镉污染土壤的微生物修复稳定性的酸性淋溶研究

镉污染土壤的微生物修复稳定性的酸性淋溶研究

丛海扬1,*，孙璐1，张梅华1，蒋继宏2

(1.中节能六合天融环保科技有限公司，北京100085；2.江苏师范大学生命科学学院，江苏

徐州221116)

摘要：本研究利用分离得到的对镉具有吸附功能的两株真菌菌株对镉污染土壤样品进行微生物修复治理，并通过酸性淋溶实验模拟自然界酸雨来评价治理效果是否稳定。考察不同pH值的酸性淋溶实验对微生物修复后土壤的pH和镉含量是否产生影响。结果发现：在近80天的三种不同pH值的淋溶液的酸性淋溶实验中，经过微生物修复处理后的土壤样品，pH值和Cd有效态含量都比较稳定，而空白对照组则出现了大量波动和瞬时峰值的现象。 关键词：镉污染土壤；真菌；微生物修复；稳定性；酸性淋溶

中图分类号：X172

文献标识码:

文章编号：

Acid leaching studies of microbiological remediation stability of cadmium-contaminated soil.

CONG Hai-yang1, SUN Lu1, ZHANG Mei-hua1, JIANG Ji-hong2

(1.China Energy Corporation and Environmental Protection Group (CECEP) Liuhe Talroad Environmental Technology Co., Ltd, Beijing 100085, China; 2. Jiangsu Normal University, School of Life Sciences, Xuzhou, Jiangsu Province 221116, China)

Abstract: Two isolated fungal strains with cadmium adsorptive ability was utilized in microbiological remediation of cadmium polluted soil samples, and the stability of the immobilized cadmium was evaluated using acid leaching experiments that simulated natural acid rain conditions. Impacts of different pH acid leaching conditions on the pH values and mobile cadmium concentrations of the soil samples were investigated. Results showed that during the experiment period of nearly 80 days soil samples after the microbiological remediation had more stable pH values and mobile cadmium concentrations compared with the untreated samples, which experienced large fluctuations and instant peaks.

Key words: cadmium-contaminated soil, fungus, microbiological remediation, stability, acid leaching

收稿日期： 修订日期： 基金项目：国家自然科学基金（项目号31370646）

作者简介：丛海扬，（1986～），男，工程师，主要研究方向为环境微生物技术，E-mail：haiyang.cong@talroad.com.cn

重金属在土壤环境中难以降解，易在动植物体内积累，通过食物链逐步富集，浓度有时能达到百万倍的增加，最后进入人体对人类健康造成危害，是危害人类最大的污染物之一[1]。土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性、不可逆性等特点，治理的难度极大。目前国内外土壤重金属污染治理广泛采用的方法包括土壤固化、玻璃化、淋滤法、洗土法、电化学法等。这些传统方法普遍存在价格昂贵，操作复杂等特点，因此大规模的应用具有一定局限 [2]。

目前在我国农田土壤的镉污染形势极为严峻，主要发生在镉铅锌矿分布相对丰富的云南、广东、湖南、贵州等地。众所周知的“镉米”事件就是在受镉污染的土壤中种植水稻所引起的。镉土种植的农作物中镉含量也远远超出《食品中污染物限量》（GB2762-2005）中的限值[3]。因此，我国对于农田土壤镉污染的控制和治理刻不容缓。鉴于微生物本身极强的适应性及较低廉的使用成本，微生物治理重金属日渐成为该领域新的研究热点。微生物修复土壤污染的机理包括吸附富集、氧化还原、成矿沉淀、

淋滤、协同效应等[2]。目前重点研究的微生物多集中在细菌和霉菌，如蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)、柠檬酸杆菌(Citrobacter sp.)、芽孢杆菌(Bacillus sp.)、少根根霉(Rhizopus arrhizus)等[2]。

微生物修复治理后的土壤的稳定性是

这类研究考察的另一个重点。酸雨条件下重金属迁移及行为易受到显著影响。土壤受酸雨淋洗时，土壤中重金属的赋存形态受pH影响，当被酸化土壤的pH接近4时，大部分重金属以离子形态存在，可能将土壤中固化的重金属重新转化为液相游离态[4]。我国是酸雨三大区之一[5]，本文研究对象为云南某区域土壤，所处位置为酸雨区。因此，研究酸性淋溶条件下对经微生物修复镉污染土壤样品的稳定性，显得尤为必要。

本文利用两株经实验室分离得到的真菌菌株（Trichoderma virens-LP-10-2和Trichoderma spirale-LP-20）对云南某地含镉污染土壤进行微生物修复治理。这是该两株真菌菌株首次在国内应用于土壤重金属修复治理。修复治理完成后，评价修复效果并设计模拟酸雨淋溶实验，考察修复后土壤的稳定性。

