摘要
据统计，我国铁尾矿排放量大，其中直接废置堆砌的铁尾矿占用耕地，覆盖植被，存在多种重金属污染现象。重金属具有富集性和毒性，持续时间持久且不可逆，对动植物乃至人体健康产生威胁。传统的物理、化学方法大面积修复铁尾矿重金属污染效果不佳，并且耗费时间、财力巨大。而微生物联合植物修复铁尾矿操作技术简单、速度快、处理成本低且为环境友好型技术。本研究从甘肃省张掖市东小口子铁尾矿分离筛选到两株锰氧化菌，对其进行了条件优化，进而研究了两株锰氧化菌对Mn(Ⅱ)的吸附和氧化机制表征，及其复合菌剂联合苜蓿修复锰污染铁尾矿的效能。主要研究结果如下： (1)分离筛选获得2株锰氧化菌株分别命名为HF-1和HZ-1，通过16SrRNA基因序列初步鉴定HF-1为阿司肠杆菌（Enterobacterasburiae），HZ-1为短小芽孢杆菌（Bacilluspumilus）。根据重金属耐受性实验显示，两株菌株可单独在含有As3+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Cu2+的环境中生长，两株锰氧化菌及其锰氧化产物对其他重金属也有较好的去除效果。 (2)锰氧化菌HF-1在最适培养条件下对1000mg/LMn(Ⅱ)的去除率最高达到94%，其最适培养条件为：培养温度35℃、pH7、接种量1%、最适氮源为胰蛋白胨、最适碳源为酵母粉；锰氧化菌HZ-1在最适培养条件下对1000mg/LMn(Ⅱ)的去除率最高达到97%，HZ-1的最适培养条件为：培养温度30℃、pH7、接种量1%、最适氮源为胰蛋白胨、最适碳源为酵母粉。 (3)HF-1、HZ-1对Mn(Ⅱ)的吸附动力学过程符合伪二级动力学模型，其最大吸附量分别为215mg/g和325mg/g；HF-1、HZ-1对Mn(Ⅱ)的吸附等温线基本符合Freundlich方程和Langmuir模型，其中两株菌对Mn(Ⅱ)的吸附更符合Langmuir模型，以此来说明HF-1、HZ-1对Mn(Ⅱ)吸附主要是化学吸附作用。通过锰氧化菌对Mn(Ⅱ)在生物吸附的定量研究，表明两株锰氧化菌HF-1、HZ-1在48h内主要以胞外吸附为主。 (4)根据SEM-EDX分析显示，HF-1、HZ-1作用的锰氧化物主要含有C、O、N、Mn元素，其中Mn和O元素含量较多；通过FT-IR结果表明，在HF-1、HZ-1表面有大量基团与Mn(Ⅱ)结合，表明重金属通过改变细胞表面的脂质和多糖等一些功能成分，从而改变了细胞表面的结构，促进Mn(Ⅱ)的吸附。通过XRD和XPS测定，HF-1型氧化锰存在三种化合物：MnO、MnO2、Mn3O4，HZ-1型氧化锰也存在三种化合物：MnCO3、MnO2、Mn3O4，且两种生物氧化锰主要以Mn(IV)为主。 (5)对两株锰氧化菌对植物的促生作用进行探究，证明HF-1、HZ-1均能够分泌吲哚乙酸（IAA）；对HF-1、HZ-1进行拮抗试验，发现两株菌并不存在拮抗性，因此将HF-1、HZ-1以1∶1的比例构建复合菌剂；根据单个菌液、复合菌液对苜蓿种子萌发的影响，表明复合菌剂对苜蓿种子萌发的效果最好，在72h时苜蓿种子的活力指数较对照提高了74.23%。 (6)通过模拟中型生态系统对铁尾矿进行修复，结果表明复合菌剂联合苜蓿的修复效果优于其他处理组，土壤有机质含量、脲酶活性、中性磷酸酶活性、蔗糖酶活性较对照组增高了2.46倍、7.46倍、5.94倍、6.53倍。说明该复合菌剂联合苜蓿可以改善土壤营养状况，从而缓解重金属污染对铁尾矿土壤及周边生态环境的胁迫。同时，复合菌剂的加入，能够增加苜蓿叶绿素含量、降低丙二醛含量、降低抗氧化相关酶活性，提高苜蓿对逆境胁迫的抗性。最后，经过复合菌剂联合苜蓿处理（M+N）的尾矿土较空白（CK）Mn含量减少了13.1%；而在接种和未接种复合菌剂的苜蓿植物中，接种复合菌剂的苜蓿比和未接种的苜蓿积累了更多的Mn，说明接种复合菌剂不仅能够促进苜蓿的生长而且能够增加苜蓿对Mn的积累。
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