）質(zhì)量比為2∶3，施用量為40～300 mg·kg-1。根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，將混合菌菌液和系列添加量的表面活性劑溶液均勻噴灑于田間各修復(fù)單元中，在0～20 cm深度范圍內(nèi)混合均勻，使土壤含水率保持最大田間持水量的60%，空白對照處理（CK）僅施加相同體積的水。分別在實(shí)驗(yàn)開始后的第30天、第90天、第150天后采用梅花取樣法采集耕作層（0～20 cm）處土壤樣品。待土樣風(fēng)干后，過60目篩，供DDTs和PAHs測試分析用。

1.4 樣品處理與測定

土壤中DDTs和PAHs使用加速溶劑萃取儀進(jìn)行萃取，萃取液為正己烷和丙酮的混合液，體積比為1∶1（Tao et al.，2011）。DDTs凈化和測定：萃取后的溶液參照《土壤中六六六和滴滴涕測定的氣相色譜法（GB/T 14550—2003）》采用濃硫酸磺化法對萃取液進(jìn)行凈化，凈化后采用氮吹法使樣品近干后，用色譜純正己烷定容到1.0 mL，然后過0.45 μm有機(jī)濾膜，轉(zhuǎn)移到氣相進(jìn)樣瓶中，利用氣相色譜儀進(jìn)行測定。氣相色譜分析條件：色譜柱為CP-sill 8CB型石英毛細(xì)管柱（30 m×0.32 mm×0.25 μm）；色譜柱升溫程序：初始溫度120 ℃并保持1 min，以25 ℃·min-1升至230 ℃保持0 min，再以3 ℃·min-1升至255 ℃保持0 min，最后以20 ℃·min-1升至280 ℃保持5 min；進(jìn)樣口溫度為250 ℃；檢測器溫度為300 ℃。載氣、輔助氣均為高純氮?dú)?，載氣流速為0.6 mL·min-1（恒流）。進(jìn)樣方式：脈沖不分流進(jìn)樣，脈沖壓力為276 kPa、保持0.75 min，進(jìn)樣量1 μL；尾吹30 mL·min-1。以色譜峰保留時(shí)間定性，外標(biāo)法定量，方法回收率為89.2%～107.1%。

PAHs的凈化和測定：萃取后的溶液參照范福強(qiáng)等（2011）利用硅膠層析柱對萃取液進(jìn)行凈化，洗脫液用氮?dú)獯抵两珊?，用色譜純乙腈定容到1.0 mL，然后過0.45 μm有機(jī)濾膜，轉(zhuǎn)移到液相進(jìn)樣瓶中，利用高效液相色譜儀測定。液相色譜分析條件：色譜柱為多環(huán)芳烴分析專用柱ZORBAX EclipsePAH（4.6 m×250 mm×5 μm）；柱溫為25 ℃；流速為1 mL·min-1；流動相為色譜純乙腈和水；進(jìn)樣量為10 μL；以色譜峰保留時(shí)間定性，外標(biāo)法定量，方法回收率為80.3%～96.5%。

采用Origin 8.0和SPSS 18.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析和作圖。

圖1 不同處理下復(fù)合污染農(nóng)田土壤中DDTs的降解效果Fig. 1 Effects of different treatments on the degradation of DDTs in co-contaminated farmland soil

2 結(jié)果與討論

2.1 表面活性劑對混合菌修復(fù)復(fù)合污染農(nóng)田土壤中DDTs的影響

在150 d的田間試驗(yàn)中，不同處理表面活性劑強(qiáng)化混合菌對農(nóng)田土壤中DDTs的降解情況如圖1所示。在對照處理中，土壤中土著微生物對DDTs降解作用非常緩慢，由初始?xì)埩袅?7.9 μg·kg-1降低到46.2 μg·kg-1，降解率僅為3.6 %。自然降解150 d后，土壤中DDTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)仍然超過相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評估中值ERM（effects range median，46.1 μg·kg-1）（Long et al.，1995）。這表明該農(nóng)田土壤中DDTs對生物造成潛在危害的可能性大，存在較高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

