第二節(jié)　提升土壤傳質(zhì)促進(jìn)土壤微生物電化學(xué)修復(fù)

一、概述

從水MFC（液態(tài)介質(zhì)）到污泥和沉積物MFC，再到現(xiàn)在的土壤MFC，介質(zhì)中的傳質(zhì)過程越來越難，以至輸出的能量效率也越來越低。但是，對(duì)于實(shí)際污染介質(zhì)（污染的水、污泥、沉積物和土壤）來說，其各自的意義是同等重要的。例如，在利用MFC修復(fù)石油污染沉積物時(shí)，沉積物MFC的內(nèi)阻高達(dá)4163?，以至僅得到較低的輸出功率37mW/m3。但是，沉積物中總石油烴的降解率卻被提升了11倍多［18］。也就是說，較低的輸出功率可能是由于電子從沉積物到電極的傳遞過程受到嚴(yán)重限制，而電子從有機(jī)物到沉積物的傳遞過程并未受到太大影響。當(dāng)然，假如能夠加速整個(gè)過程中的電子傳遞過程，必定會(huì)進(jìn)一步增加污染物的降解率。

不管對(duì)于哪種介質(zhì)的MFC，提升介質(zhì)中的傳質(zhì)過程必定會(huì)增加其能量效率，這是毋庸置疑的。對(duì)于飽和介質(zhì)來說，增加孔隙度會(huì)使介質(zhì)的飽和度增加，從而降低介質(zhì)的電阻率。砂粒的粒徑比平均的土壤顆粒要大，因此砂粒會(huì)擴(kuò)大土壤中的孔隙，即創(chuàng)造更多的“通道”，從而促進(jìn)離子或者底物的擴(kuò)散傳輸。針對(duì)土壤MFC，可通過添加砂粒擴(kuò)充土壤的孔隙［19］，進(jìn)而為土壤MER技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室提供可能。

二、實(shí)驗(yàn)部分

1．砂粒的添加

實(shí)驗(yàn)中所用的砂粒購于河南省源恒材料廠，40～70目，0.3～0.4mm粒徑。將砂粒以兩個(gè)比例摻入受試大港石油污染土壤中，土壤:砂粒質(zhì)量比為5:1的標(biāo)記為低砂（LS），2:1的標(biāo)記為高砂（HS），沒有摻入砂粒的處理組分別設(shè)置開路和閉路對(duì)照，標(biāo)記為OC和CK。所有的土壤MFC中裝入的土壤（或者土壤與砂粒的混合物）質(zhì)量為340g。

2．土壤MFC的操作

所有反應(yīng)器放置在30℃±1℃恒溫培養(yǎng)箱中，每個(gè)處理組在設(shè)置重復(fù)的同時(shí)，設(shè)置對(duì)應(yīng)的開路對(duì)照組。

3．電化學(xué)分析

土壤MFC連接于1000?外電阻上，采用多通道信號(hào)收集卡每分鐘采集一次外電阻上的電壓值。極化曲線和功率密度曲線測(cè)定前，土壤MFC開路12h，然后將外電阻分別設(shè)置為5000?、2000?、1000?、900?、800?、700?、600?、500?、400?、200?、100?，每個(gè)阻值保留20min后測(cè)定輸出電壓值，并計(jì)算輸出功率密度。

三、結(jié)果

1．土壤MFC的輸出電壓與電量

在土壤MFC閉路后的第3天，所有的反應(yīng)器基本都達(dá)到輸出電壓的最大值，如圖3.3（a）所示。但是在第4天，所有的土壤MFC的輸出電壓快速下降，隨后步入一個(gè)長期的緩慢下降階段，直至實(shí)驗(yàn)完成。在第8～第20天之間，對(duì)照組（CK）的輸出電壓略微比低砂組（LS）和高砂組（HS）高一些，可能是因?yàn)槭茉嚧蟾塾吞锸臀廴就寥赖牧枯^大，從而容易被生物利用的組分相對(duì)充裕的原因。在第90～第135天，各個(gè)處理組的輸出電壓基本趨于穩(wěn)定，CK、LS、HS分別在輸出電壓（35±5）mV、（34±6）mV、（34±10）mV左右波動(dòng)。在1000?外電阻下，CK、LS、HS的最大輸出電流密度分別為（66±12）mA/m2、（74±8）mA/m2、（62±20）mA/m2，對(duì)應(yīng)的輸出功率密度分別為（5±1）mW/m2、（20±0）mW/m2、（14±1）mW/m2，對(duì)應(yīng)的最大輸出電壓密度分別為（236±44）mV/m2、（267±28）mV/m2、（224±71）mV/m2。以上結(jié)果表面顯示LS的輸出電壓密度最高，但是標(biāo)準(zhǔn)化到單位質(zhì)量的石油烴污染土壤后，CK、LS、HS的最大輸出電流密度分別為（0.20±0.04）mA/（m2·g）、（0.28±0.03）mA/（m2·g）、（0.29±0.09）mA/（m2·g），說明砂粒的摻入量正相關(guān)于土壤MFC輸出的最大電壓值。

