1、生物強化技術(shù)作為土壤重金屬污染的一種原位修復(fù)手段，近年來成為環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點。菌種及外來營養(yǎng)源的選擇共同決定了修復(fù)技術(shù)的成敗。本文以枯草芽孢桿菌經(jīng)紫外誘變所獲高耐鎘菌株B38作為活性菌，以玉米秸稈和豬糞2種農(nóng)業(yè)廢棄物為原材料制備的2種生物炭（分別記為CBC和PBC）作為微生物載體，分別研究了上述材料對鎘(Cd)、鉻(Cr)、汞(Hg)和鉛(Pb)4種典型重金屬離子的吸附能力及環(huán)境條件對吸附的影響;利用盆栽實驗確認了生物強化技術(shù)的修復(fù)效

2、果;并通過傅里葉變換-紅外光譜(FT-IR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線光電子能譜(XPS)、DNA擴增—變性梯度凝膠電泳(PCR-DGGE)、熒光標(biāo)記技術(shù)等手段，對吸附劑形貌、表面元素組成及官能團變化、外源微生物和土著微生物生長情況等進行了系統(tǒng)的解析，為闡明載體—微生物強化固定土壤重金屬機制提供了理論依據(jù)與技術(shù)手段。
　　主要研究結(jié)果包括:(1)誘變菌B38對3種重金屬陽離子普遍表現(xiàn)出高親和力，接觸初期快速吸附于細胞壁表面

3、，之后達平衡。陰離子Cr(Ⅵ)在死體菌株上的吸附行為與陽離子類似，而在活體菌株上吸附進行得非常緩慢，可能是因為B38受到鉻脅迫影響生長與活性;整體上，死體菌株的吸附能力略高于活體菌株;活體菌株的吸附動力學(xué)符合指數(shù)方程，死體菌株對陽離子和陰離子的吸附曲線分別符合假一級動力學(xué)和假二級動力學(xué)模型;pH值對吸附影響顯著，pH=7.0時吸附率最高;體系的溫度幾乎不影響吸附;離子強度對Hg的吸附幾乎沒有影響，對Cd、Cr存在一定影響，特別是對Pb影

4、響較大，說明靜電吸附在Hg的吸附過程中可以忽略，而Cd的靜電吸附能要高于Pb;具有相同吸附點位的離子，在單一體系下具有最高吸附量的離子(Pb)在多元體系下對其它離子存在強抑制作用，而Cd與Hg、 Pb與Hg離子分別在二元體系下吸附行為互不影響，因此吸附點位不同;B38細胞壁含有羥基、羰基、羧基、酰胺基等活性基團，在吸附過程中與金屬離子形成絡(luò)合物。(2)為探究B38對土壤重金屬污染的修復(fù)效果，選擇了一種工業(yè)廢棄物諾沃肥作為外來營養(yǎng)源。盆栽

5、實驗研究發(fā)現(xiàn)生物強化技術(shù)對土壤重金屬起到了固定作用，降低植物積累。但僅添加B38對植物生長促進作用不明顯，單獨施加諾沃肥反而起到抑制作用，B38和諾沃肥協(xié)同作用顯著增加植物可食部分生物量。B38在外來營養(yǎng)源的輔助下活性最高。(3)選擇二乙基三胺五乙酸(DTPA)、復(fù)合制劑Mehlich3(M3)和BCR1（Community Bureau of Reference推薦連續(xù)提取法第1步）3種化學(xué)提取法預(yù)測重金屬的生物可利用性。研究發(fā)現(xiàn)DT

6、PA對葉菜類植物的生物有效性預(yù)測效果最佳，M3和BCR1分別適用于根莖類和豆科植物。(4)生物炭對重金屬的吸附研究發(fā)現(xiàn)CBC對Hg表現(xiàn)出了高親和力，PBC對Pb親和力更高;當(dāng)生物炭與B38復(fù)合后，2種復(fù)合吸附劑均對Pb吸附能力更強;同種重金屬離子，B38菌株與PBC復(fù)合的吸附能力要強于與CBC復(fù)合;2種生物炭的吸附行為符合Freundlich模型，2種復(fù)合吸附劑符合Langmuir-Langmuir模型;Hg和Pb離子在生物炭上發(fā)生拮抗

7、作用，在復(fù)合吸附劑上的相互之間略有競爭，但作用不大，說明2種離子在生物炭上的吸附點位有所重疊，但B38的引入改變了生物炭的表面性狀，使2種離子擁有各自的專性吸附點位。(5) SEM研究發(fā)現(xiàn)2種生物炭的微觀形貌存在顯著差異，CBC為篩板狀多孔片層結(jié)構(gòu)，微孔密集分布于炭層上;PBC為表面凹陷的多孔顆粒狀結(jié)構(gòu)，表面向內(nèi)凹陷形成塌陷的空腔，可以為重金屬離子提供更多吸附點位，為微生物的復(fù)合提供更大的空間。FT-IR光譜和XPS能譜研究發(fā)現(xiàn)，與B3

8、8復(fù)合使CBC表面官能團數(shù)量減少、多樣性降低，卻可增加PBC表面的官能團數(shù)量和種類;在吸附過程中，生物炭表面的羥基、羰基和羧基等含氧官能團、芳香環(huán)上的羰基和酚羥基、CBC纖維素上的脂肪族醚類(C-O-C)和醇羥基(-OH)參與了離子交換吸附作用;生物炭表面呋喃γ-CH以及吡啶β環(huán)等雜環(huán)化合物參與了陽離子-π鍵作用。(6)將誘變菌B38與載體CBC或PBC應(yīng)用于生物強化處理。PBC復(fù)合B38后顯著促進植株生長，CBC與B38復(fù)合對作物生長

9、的影響不大;各處理均能不同程度的降低植物對重金屬的積累和土壤中重金屬有效態(tài)含量，其中以PBC和B38復(fù)合效果最佳，植物可食部分Cd和Pb含量均達到國家標(biāo)準(zhǔn)。(7)利用熒光標(biāo)記示蹤技術(shù)監(jiān)測不同載體輔助下B38的生長情況。僅添加B38，菌體濃度不斷上升，緩慢趨于穩(wěn)定;CBC和諾沃肥輔助處理，菌體濃度迅速達到穩(wěn)定狀態(tài);PBC的處理菌體濃度先迅速上升，之后呈現(xiàn)下降趨勢。因此，B38對惡劣的環(huán)境有較高的適應(yīng)性及發(fā)展?jié)摿Γ谂c土著微生物的競爭中處于

10、優(yōu)勢，載體物質(zhì)為土著微生物和外源微生物均能提供碳源、氮源等營養(yǎng)物質(zhì)和棲息地。
　　本論文的研究表明:高耐鎘菌株B38對多種重金屬離子均具有較高的吸附能力;生物炭作為一種新型環(huán)境材料，不僅能夠吸附重金屬污染物，而且能夠提高土壤肥力，改善土壤生境，為微生物的生長繁殖提供營養(yǎng)物質(zhì)和棲息場所，特別是動物源的生物炭成為微生物的優(yōu)良載體。微生物與生物炭協(xié)同固定土壤重金屬污染，實現(xiàn)了對土壤重金屬的原位修復(fù)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物的就地取材、二次利用，