在接種混合菌后，土壤中DDTs的殘留量從初始濃度47.9 μg·kg-1降低到27.3 μg·kg-1，降解率高達(dá)43%。這說明混合菌能有效降解土壤中的DDTs。接種降解菌的前30 d，土壤中DDTs殘留量下降很快，但隨著時(shí)間的延長，DDTs的降解速度明顯降低。這與謝慧（2013）的研究結(jié)果類似，即DDTs前期降解迅速，隨后降解速率變慢，其可能原因是剛開始接種降解菌的30 d內(nèi)，降解菌大量繁殖，生物活性非常高，對DDTs的降解較快，隨后降解菌數(shù)量可能會因營養(yǎng)物質(zhì)的不足而逐漸下降，導(dǎo)致對DDTs的降解效率降低。

當(dāng)在土壤中添加不同濃度的表面活性劑SDBS-Tween80或RL對混合菌進(jìn)行強(qiáng)化后，各處理均較單獨(dú)接種混合菌處理具有更好的修復(fù)效果。這說明RL或SDBS-Tween80增溶作用提高了土壤溶液中DDTs生物可利用性，促進(jìn)了混合菌對DDTs的降解。在SDBS-Tween80處理體系中，低濃度的SDBS-Tween80（40 mg·kg-1土和70 mg·kg-1土）對混合菌降解DDTs的促進(jìn)作用不明顯；當(dāng)SDBS-Tween80處理量升至100 mg·kg-1時(shí)，DDTs在土壤中的殘留量才顯著降低；但當(dāng)SDBS-Tween80處理量繼續(xù)升高時(shí)（200 mg·kg-1和300 mg·kg-1），DDTs的殘留量不但沒有進(jìn)一步降低，反而出現(xiàn)略有升高的現(xiàn)象。其原因可能是高水平的SDBS-Tween80對混合菌生長繁殖產(chǎn)生抑制作用所致。肖鵬飛等（2015）在研究Tween60和SDS強(qiáng)化白腐真菌修復(fù)DDTs污染土壤中也出現(xiàn)了類似的現(xiàn)象。在RL處理體系中，DDTs殘留量隨著RL濃度的增加而呈現(xiàn)出不斷降低的趨勢，未發(fā)現(xiàn)其對降解菌的抑制現(xiàn)象，這與馬滿英等（2008）報(bào)道的生物表面活性劑對降解菌的毒性較小是一致的。

比較SDBS-Tween80與RL對混合菌修復(fù)復(fù)合污染農(nóng)田土壤中DDTs的強(qiáng)化效果可知，相同時(shí)間內(nèi)應(yīng)用陰-非離子混合表面活性劑（SDBS-Tween80）對混合菌降解DDTs效果優(yōu)于生物表面活性劑鼠李糖脂（RL）。從圖1可知，當(dāng)SDBS-Tween80處理量為100 mg·kg-1土?xí)r，對混合菌降解DDTs效果最好，150 d后降解率高達(dá)57.8%，比單獨(dú)混合菌處理時(shí)的降解率提高了14.9%，較RL最佳降解效果（20 mg·kg-1）提高了7.5%。雖然SDBS-Tween80處理量是RL的5倍，但是其成本非常低廉，且具有增溶效果強(qiáng)、土壤中吸附損失少、環(huán)境適應(yīng)范圍更廣等優(yōu)點(diǎn)。因此，適量的SDBS-Tween80（100 mg·kg-1）既可提高土壤中DDTs的修復(fù)效率，也降低了污染土壤修復(fù)成本和后續(xù)可能產(chǎn)生的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 表面活性劑對混合菌降解土壤中DDT同分異構(gòu)體、初級代謝產(chǎn)物的影響

p,p'-DDE是p,p'-DDT在好氧土壤（耕作層）中主要的降解產(chǎn)物，在環(huán)境中比其母體化合物具有更強(qiáng)的持久性、生物蓄積性和生物毒性（Wang et al., 2003）。經(jīng)過150 d田間試驗(yàn)后，土壤中DDT同分異構(gòu)體、初級代謝產(chǎn)物（p,p'-DDE、p,p'-DDD、o,p'-DDT、p,p'-DDT）的降解情況見圖2。接種混合菌，添加不同用量的SDBS-Tween80或RL均可不同程度促進(jìn)土壤中DDT同分異構(gòu)體、初級代謝產(chǎn)物的降解，其降解率大小變化順序?yàn)閜,p'-DDT＞p,p'-DDE＞o,p'-DDT＞p,p'-DDD。DDT同分異構(gòu)體、/初級代謝產(chǎn)物的生物降解率存在一定差異，其中p,p'-DDT和p,p'-DDE的降解率相對較高，但o,p'-DDT和p,p'-DDD的生物降解率也達(dá)到32.4%左右。

