由于哈德逊河和格拉斯河本底的有机碳含量有较大差别,本研究继续考察了外加碳源对多氯联苯脱氯的影响。实验分别在反应进行27 周、30 周和36 周后三次在部分沉积物微环境中添加了乙酸(7.5 mmol/kg)或脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸各2.5 mmol/kg)继续反应,并在30 周、36 周和51 周时分别取样与未添加碳源的微环境进行比较。结果显示,外加碳源并没有显著地加快脱氯速率也没有改变脱氯的程度。此前的研究用过相似的碳源且反应也是在产甲烷条件下进行的,结果显示碳源的添加可以加快脱氯速率,且乙酸的效果比混合酸的效果好[35,67]。不同的是,此前的研究是在零时刻添加的碳源。这意味着在产甲烷条件下,碳源的补充可以提供充足的碳元素和能量构建适合于脱氯的微生物群落。然而,当多氯联苯脱氯反应已经进行了较长时间(本研究中选取的为24 周)后,成熟的脱氯微生物群落结构已经形成,继续添加碳源的作用非常有限。同时我们也发现,无论沉积物本身是贫碳的(哈德逊河沉积物)还是富碳的(格拉斯河沉积物),添加碳源都不能使得脱氯效果得到进一步增强。也就是说,在产甲烷条件下,脱氯程度主要是由活性脱氯微生物决定的,一些脱氯菌种/株的缺乏并不能简单通过添加碳源/电子供体来克服。
由于外加碳源并没有起到促进脱氯的作用,其代谢产物需要进一步确认。如图3.3 中所示,哈德逊河沉积物微环境中甲烷总量在24 周后进入平台期几乎没有增加;与此同时从24 周到51 周的时间内格拉斯河沉积物微环境中仅有6~7 mmol/kg 的甲烷生成。我们发现,添加碳源后顶空气体中的甲烷含量迅速上升,甲烷即为所加碳源的还原产物。图3.16 为添加碳源后沉积物微环境中甲烷的产量。总体上看,外加碳源的影响与沉积物类型有关。而所添加多氯联苯混合物的不同没有影响甲烷的生成。脂肪酸对产甲烷的促进作用强于乙酸。尽管一些产甲烷菌也存在脱氯功能[35,96],其活性相对于脱氯菌是非常低的[67]。因而,本研究中产甲烷菌虽然是优势菌但是并没有增强脱氯。
分析添加碳源后沉积物微环境的多氯联苯单体和脱氯路径发现,格拉斯河中的邻位脱氯得到了强化。在有外加碳源的格拉斯河沉积物微环境中,邻位脱氯产物在第36 周即被观察到,而在无添加碳源的组中第51 周才出现。这说明,起邻位脱氯作用的微生物是利用乙酸和/或丙酸、丁酸作为其优先电子供体和碳源。
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图3.16 添加碳源后的甲烷产量
AC:乙酸;CS:脂肪酸;A:添加PCB Mixture 1 的沉积物微环境中甲烷产量;B:添加PCB Mixture 2 沉积物微环境中甲烷产量。数据点为微环境样品的平均值(n=3);误差棒代表标准方差
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