生物炭对土壤微生物及其强化修复多环芳烃污染的影响与机理研究

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1、上海交通大学SHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITY博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目生物炭对土壤微生物及其强化修复多环芳烃污染的影响与机理研究学科专业生态学作者姓名刘亮指导教师沈国清教授答辩日期2015.6.5上海交通大学博士学位论文学号：0111509003生物炭对土壤微生物及其强化修复多环芳烃污染的影响与机理研究THEINFLUENCEANDMECHANISMOFBIOCHARONSOILMICROBIALANDENHANCEDREMEDIATIONOFPAHsCONTAMINATIONSpec

2、ialtyEcologyAuthorLiangLiuAdvisorGuoqingShenDateJune5,2015上海茨通大学学位论文版权使巧授权书本学化论文作者完全了解学校巧关保留、蜡讯学恆论文的规定，同意学校侃留并向国家有关部口或机构送巧论文的賓巧件和电子版，允巧论文被普阅巧懼阔。本人措权上海交逝大学可Ｗ梅本学化论文的全部或部分内接骗入有共數据库巧行極宗，可臥采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解灌后适用本授权书。本学位论文屈于不保密＂＂（请在科上方框内打Ｖ）学

3、位论文作者签名：指导教师盤名日巧ｒ灿年白巧巧日期；年＾月丈上海空通大学学位论文原创性声明，独本人郑重声巧：所呈交的学化讫文，是本人在导师的指导下立进巧研巧工巧所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集棘己经发表或撰写过的作品成果。对本文的硏究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中＾＾＾＾巧确方式标明。本人完全怠巧到本声明的法体结果由本人承巧。学位论文作者签名；目期（／月ｒ＞牌Ｊｒ曰本研究承蒙国家质检公益性行业科研专项（201310269）国家自然科学基金（21477

4、075）国家科技支撑计划课题（2012BAD15B03）资助上海交通大学博士学位论文生物炭对土壤微生物及其强化修复多环芳烃的影响与作用机理研究摘要论文以水稻秸秆、稻壳和牛粪为原料，在350和500℃条件下限氧热解制备生物炭的基础上，研究了生物炭对土著微生物生态效应影响，并采用末端限制性多态分析（T-RFLP）和荧光定量PCR(qPCR)技术，对土壤微生物多样性及功能基因进行定量分析。在此基础上，以持久性有机污染物多环芳烃（PAHs）为研究对象，采用微生物固定化技术，将自主筛选的PAHs降解菌固定于生物炭上，开展了生物炭固定化微生物对复合污

5、染土壤中16种PAHs生物修复及其作用机理研究。为生物炭强化和刺激土著微生物修复PAHs污染土壤提供科学依据，论文对于发展污染土壤原位生物修复技术，阐明生物炭固定化降解菌强化修复PAHs污染土壤机理及其生态效应具有重要的理论和现实意义，主要研究结果如下：1.对生物炭主要元素和理化性质研究表明，牛粪、稻壳和水稻秸秆生物炭表面存在羰基(C=O)、羧基（-COOH）、羟基（-OH）、醚（-O-）、芳香族C=N键和N-H3键等主要官能基团。生物炭除了含有大量C元素以外，还含有N、P、Ca、Na、Mg、K及Mn、Zn、Cu等微量元素；供试6种生物炭

6、均呈碱性，水稻秸秆生物炭RS500的pH值最高，为10.50；500℃热解温度制备的生物炭中的C元素和灰分含量高于350℃制备的生物炭；相同热解温度条件下，稻壳和水稻秸秆生物炭中的C/N大于牛粪生物炭。2.生物炭对土壤蔗糖酶活性具有显著的刺激作用，对放线菌具有抑制作用，对土壤磷酸酶、脲酶活性、细菌和真菌数量、CO2和N2O的释放量的影响与施炭量和生物炭制备温度密切相关，其中，在添加4%生物炭的土壤中，生物炭对土壤细菌生长具有显著的刺激作用；500℃热解制备生物炭对土壤中细菌的刺激作用要大于350℃热解制备的生物炭。生物炭对土壤N2O释放的

7、影响具有典型hormesis效应特征。3.生物炭处理土壤中细菌群落发生了显著变化，主要形成5个类群；所有供试生物炭处理土壤中nirS基因拷贝数增加了67.22~70.18%；生物炭处理对土壤中微生物群落的多样性和amoA基因拷贝数的影响与生物炭制备温度、原料和I上海交通大学博士学位论文施炭量密切相关。其中，施炭量为4%时，350℃低温热解制备的生物炭显著提高土壤微生物的多样性。除DM350和RH350两个处理外，土壤中amoA基因拷贝数比对照减少了93~98.10%。生物炭对土壤细菌16SrDNA和PAH-RHDαGP基因拷贝数量增加具有

8、刺激作用。其中，低温生物炭处理的刺激作用大于高温热解制备的生物炭。处理土壤中PAH-RHDαGP基因拷贝数量增加最多的是水稻秸秆7−1RS350，其拷贝数达到1.73×10copiesgdry