所有土壤MFC的輸出電壓在短時(shí)間內(nèi)（3d）均達(dá)到最大值，說明電活性微生物及其相關(guān)的微生物能夠較快地適應(yīng)石油污染的土壤環(huán)境；然而隨后土壤MFC輸出電壓的快速下降，可能是由污染土壤的異質(zhì)性和內(nèi)部物質(zhì)傳輸比較困難所致。例如，陽極表面容易被生物降解的烴類在微生物電化學(xué)作用下被快速降解，而遠(yuǎn)離陽極的容易被降解的烴類又難以移動(dòng)至陽極表面，導(dǎo)致陽極表面“燃料”短缺［20］。

土壤MFC累積輸出電量如圖3.3（b）所示，對(duì)于土壤MFC的各個(gè)處理組CK、LS、HS，其單位質(zhì)量污染土壤的輸出電量分別為2.5C/g、2.9C/g、3.5C/g，摻入砂粒組比空白對(duì)照組升高了16%（LS）和40%（HS）。對(duì)應(yīng)單位活性炭空氣陰極面積（36cm2）的電量密度分別為（0.69±0.003）×103C/（m2·g）、（0.80±0.01）×103C/（m2·g）、（0.97±0.11）×103C/（m2·g），表明土壤MFC中砂粒的摻入能夠促進(jìn)土壤MFC電量的產(chǎn)出。值得注意的是，當(dāng)土壤MFC中摻入砂粒的比例由1/6增加至1/3時(shí)，單位質(zhì)量污染土壤的產(chǎn)電量恰好比CK組也增加了2倍左右，說明土壤中大顆粒組分含量的增加有利于土壤MFC電能的產(chǎn)出。

在135d的MER過程中，HS組的平均電量輸出率為5C/d，跟先前構(gòu)造的U形土壤MFC的結(jié)果一致［4］。相比之下，CK和LS的平均電量輸出率更高，均為6C/d，比HS組高出20%。但是假如將輸出電量標(biāo)準(zhǔn)化至單位質(zhì)量的石油污染土壤計(jì)算，HS組的平均電量輸出率最高，為0.026C/（d·g），而CK和LS僅為0.018C/（d·g）和0.021C/（d·g），與HS相比分別下降了28%和5%。

2．土壤的粒徑分布、容重與孔隙度

將砂粒摻入土壤后，土壤的顆粒分布發(fā)生了較大的變化，見表3.1。摻砂粒后，土壤中的大顆粒（砂粒，粒徑為1～0.05mm）含量明顯增加，與對(duì)照CK相比，LS樣品增加了57%，HS樣品增加了110%。LS中細(xì)粉粒（0.01～0.005mm）、粗黏粒（0.005～0.001mm）和細(xì)黏粒（＜0.001mm）的含量與CK相比變化不大，但繼續(xù)增加摻入砂粒的含量后，即HS卻呈現(xiàn)了相對(duì)明顯的降低。然而對(duì)于黏粒的含量，卻與砂粒的摻入量反相關(guān)。

隨著摻入砂粒含量的增加，土壤的容重逐漸降低，總孔隙度逐漸升高，如表3.2所列。與對(duì)照組CK相比，LS和HS的孔隙度分別增加了12%和15%。

3．土壤MFC的內(nèi)阻

如圖3.4所示，將交流阻抗譜按照等效電路（RC）進(jìn)行擬合后，得到各組土壤MFC的電阻。土壤MFC的歐姆內(nèi)阻（Rs）和電荷轉(zhuǎn)移內(nèi)阻（Rct）均隨著砂粒摻入量的增加而降低。HS組的歐姆內(nèi)阻最小，僅為7.6?，與LS（11.2?）和CK（14.2?）相比，分別降低了32%和46%。值得注意的是，當(dāng)土壤中摻入砂粒的比例由1/6增加至1/3時(shí)，土壤MFC的歐姆內(nèi)阻恰巧與CK組相比也增加了約2倍，說明土壤中大顆粒組分含量的增加促進(jìn)了土壤中物質(zhì)的傳輸。各組土壤MFC的電荷轉(zhuǎn)移內(nèi)阻變化趨勢(shì)與歐姆內(nèi)阻一致，即HS（13.4?）＜LS（17.4?）＜CK（18.2?）。此外，摻入砂粒的土壤MFC的電容明顯增加，與對(duì)照CK相比，LS組增加了263%，HS組增加了389%。摻入砂粒后，土壤MFC的電阻明顯減小，隨著電容的增大，勢(shì)必會(huì)促進(jìn)電能的產(chǎn)出。

