烟台海岸带所在重金属污染土壤稳定化修复功能材料与技术研发方面取得新进展

土壤重金属污染与修复是全世界持续关注的环境科技热点。研发筛选安全高效的重金属污染土壤修复功能材料,发展重金属污染土壤的稳定化修复技术与机理对保障土壤健康、实现绿色可持续发展具有重要的科学意义。

中国科学院烟台海岸带研究所骆永明研究员团队通过长期试验,研发筛选了以多硫化钙、生物炭以及重金属抗性微生物等为代表的一批极具土壤重金属钝化潜力的化学和生物学功能材料,并揭示了不同的功能材料对土壤重金属的稳定化修复效果与作用机理。研究表明,以多硫化钙为核心成分的绿色高效稳定化修复药剂可显著降低土壤中DTPA提取态Cd的含量,从而降低土壤重金属的植物有效性。当多硫化钙添加量为1%时,修复55 d后对土壤中Cd的稳定化效果最佳,且未对土壤酶活性和微生物群落结构多样性和碳源利用能力产生显著影响。同时,从重金属污染土壤中筛选分离了一批对重金属具有较强耐性的功能微生物菌株,阐明了真菌Gibberella sp. NT-1Cu的吸附去除效果、影响因素及其吸附机制。生物炭与功能性微生物的联合修复是近年来新兴的一种重金属污染土壤绿色可持续修复策略,研究组以玉米秸秆型生物炭和重金属耐性细菌Pseudomonas sp. NT-2为材料,采用重金属形态的Tessier连续提取法分析和植物、微生物及人体等多受体生物有效性分析,并结合土壤酶活性分析和基于16S rRNA基因的高通量测序分析,系统阐明了生物炭负载微生物菌剂对CdCu污染土壤的稳定化修复效果与作用机制。研究结果表明,5%生物炭菌剂的添加显著提高了土壤中残渣态CdCu的比例,降低了交换态Cd和碳酸盐结合态Cu的比例。DTPA提取态和UBM胃肠提取液模拟试验结果表明,5%生物炭菌剂的添加显著降低了土壤中CdCu的植物有效性和人体生物可给性,提高了重金属污染土壤中脲酶和脱氢酶的活性。与单纯施加生物炭相比,生物炭基菌剂的添加可提高土壤中重金属耐性功能菌Pseudomonas sp.的丰度,并显著改善土壤微生物群落结构。综上所述,与单独施用生物炭相比,负载功能微生物NT-2菌株的生物炭菌剂在土壤重金属稳定化效果和土壤环境质量改善等方面均具有更显著的效果。上述研究成果可为发展重金属污染土壤的绿色可持续修复技术提供功能材料和理论依据。

相关研究成果发表在Environment InternationalGeoderma Environmental Science and Pollution Research等期刊上。上述研究工作受国家重点研发计划、国家自然科学基金及烟台市重点研发计划等项目资助。

1生物炭菌剂修复过程中土壤重金属生物有效性的动态变化

(a)    植物有效态CdDTPA-Cd)的动态变化;(b) 植物有效态CuDTPA-Cu)的动态变化;(c) 修复后土壤的模拟人体胃相CdCu的生物可给性

 

2 生物炭菌剂修复后土壤中假单胞菌属微生物的相对丰度(a)和微生物群落结构的PCoA分析(b) 

 

相关论文:

1.    Tu C, Wei J, Guan F, Liu Y, Sun YH, Luo YM. Biochar and bacteria inoculated biochar enhanced Cd and Cu immobilization and enzymatic activity in a polluted soil. Environment International. 2020, 137: 105576.

2.    Tu C, Guan F, Sun YH, Guo PP, Liu Y, Li LZ, Scheckel KG, Luo YM. Stabilizing effects on a Cd polluted coastal wetland soil using calcium polysulphide. Geoderma. 2018, 332, 190-197.

3.    Tu C, Liu Y, Wei J, Li LZ, Scheckel KG, Luo YM. Characterization and mechanism of copper biosorption by a highly copper-resistant fungal strain isolated from copper-polluted acidic orchard soil. Environmental Science and Pollution Research. 2018, 25: 24965-24974.

 



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