如圖2所示，當(dāng)SDBS-Tween80處理量為100 mg·kg-1時(shí)，其對混合菌降解DDT同分異構(gòu)體、初級代謝產(chǎn)物的促進(jìn)作用最明顯，p,p'-DDE、p,p'-DDD、o,p'-DDT和p,p'-DDT降解率分別達(dá)到63.0%、37.1%、39.3%和65.9%，顯著高于單獨(dú)混合菌處理時(shí)對應(yīng)的降解率（P＜0.05）。其中，p,p'-DDE降解促進(jìn)作用最明顯，比單獨(dú)混合菌處理高出18.8%。其原因可能是p,p'-DDE在土壤中殘留量最高，添加100 mg·kg-1SDBS-Tween80后，促使p,p'-DDE從土壤顆粒中解吸而出的量最大，其生物利用性也隨之大幅增加，通過混合菌降解的去除量的提高最顯著。本試驗(yàn)結(jié)果與章瑞英等（2009）研究Tween60對DDT同分異構(gòu)體、初級代謝產(chǎn)物的洗脫濃度大小與原土壤中DDT同分異構(gòu)體、初級代謝產(chǎn)物污染相關(guān)的結(jié)果是一致的。

因此，在土壤中添加100 mg·kg-1SDBSTween80可顯著強(qiáng)化混合菌對DDTs的降解效果。

圖2 不同處理下土壤中DDT同分異構(gòu)體、初級代謝產(chǎn)物的降解率Fig. 2 Degradation rate of DDT isomers and primary metabolites in soil with different treatments

2.3 表面活性劑對混合菌修復(fù)復(fù)合污染農(nóng)田土壤中PAHs的影響

表面活性劑對混合菌降解農(nóng)田土壤中PAHs的促進(jìn)作用如圖3所示?？瞻讓φ仗幚碇?，PAHs在土壤環(huán)境中降解速度十分緩慢，試驗(yàn)結(jié)束后土壤中PAHs殘留量仍有0.65 mg·kg-1，PAHs的降解率只有6.3%。根據(jù)Maliszewska（1996）制定的標(biāo)準(zhǔn)，土壤仍達(dá)到中度污染（0.6 ～1 mg·kg-1）的水平，說明PAHs在土壤中穩(wěn)定，難以降解。而在混合菌處理后，土壤中PAHs殘留量明顯降低，150 d后殘留量為0.53 mg·kg-1，PAHs的降解率為23.7%。這說明混合菌可有效降解土壤中的PAHs。但是，混合菌對土壤中PAHs的降解顯著低于其對DDTs的降解效果（P＜0.05），其原因可能是土壤中以高環(huán)PAHs為主，更難降解（高野萌等，2016）。

在土壤中添加表面活性劑SDBS-Tween80或RL強(qiáng)化混合菌后，在一定程度上均可以促進(jìn)混合菌對PAHs的降解。在SDBS-Tween80（40～200 mg·kg-1）處理體系中，PAHs殘留量隨著SDBS-Tween80處理量的提高而不斷降低，150 d后， 200 mg·kg-1SDBS-Tween80處理PAHs的降解率比單獨(dú)混合菌處理提高了14.4%。當(dāng)SDBS-Tween80處理量繼續(xù)增加時(shí)（300 mg·kg-1），土壤中PAHs殘留量又相對增加。綜合以上混合菌降解DDTs-PAHs的結(jié)果可知，SDBS-Tween80對混合菌降解DDTs-PAHs的影響是對DDTs-PAHs增溶作用和對混合菌生長的毒性作用的綜合體現(xiàn)。在RL處理體系中，混合菌對土壤中PAHs的降解變化情況與DDTs類似，也是隨著RL處理量的增加，PAHs殘留量逐漸降低。當(dāng)RL處理量為20 mg·kg-1時(shí)，PAHs降解率最高達(dá)28.6%，其降解效果與單獨(dú)混合菌處理相比雖有所提高，但并不顯著，其原因可能是所添加的RL處理量對PAHs增溶能力有限。該結(jié)果與劉魏魏等（2010）研究結(jié)果相似。

