外源锌处理对东南景天厌氧发酵的影响
： 1：本文以厌氧发酵技术研究处理利用重金属Zn污染土壤植物修复过程中产生的含Zn植物残体的方式。以Zn超富集植物东南景天（Sedum alfredii Hance）为材料，外源添加ZnCl2的方法，使发酵体系中Zn达到0（Control）、1250、2500、5000、10000、20000 mg/kg，以及0（Control）、125、250、500、1000、2000 mg/kg，测定厌氧发酵过程中每日沼气产量及CH4含量，探索不同浓度Zn对东南景天厌氧发酵的影响。结果表明，厌氧发酵体系中≤500 mg/kg的Zn含量对东南景天厌氧发酵效果无显著影响，当厌氧发酵体系中Zn含量≥1000 mg/kg，能显著抑制东南景天厌氧发酵。
目录
引言
锌是动物、植物生长所发育所必需的微量营养元素，其在调节人体的免疫功能，维持机体正常生理机能、促进儿童的发育，治疗厌食和营养不良等具有重要作用；参与植物碳水化合物转化、促进各种酶的合成、改善作物品质等[14]。但是，锌同时也是公认的有害重金属元素之一[58]，土壤中锌污染的来源主要有这几方面：矿区开采三废的排放导致；农业生产中含有重金属的化肥农药的施用；污水污泥的农用；城市化进程中交通运输带来的。土壤被锌污染后，土壤锌被植物吸收会导致作物减产，严重时导致绝收，失去自然生产力。粮食及蔬菜是人们日常生活中必不可少的食物，然而污染土壤中的锌通过在土壤粮食人和土壤蔬菜人食物链中的积累、迁移和传递，最终会给人体健康造成严重的危害，所以确保土壤的质量和农产品的食用安全，对人体的健康非常重要。
厌氧发酵过程是指植物秸杆、人畜粪便等废弃有机质在厌氧条件下被厌氧微生物分解转化并产生沼气和二氧化碳的过程，重金属污染土壤修复植物中含有大量易生物降解的有机物，因此具有良好的厌氧消化潜力[915]。厌氧发酵反应体系可被认为是一个封闭的生态系统，所有微生物群落存在一种特殊的共生状态——互养共栖[1618]。
土壤重金属修复在我国已取得了长足的发展。在微生物修复方面,申鸿等以玉米为供试植物,研究了在不同程度铜污染的土壤上丛枝菌根真菌对玉米苗期生长的影响。冯海艳等采用Gmosseae和G.intaradice两种丛枝菌根真菌为实验材料,研究了受辐污染的土壤中黑麦草的生长情况。在植物修复方面,杨
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
肖娥等在中国东南部的古老矿山上发了一种叫做东南景天的植物,尤其是对于土壤中的辐污染具有十分良好的耐受性。彭红云、杨肖娥等人还研究发现了一种叫做铜草海州香需的超积累植物,对于土壤中的铜具有很好的吸收作用,可以用来修复铜污染的土壤。梁彦秋等人通过对沈阳污灌区的研究发现污灌区的辐主要是以可交换态和铁锰氧化结合态为主。除了传统的单一重金属修复技术,现在研究人员正在试图将两种或多种修复技术联合使用,这样可以弥补单一修复技术带来的不足,使得修复效率更高，例如有的学者认为可以将蚯蚓和真菌联合使用来修复土壤中的重金属污染，但是这种方法还在研究阶段,对于蚯蚓和真菌联合作用下重金属在土壤中的迁移转化的研究是目前的一个热点。
本研究通过厌氧发酵技术，以Zn超富集植物东南景天为材料，研究Zn对植物材料厌氧发酵的影响，以期为探索合理处置与利用重金属污染植物的方式。
1材料与方法
1.1材料
本试验采用锌超积累植物东南景天（Sedum alfredii Hance）作为厌氧发酵的发酵底物。取东南景天地上部，85℃烘干，用研磨机粉碎，东南景天的基本理化性质如表1。
发酵接种物取自南京城东污水处理厂，接种物理化性质见表1。9L接种物装于15L密封玻璃罐，37℃水浴，每24h加入30ml培养液。发酵接种物营养液的配制：按照100g葡萄糖添加9.03g NH4HCO3、1.4g KH2PO4、0.3g CaCl2?2H2O、0.45g MgSO4?7H2O（配成1L）。取管内气体，检测CH4含量，待CH4含量达到50%，则接种物完全活化。
表1. 东南景天及发酵接种物理化性质
Table 1. The basic properties of anaerobic digestion materials
TOC
mg/kg
TN
mg/kg
C/N
TS
VS/TS
东南景天
392.3
21.2
18.6
活化污泥
29%
71%
1.2 试验装置
实验采用自制厌氧发酵装置，如图1。厌氧发酵的反应器为1L玻璃广口瓶，反应体积为800ml，集气装置采用1L玻璃广口瓶，瓶中装满饱和硫酸钠溶液，反应瓶和与集气瓶之间以橡胶管道连接，取气部位于集气瓶和反应器之间。厌氧发酵的产气量由排水集气法测得。
图1. 厌氧发酵反应流程图.