摻入砂粒后的土壤MFC產(chǎn)電性能的增加，首先應(yīng)該歸因于電池內(nèi)阻的減小。隨著砂粒摻入量的增加，相同質(zhì)量的介質(zhì)（土壤或者土壤和砂粒的混合物）中砂粒（1～0.05mm）含量逐漸增加，由CK中的30%增加至LS中的47%，又增加至HS中的63%。與此對(duì)應(yīng)的，土壤的總孔隙度也逐漸增加，由44.5%增加至49.8%，而后又增加至51.3%。也就是說，砂粒摻入后將土壤顆粒之間的空隙擴(kuò)充了，為土壤中物質(zhì)的擴(kuò)散傳輸提供了更多更大的“通道”，特別是促進(jìn)了離子的傳輸，從而HS與CK組相比歐姆內(nèi)阻降低了46%。此外，摻入砂粒后土壤MFC電荷轉(zhuǎn)移內(nèi)阻的減小，說明介質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)的增加有利于提升生物陽極的電活性。

4．溶解氧（DO）擴(kuò)散系數(shù)與原位pH值變化

在土壤MFC中，隨著水相或土相深度的增加，DO的含量逐漸降低。如圖3.5（a）所示。對(duì)于DO與深度的擬合斜率，土相中的數(shù)值（絕對(duì)值）明顯大于水相中的，說明DO的含量在水相與土相的界面發(fā)生了急劇的降低，同時(shí)也說明DO在水相（-0.8～0cm）中的擴(kuò)散系數(shù)大于其在土相表層（0～1cm），見圖3.5（b）和圖3.5（c）。由菲克第一定律計(jì)算得知，在土相中DO的擴(kuò)散系數(shù)隨著摻入砂粒含量的增加而增加。HS中的DO擴(kuò)散系數(shù)為7.4×10-10m2/s，與CK（2.8×10-10m2/s）和LS（5.2×10-10m2/s）相比，升高了164%和42%。

由于土相或水相對(duì)DO擴(kuò)散的限制，隨著介質(zhì)深度的增加DO的濃度逐漸降低。由菲克第一定律推導(dǎo)出的DO擴(kuò)散系數(shù)表明，CK與OC組有著類似的DO擴(kuò)散能力，但是當(dāng)摻入砂粒后土壤MFC的DO擴(kuò)散能力被大大提升，LS和HS組分別增加了86%和164%。然而，假如摻入砂粒的含量過多的話，可能不利于維持土壤MFC陽極室厭氧的環(huán)境，從而降低污染物降解轉(zhuǎn)化為電能的庫倫效率，降低電能的產(chǎn)出和有機(jī)污染物的生物降解效能。總而言之，本研究表明土壤MFC中摻入一定量的砂粒促進(jìn)了物質(zhì)的傳輸。

土壤原位pH值變化如圖3.6所示，與開路MFC中的土壤（OC）相比，閉路MFC（CK、LS、HS）的土壤pH值的平均值下降了1.1～1.4個(gè)單位。隨著砂粒摻入量的增加，閉路土壤的整體pH值向正方向移動(dòng)，并且砂粒含量越高，移動(dòng)越明顯。砂粒的摻入將帶負(fù)電的黏粒組分含量降低了48%～57%，土壤中電負(fù)性膠粒含量的降低可能是pH值上升的重要原因。在0～2cm和3.7～5.5cm的土相中，pH值與深度的變化曲線內(nèi)弧形面朝向右方，說明該深度的土壤中以氫離子（H+）的產(chǎn)生為主；在2～3.7cm的土相中，pH值與深度的變化曲線幾乎是一條直線，說明該深度的土壤中氫離子（H+）表現(xiàn)為純擴(kuò)散現(xiàn)象；在5.5～6cm的土相中，pH值與深度的變化曲線內(nèi)弧形面朝向左方，說明該深度的土壤中以氫離子（H+）的消耗為主。