比較SDBS-Tween80與RL對混合菌修復(fù)復(fù)合污染農(nóng)田土壤中PAHs的強(qiáng)化效果發(fā)現(xiàn)，較高用量的SDBS-Tween80（100 mg·kg-1和200 mg·kg-1）對PAHs的降解效果顯著高于RL。當(dāng)SDBS-Tween80處理量為100 mg·kg-1時(shí)，不僅對DDTs降解效果最好，而且對PAHs也具有較高的降解效果（高達(dá)35.6%），比單獨(dú)混合菌處理提高了11.9%。繼續(xù)增加SDBS-Tween80用量（200 mg·kg-1），對PAHs的降解率最高達(dá)38.1%，降解率增幅并不顯著?？紤]修復(fù)效率與成本，100 mg·kg-1SDBS-Tween80強(qiáng)化混合菌修復(fù)PAHs污染土壤是比較理想的。

圖3 不同處理下復(fù)合污染農(nóng)田土壤中PAHs的降解效果Fig. 3 Effect of different treatments on the degradation of PAHs in co-contaminated farmland soil

圖4 不同處理下農(nóng)田土壤中不同PAHs的降解率Fig. 4 Degradation rate of different PAHs in farmland soil with different treatments

2.4 表面活性劑對混合菌降解土壤中不同PAHs的影響

根據(jù)環(huán)數(shù)將PAHs分為2-3環(huán)、4環(huán)、5環(huán)和6環(huán)PAHs。試驗(yàn)農(nóng)田土壤不同PAHs的含量順序?yàn)椋?環(huán)＞5環(huán)＞2-3環(huán)＞6環(huán)，分別占總量的37.3%、27.4%、27.1%和8.2%，其中高環(huán)PAHs（4環(huán)以上的PAHs）占總量的72.9%。由圖4可知，隨著PAHs分子量的增加，各處理的降解率逐漸降低，這與Haritash et al.（2009）報(bào)道PAHs降解率與其苯環(huán)數(shù)呈反比是一致的。其原因主要是低環(huán)PAHs生物有效性比高環(huán)PAHs強(qiáng)，在環(huán)境中低環(huán)PAHs更易被土壤微生物降解；而高環(huán)PAHs具有更高的穩(wěn)定性、親脂性和生物毒性，很難被微生物降解（邢維芹等，2007），因此強(qiáng)化高環(huán)PAHs降解作用尤為重要。

從圖4可知，接種混合菌顯著提高了土壤中不同PAHs的降解率，其中高環(huán)PAHs在150 d的降解率比對照處理平均提高了13.3%。添加表面活性劑后，進(jìn)一步促進(jìn)了PAHs的降解。低用量的SDBS-Tween80和RL處理對高環(huán)PAHs降解的促進(jìn)作用不太明顯（P＞0.05），但當(dāng)SDBS-Tween80處理量為100 mg·kg-1時(shí)，高環(huán)PAHs的降解率達(dá)30.6%，比單獨(dú)混合菌處理提高了12.7%。當(dāng)進(jìn)一步增加SDBS-Tween80處理量（200 mg·kg-1）時(shí)，其對土壤中高環(huán)PAHs的降解促進(jìn)作用并不明顯，甚至反而有所降低（300 mg·kg-1）。

綜上所述，添加適量SDBS-Tween80，利用其增溶能力強(qiáng)化微生物修復(fù)DDTs-PAHs復(fù)合污染土壤是有效可行的，在污染土壤的生物修復(fù)中具有進(jìn)一步的研究價(jià)值和應(yīng)用潛力。

3 結(jié)論

（1）SDBS-Tween80和RL均能不同程度地促進(jìn)混合菌對復(fù)合污染農(nóng)田土壤DDTs-PAHs的降解。SDBS-Tween80的最佳處理量比RL更有利于提高DDTs-PAHs復(fù)合污染土壤的生物修復(fù)效果，降解率提高8%左右，且SDBS-Tween80的修復(fù)成本更低。

（2）添加100 mg·kg-1SDBS-Tween80對DDTs和PAHs降解效果最好，最高降解率分別為57.8%和35.6%，比單獨(dú)混合菌處理分別提高了14.9%和11.9%。