1.恒温水浴锅; 2. 反应器; 3. 气体采样口; 4. 集气瓶; 5. 量筒
Figure 1. Anaerobic digestion reaction flow chart. 1. Constant temperature water bath; 2. Reactor; 3. Gas sampling port; 4. Biogas collecting bottle; 5. Measuring cylinder
1.3 试验方法及测定项目
1.3.1 试验方法
试验外源添加ZnCl2使反应体系的Zn初始浓度为1250、2500、5000、10000、20000 mg/kg，对照实验不添加ZnCl2(Control)；根据初期实验结果（见结果与分析），进行了东南景天外源添加低浓度Zn实验，使反应体系的Zn初始浓度为125、250、500、1000、2000 mg/kg，对照实验不添加ZnCl2(Control)。每组设置三个重复， 37℃条件下水浴保温，发酵周期35天。各处理的试验材料均以尿素为氮源调节C/N至25，NaOH调节反应体系pH至7.0左右，体系总固体（TS）含量调节为在20%，加水调节各反应器接种物占底物质量12%（干重计），详见表2，各反应器的有效容积均为800mL。
1.3.2 检测项目及方法
1.3.2.1 总固体含量(TS)、挥发性固体含量(VS)测定
挥发性固体含量（VS）的测定原理：植物经低温碳化和高温灼烧后氧化，使碳水化合物等有机物分解并以二氧化碳和水的形式挥发而消失，其烧失量即为有机物总量，剩下不可燃烧的残渣为灰分元素的氧化物，称量后即可计算挥发性固体含量(VS)的质量分数。
操作步骤：将瓷坩埚置于马弗炉中525℃±10℃温度下灼烧30min，取出后稍冷，移入干燥器内平衡30min，取出称量记录重量。再放入马弗炉中525℃±10℃灼烧10min后取出，冷却称量，直至两次质量之差小于0.5mg即为恒量M0。将待测样放入已知质量的25mL瓷坩埚中，在105℃±2℃的电热恒温箱中烘烤8h，取出后放入干燥器内平衡30min，称量即为M1。在电炉上（坩埚盖斜放）缓慢碳化，逐步提高电炉温度，直到不再出现黑烟，并且样品呈现出灰白色为止。将坩埚移入马弗炉（盖斜放）于525℃±10℃灼烧2h，取出后稍加冷却，移入干燥器中平衡30min，称量即为M2。
目录
引言
锌是动物、植物生长所发育所必需的微量营养元素，其在调节人体的免疫功能，维持机体正常生理机能、促进儿童的发育，治疗厌食和营养不良等具有重要作用；参与植物碳水化合物转化、促进各种酶的合成、改善作物品质等[14]。但是，锌同时也是公认的有害重金属元素之一[58]，土壤中锌污染的来源主要有这几方面：矿区开采三废的排放导致；农业生产中含有重金属的化肥农药的施用；污水污泥的农用；城市化进程中交通运输带来的。土壤被锌污染后，土壤锌被植物吸收会导致作物减产，严重时导致绝收，失去自然生产力。粮食及蔬菜是人们日常生活中必不可少的食物，然而污染土壤中的锌通过在土壤粮食人和土壤蔬菜人食物链中的积累、迁移和传递，最终会给人体健康造成严重的危害，所以确保土壤的质量和农产品的食用安全，对人体的健康非常重要。
厌氧发酵过程是指植物秸杆、人畜粪便等废弃有机质在厌氧条件下被厌氧微生物分解转化并产生沼气和二氧化碳的过程，重金属污染土壤修复植物中含有大量易生物降解的有机物，因此具有良好的厌氧消化潜力[915]。厌氧发酵反应体系可被认为是一个封闭的生态系统，所有微生物群落存在一种特殊的共生状态——互养共栖[1618]。
土壤重金属修复在我国已取得了长足的发展。在微生物修复方面,申鸿等以玉米为供试植物,研究了在不同程度铜污染的土壤上丛枝菌根真菌对玉米苗期生长的影响。冯海艳等采用Gmosseae和G.intaradice两种丛枝菌根真菌为实验材料,研究了受辐污染的土壤中黑麦草的生长情况。在植物修复方面,杨
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
肖娥等在中国东南部的古老矿山上发了一种叫做东南景天的植物,尤其是对于土壤中的辐污染具有十分良好的耐受性。彭红云、杨肖娥等人还研究发现了一种叫做铜草海州香需的超积累植物,对于土壤中的铜具有很好的吸收作用,可以用来修复铜污染的土壤。梁彦秋等人通过对沈阳污灌区的研究发现污灌区的辐主要是以可交换态和铁锰氧化结合态为主。除了传统的单一重金属修复技术,现在研究人员正在试图将两种或多种修复技术联合使用,这样可以弥补单一修复技术带来的不足,使得修复效率更高，例如有的学者认为可以将蚯蚓和真菌联合使用来修复土壤中的重金属污染，但是这种方法还在研究阶段,对于蚯蚓和真菌联合作用下重金属在土壤中的迁移转化的研究是目前的一个热点。