1材料与方法

1.1实验材料

真菌菌株：Trichoderma virens-LP-10-2；Trichoderma spirale-LP-20[6]。

土壤样品:采自云南省曲靖市某地的金属矿区所在地土壤。 1.2土壤样品的微生物修复处理

1.2.1 LP-20菌液制备：将LP-20接种至液体AY培养基（无水醋酸钠0.2461 g·L-1

，酵

母提取物0.15 g·L，氯霉素25 mg·L，pH 7.0）[7-9]。摇床培养3天后得到菌体培养基混合液，将混合液离心(11000 rpm，10 min)，离心之后的沉淀物即为菌液，菌液是高稠度的菌体，但仍有一部分水分（含水率10%左右）。

1.2.2供试土壤样品制备：供试土壤样品过筛后得到1mm粒径的样品，土样烘干至恒重待用。

1.2.3土壤理化性质测定：土壤的pH值和重金属全量测定使用通用的测定方法[10]。土壤中重金属有效态含量利用TCLP提取液提取测定法[11]。该方法在土壤pH<5时加入试剂I提取液，在土壤pH>5时加入试剂II提取液。供试土壤的pH值大于5.0，因此使

-1-1

用试剂II提取液。试剂II的配制方法为：将5.7 mL的冰醋酸加入蒸馏水中，定容至1 L，利用1M的HNO3或1M的NaOH溶液调节溶液pH值，溶液的pH值保持在2.88±0.05范围内。试剂II的用量（体积）与土样（质量）比为20:1。土样与试剂II提取液在常温下振荡（18±2）h，静置后离心，上清液再用0.2 μm 的滤膜进行过滤，过滤后的溶液（即待测液）用1M的HNO3溶液调节至pH为2，便于长期保存。待测液中的重金属浓度即为土壤样品中的重金属有效态含量，该含量采用原子吸收分光光度计(Atomic Absorption Spectroscopy)方法测定。

采自云南省曲靖市某地的金属矿土壤中Cd(II)全量及有效态含量见表1。

表1：供试土壤的基本性质

Table 1 Basic characteristics of the tested soil

土壤 云南曲靖

pH(土水比1:2.5) 3.05

Cd总量/ mg?kg-1 48.7

4.95

Cd有效态含量/ mg?kg-1

1.2.4微生物修复实验：准备2份等量3 kg土壤样品，一份为空白对照不经过任何处理，另一份添加等量1.5 L微生物菌液。将2组样品pH值调节为4（利用1mol/L HCl或1mol/L NaOH），室温培养，培养时间为10 天[6]。培养结束后测定土壤样品中的Cd有效态含量。

1.2.5 质量控制：测量镉的全量及有效态含量过程中均包含空白对照。所有的样品均

进行3次平行实验。镉的有效态含量测定的相对标准偏差（RSD）均小于5%。 1.3修复后土壤的稳定性测试 1.3.1淋溶柱的制作

将高33cm，直径10cm的PVC管一端用PVC板封住，于PVC板中部钻1个直径为1cm的小孔，接上长20cm长的塑料管。再将淋溶柱固定于架子上，架子底部放置一烧杯，用于回收滤液。淋溶柱示意图参考商正松[12]。

1.3.2 淋溶柱的布柱

为了防止水流穿透以及淋溶液均匀通过淋溶柱，需要对淋溶柱进行过滤层的布置。底层覆一层脱脂棉垫，从下往上由滤层颗粒由大到小布置，分别为玻璃珠、石英砂、粘土层（取自北京自然土壤），中间为实验土壤样品，上面滤层从下往上方由颗粒由小到大布置，分别为粘土层、石英砂以及玻璃珠，顶层为一层脱脂棉垫。淋溶前后均需检测玻璃珠、石英砂以及粘土中镉的有效态含量。

1.3.3淋溶处理

参考中山大学蓝崇钰等[13]的方法，将淋溶柱放置于室内，每天以pH3.5、5、7的淋溶液（HCl调节pH）淋溶，保持淋溶速度在15ml/h左右，淋溶期间室内温度保持在25±5℃，持续淋溶。淋溶历时42d，每7d作为一个周期集中收集渗滤液。渗滤液pH值立即进行测定，然后滴加1滴HNO3保存，

876渗滤液pH值用原子吸收分光光度法测定其中Cd模拟酸雨按照硝酸盐酸比例[14]。

2+ +

含量。

2结果及讨论

2.1土壤样品的微生物修复效果

经过微生物真菌菌悬液的修复处理，土壤样品中的有效态Cd含量为2.28 mg/kg, 修复效率为54%左右。

2.2淋溶渗滤液pH值的变化情况

经过微生物真菌菌悬液修复后的土壤样品在模拟酸雨淋溶过程中渗滤液pH值相比对照组更加稳定，前18天尤为明显，淋溶液的pH值在3.5、5、7的时候均可以看到这样的趋势。在淋溶实验结束时，三种实验条件下的渗滤液的pH值均接近中性（pH = 7）。由此可以看出，经过微生物真菌菌悬液修复后的土壤样品的pH值更加具有稳定性，在长期酸雨淋溶的条件下也能保持较为稳定的pH值，没有出现剧烈波动。

543.5-CK3209182736513.5-Bio78淋溶天数（d）