（3）100 mg·kg-1SDBS-Tween80能顯著提高p,p'-DDE和高環(huán)數(shù)PAHs的降解率，分別為63.0%和30.6%，比單獨(dú)混合菌處理分別提高了18.8%和12.7%。該方法在農(nóng)田土壤有機(jī)污染的修復(fù)中有很大的應(yīng)用前景。

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Enhanced Effects of Surfactants on the Bioremediation of DDTs-PAHs in Co-contaminated Farmland Soil

WANG Xiaoxu1, ZHENG Xuehao1, SUN Lina1*, WU Hao1, WANG Hui1, CHEN Su1, LI Huachao2
1. Key Laboratory of Regional Environment and Eco-remediation, MOE of China, Shenyang University, Shenyang 110044, China; 2.Liao Shen Industrial Group Co., LTD., Shenyang 110045, China

Dichlorodiphenyltrichloroethanes (DDTs) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are typical persistent organic pollutants (POPs) in soils, which has environmental toxicity and caused negative impacts on organisms. The enhanced effects of anionic-nonionic mixed surfactant [sodium dodecyl benzene sulfonate (SDBS) and polyoxyethylene (80) sorbitan monolaurate (Tween 80), the mixture mass ratio of 2∶3] and biosurfactant rhamnolipids (RL) on the bioremediation of DDTs-PAHs with mixed bacteria [Arthrobacter globiformis and Bacillus methylotrophicus, the mixture volume ratio of 2∶1] in co-contaminated farmland soil were investigated based on a field survey. The results showed that SDBS-Tween80 and RL could enhance the degradation rates of DDTs and PAHs when bioremediated with mixed bacteria. In the SDBS-Tween80-enhanced mixed bacteria treatments, when the applied concentration of SDBS-Tween80 was 100 mg·kg-1, the highest degradation rates of DDTs and PAHs were up to 57.8% and 35.6% within 150 d, and which were 14.9% and 11.9% higher than that of the mixed bacteria treatment alone. In the RL-enhanced mixed bacteria treatments, when the addition concentration of RL was 5 mg·kg-1, the highest degradation rates of DDTs and PAHs were up to 50.3% and 28.6% within 150 d, and which were 7.4% and 4.9% higher than that of the mixed bacteria treatment alone. Therefore, the optimum concentration of SDBS-Tween80 for biodegradation of DDTs-PAHs in co-contaminated farmland soil was approximately 8% higher than that of RL, and the bioremediation was more cost-effective for SDBS-Tween80. Meanwhile, at the best optimum concentration of SDBS-Tween80 was 100 mg·kg-1, the corresponding degradation rates of p,p'-DDE and high-rings PAHs were significantly increased, and up to 63.0% and 30.6% respectively, which were 18.8% and 12.7% higher than that of the mixed bacteria treatment alone. This method has prospective application in the field of remediation of co-contaminated soils.

DDTs; PAHs; surfactants; mixed bacteria; co-contaminated

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.03.018

X53

A

1674-5906（2017）03-0486-07

王曉旭, 鄭學(xué)昊, 孫麗娜, 吳昊, 王輝, 陳蘇, 李化超. 2017. 表面活性劑強(qiáng)化微生物修復(fù)DDTs-PAHs復(fù)合污染農(nóng)田土壤影響研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 26(3): 486-492.

WANG Xiaoxu, ZHENG Xuehao, SUN Lina, WU Hao, WANG Hui, CHEN Su, LI Huachao. 2017. Enhanced effects of surfactants on the bioremediation of DDTs-PAHs in Co-contaminated farmland soil [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(3): 486-492.

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（973計(jì)劃）（2014CB441106）；中華環(huán)境保護(hù)基金會格平綠色行動遼寧環(huán)境科研教育“123”工程項(xiàng)目（CEPF2013-123-1-7）；沈陽市科學(xué)事業(yè)費(fèi)競爭性選擇項(xiàng)目（城市生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理及其修復(fù)技術(shù)研究）；沈陽市科技計(jì)劃項(xiàng)目（F14-133-9-00）；中國1?5萬土壤圖籍編撰及高精度數(shù)字土壤構(gòu)建（二期工程）項(xiàng)目（2012FY112100）

王曉旭（1987年生），女，博士研究生，主要從事土壤有機(jī)污染修復(fù)研究工作。E-mail: 766680803@qq.com *通信作者。E-mail: sln629@163.com

2016-12-19