本研究通过厌氧发酵技术，以Zn超富集植物东南景天为材料，研究Zn对植物材料厌氧发酵的影响，以期为探索合理处置与利用重金属污染植物的方式。
1材料与方法
1.1材料
本试验采用锌超积累植物东南景天（Sedum alfredii Hance）作为厌氧发酵的发酵底物。取东南景天地上部，85℃烘干，用研磨机粉碎，东南景天的基本理化性质如表1。
发酵接种物取自南京城东污水处理厂，接种物理化性质见表1。9L接种物装于15L密封玻璃罐，37℃水浴，每24h加入30ml培养液。发酵接种物营养液的配制：按照100g葡萄糖添加9.03g NH4HCO3、1.4g KH2PO4、0.3g CaCl2?2H2O、0.45g MgSO4?7H2O（配成1L）。取管内气体，检测CH4含量，待CH4含量达到50%，则接种物完全活化。
表1. 东南景天及发酵接种物理化性质
Table 1. The basic properties of anaerobic digestion materials
TOC
mg/kg
TN
mg/kg
C/N
TS
VS/TS
东南景天
392.3
21.2
18.6
活化污泥
29%
71%
1.2 试验装置
实验采用自制厌氧发酵装置，如图1。厌氧发酵的反应器为1L玻璃广口瓶，反应体积为800ml，集气装置采用1L玻璃广口瓶，瓶中装满饱和硫酸钠溶液，反应瓶和与集气瓶之间以橡胶管道连接，取气部位于集气瓶和反应器之间。厌氧发酵的产气量由排水集气法测得。
图1. 厌氧发酵反应流程图.
1.恒温水浴锅; 2. 反应器; 3. 气体采样口; 4. 集气瓶; 5. 量筒
Figure 1. Anaerobic digestion reaction flow chart. 1. Constant temperature water bath; 2. Reactor; 3. Gas sampling port; 4. Biogas collecting bottle; 5. Measuring cylinder
1.3 试验方法及测定项目
1.3.1 试验方法
试验外源添加ZnCl2使反应体系的Zn初始浓度为1250、2500、5000、10000、20000 mg/kg，对照实验不添加ZnCl2(Control)；根据初期实验结果（见结果与分析），进行了东南景天外源添加低浓度Zn实验，使反应体系的Zn初始浓度为125、250、500、1000、2000 mg/kg，对照实验不添加ZnCl2(Control)。每组设置三个重复， 37℃条件下水浴保温，发酵周期35天。各处理的试验材料均以尿素为氮源调节C/N至25，NaOH调节反应体系pH至7.0左右，体系总固体（TS）含量调节为在20%，加水调节各反应器接种物占底物质量12%（干重计），详见表2，各反应器的有效容积均为800mL。
1.3.2 检测项目及方法
1.3.2.1 总固体含量(TS)、挥发性固体含量(VS)测定
挥发性固体含量（VS）的测定原理：植物经低温碳化和高温灼烧后氧化，使碳水化合物等有机物分解并以二氧化碳和水的形式挥发而消失，其烧失量即为有机物总量，剩下不可燃烧的残渣为灰分元素的氧化物，称量后即可计算挥发性固体含量(VS)的质量分数。
操作步骤：将瓷坩埚置于马弗炉中525℃±10℃温度下灼烧30min，取出后稍冷，移入干燥器内平衡30min，取出称量记录重量。再放入马弗炉中525℃±10℃灼烧10min后取出，冷却称量，直至两次质量之差小于0.5mg即为恒量M0。将待测样放入已知质量的25mL瓷坩埚中，在105℃±2℃的电热恒温箱中烘烤8h，取出后放入干燥器内平衡30min，称量即为M1。在电炉上（坩埚盖斜放）缓慢碳化，逐步提高电炉温度，直到不再出现黑烟，并且样品呈现出灰白色为止。将坩埚移入马弗炉（盖斜放）于525℃±10℃灼烧2h，取出后稍加冷却，移入干燥器中平衡30min，称量即为M2。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/swgc/smkx/266.html
