五氯酚(PCP)作为一种致毒、致畸、致癌的"三致"氯代有机物,因其在环境中难降解,而被列入了优先污染物。PCP曾作为除草剂、杀虫剂、木材防腐剂等在世界范围内广泛应用,造成了土壤污染。土壤中PCP的还原转化主要是微生物参与的生化过程。一般来说,土壤中存在天然的铁还原、硫还原、产甲烷过程,且这些典型的还原过程在淹水厌氧条件下更活跃。因此,土壤,尤其是淹水土壤中PCP的还原转化必然与土壤中典型的氧化还原过程存在相互联系。本文研究了在厌氧条件下PCP还原脱氯与土壤中典型氧化还原过程(铁还原过程、硫还原过程、产甲烷过程)的关系,以为发展污染修复的优化方法和措施提供理论支撑。具体研究内容包括:产甲烷条件下,不同电子供体对PCP还原转化的影响;硫酸盐还原条件下,不同电子供体对PCP还原转化的影响;产甲烷过程对PCP还原转化的影响。获得的主要研究结果如下:(1)通过外源添加四种不同电子供体(甲酸钠、乙酸钠、丙酮酸钠、乳酸钠)设置了产甲烷条件开展研究,发现四种不同电子供体的外源添加都可不同程度地促进PCP的还原降解,但同时也促进了甲烷排放和有毒害的铁/硫还原物质的形成。在所有试验的电子供体中,丙酮酸钠对PCP还原降解的促进效果最好,但也造成了最多量的甲烷排放,还加重了土壤中铁/硫还原物质的毒害效应。综合考虑各种因素,乙酸钠是协调PCP还原转化与土壤天然氧化还原过程间相互作用的最佳电子供体,可在促进绝大部分PCP还原降解的同时,最大程度避免由外源电子供体添加导致的促进甲烷排放和有害铁/硫还原物质形成的负面效应。此外,基于多元统计的冗余分析(RDA)发现产甲烷过程和铁还原过程与PCP的还原脱氯表现为协同促进的关系。高通量测序结果揭示培养体系中主要的微生物菌属为Pseudomonas、Sedimentibacter、Clostridium、Desulfosporosinus、Desulfovibrio、Geosporobacter Thermotalea 和 Methanosaeta、以及 Pelobacteraceae 钢(该分类以下水平的微生物未检测到)。结合化学指标和微生物学指标的动态耦合关系分析发现,在丙酮酸钠、乳酸钠、乙酸钠处理中,关键功能性脱氯微生物可能包括:Sedimentibacter、Clostridium、Pseudomonas。而其它没有脱氯功能的细菌,尤其是铁还原菌(Pelobacteraceae和Geosporobacter Thermotalea)也可能通过与脱氯功能细菌间互养关系间接促进PCP的还原脱氯。通过所有还原过程中电子转移当量的化学计量分析,结合高通量测序分析揭示的功能微生物的动态变化特征,还可以推测,在电子供体充足的条件下(能确保所有还原过程所需的电子量的消耗),古菌Met淡anosaeta或许可能通过传递H2到功能性的脱氯菌来刺激还原脱氯的进行。(2)与第(1)部分研究体系相同,进一步考虑硫酸盐的影响作用,通过外源添加硫酸盐,设置了硫酸盐还原条件。通过研究发现,硫酸盐添加后,增强硫酸盐还原的条件下,大部分处理中PCP的还原降解速率有所降低,但Fe(Ⅲ)的还原得到促进。所试验的电子供体中,丙酮酸钠和乳酸钠在促进PCP还原降解方面显示出了最好的效果。同时,RDA分析显示出与产甲烷条件一致的结果,即产甲烷过程和铁还原过程与PCP的还原脱氯表现为协同促进的关系,但RDA结果也进一步发现硫酸盐还原过程与PCP的还原脱氯存在相互抑制的关系。高通量测序结果揭示培养体系中主要的微生物属为Pseudomonas、Sedimentibacter、Clostridium、Desulfosporosinus、Desulfovibrio、GeosporobacterThermotalea 和Methanosaeta以及Pelobacteraceae纲(该分类以下水平的微生物未检测到)。硫酸盐还原条件下,在丙酮酸钠、乳酸钠、乙酸钠处理中,关键的功能性脱氯微生物可能包括:Senenetibacter、Clostridiu、Pseudomonas;其它没有脱氯功能的细菌,尤其是铁还原菌(Pelobacteraceae和Geosporobacter Thermotalea)也可能通过与脱氯功能细菌间互养关系间接促进PCP的还原脱氯;且在电子供体充足的情况下,古菌Methanosaeta可能可以通过传递H2到功能性的脱氯菌来刺激还原脱氯过程。这些结论与产甲烷条件中的发现一致。有趣的是,化学指标和微生物学指标间的动态耦合关系还进一步支撑增强硫酸盐还原条件下可能存在与产甲烷条件不同的机制,即硫酸盐还原菌(Desulfosporosinus、Desulfovibrio)可能不仅具备还原硫酸盐的能力,还具备还原Fe(Ⅲ)的能力。此外,硫酸盐的添加还抑制了典型脱氯菌Dehalobacterium、铁还原菌Pelobacteraceae、脱氯功能性微生物Sedimentibacter和Pseudomonas的生长,促进了硫酸盐还原菌Desulfosporosinus和Desulfovibrio、脱氯功能性微生物Clostridium、铁还原菌Geosporobbacter Thermotalea的生长。硫酸盐的添加对产甲烷菌的生长没有影响,只是延缓产甲烷的过程。(3)通过外源添加辅酶M(CoM)或2-溴乙烷磺酸钠(BES)分别研究了促进产甲烷或抑制产甲烷条件下PCP的还原脱氯行为。发现CoM的添加抑制了土壤中铁还原菌的生长,促进了产甲烷菌的生长,促进了 PCP的还原脱氯;产甲烷抑制剂BES的添加促进了铁还原菌的生长,完全抑制了产甲烷菌的生长,抑制了 PCP的还原脱氯。高通量测序结果揭示培养体系中主要的微生物为Pseudomonas、Sedimentibacter、Desulfosporosinus、Desulfovibrio、Geosporobacter Thermotalea和Methanosaeta以及Pelobacteraceae纲(该分类以下水平的微生物未检测到)。在本试验中,其关键的功能性脱氯微生物可能有:Sedimentibacter和Pseudomonas。CoM的添加促进了Sedimentibacte 的生长、抑制了 Pseudomonas的生长,而BES处理中的情况刚好相反;同时,BES和CoM对关键的功能性脱氯微生物(Sedimentibacter+ Pseudomonas)的总量没有影响;此外,古菌 Methanosaeta 是淹水土壤PCP还原脱氯过程中的关键微生物。结合化学指标和微生物学指标间的动态耦合关系可推测:因土壤产甲烷过程是与PCP还原脱氯协同促进的过程,BES因此可通过抑制产甲烷进而抑制PCP的还原转化。