與原始土壤（OS）相比，閉路對(duì)照組（CK）的pH值降低了1個(gè)單位，相當(dāng)于60mV的陽極電位損失，也就是說實(shí)際CK組的輸出電壓可能會(huì)更高（比該處測(cè)定的值高20%左右），說明在土壤MFC中陽極附近質(zhì)子的積累是抑制其電能輸出的重要因素。用微電極測(cè)定的土壤MFC中原位pH值的變化顯示，pH值的拐點(diǎn)（2cm、3.7cm、5.5cm）恰好基本與三層碳纖維布陽極的位置一致，說明原位pH值的變化主要還是來自陽極表面質(zhì)子的積累。隨著砂粒摻入量的增加，原位pH曲線的斜率逐漸減小，并且pH值曲線的起點(diǎn)值和終點(diǎn)值也有所增加，說明砂粒的摻入促進(jìn)了土壤MFC中質(zhì)子的擴(kuò)散。此外，由于活性炭空氣陰極附近OH-的產(chǎn)生中和了來源于陽極的質(zhì)子，因此在土壤MFC中5.5cm及以下的深度范圍，土壤的原位pH值顯著升高。

5．土壤電導(dǎo)率與酶活

由圖3.7（a）可知，與原始土壤（OS）相比，MFC中土壤的電導(dǎo)率均呈現(xiàn)了降低的趨勢(shì)，尤其是砂粒摻入后的土壤更低。通過將土壤的電導(dǎo)率與摻入的砂粒量進(jìn)行擬合后，看出土壤的電導(dǎo)率隨著砂粒含量的增加而降低，相關(guān)性顯著，R2=0.69，p=0.04［見圖3.7（b）］。與原始土壤的電導(dǎo)率［（1.99±0.09）mS/cm］相比，CK［（1.52±0.03）mS/cm］、LS［（1.40±0.19）mS/cm］、HS［（1.10±0.19）mS/cm］的電導(dǎo)率分別下降了24%、30%、45%。但是土壤電導(dǎo)率的下降可能是微生物電化學(xué)的作用所致（例如金屬離子的沉淀），也可能是砂粒的摻入，將原先的土壤稀釋，降低了土壤中黏粒的含量所致，因?yàn)樯傲５碾妼?dǎo)率比黏粒低得多。

由圖3.8可以看出，與原始土樣（OS）相比，所有處理組（OC、CK、LS、HS）的土壤脫氫酶和多酚氧化酶活性均顯示為明顯降低。尤其是土壤脫氫酶的活性，與OS樣品相比，處理組下降了79%～86%。CK與OC的土壤脫氫酶活性差異不大，但是與其相比，LS和HS組的該酶活性又略顯降低。土壤的多酚氧化酶活性雖然沒有脫氫酶下降的幅度大，但是與OS相比也下降了41%～54%。與土壤脫氫酶活性類似，CK的多酚氧化酶活性微高于OC，但是差異仍然不明顯，可是摻入砂粒后該酶活性有所上升。與土壤脫氫酶活性不同的是，LS的多酚氧化酶略高于HS組。土壤的脫氫酶和多酚氧化酶活性都是石油烴生物降解的重要催化劑，處理組與對(duì)照組相比酶活性明顯降低，可能是由于土壤中的石油烴及其組分被降解。

6．土壤中石油烴的降解

經(jīng)過135d的修復(fù)，在被生物電流刺激后的土壤MFC中總石油烴（TPHs）的降解率得到明顯的提升，如圖3.9（a）所示。另外與CK組相比，摻入砂粒的土壤MFC中，石油烴的降解率被進(jìn)一步提高，并且總石油烴的降解率隨著砂粒摻入量的增加而升高。在混合土壤樣品（4層土壤樣品按質(zhì)量比例1∶2∶2∶1混合）中，HS組的總石油烴降解率為22%±0.5%，與OC（6%±0.3%）、CK（12%±0.4%）、LS（15%±0.1%）相比，增加了268%、84%、52%。對(duì)于各分層的土壤來說，總石油烴的降解率表現(xiàn)出了一致的趨勢(shì)，從大到小依次為第4層＞第1層＞第2層＞第3層。在整個(gè)土壤MFC中，第4層（5～6cm）和第1層（0～1cm）土壤中的總石油烴降解率占到了全部的40%［見圖3.9（b）］。

正構(gòu)烷烴中C17～C40占到了絕大部分，表明受試土壤為老化嚴(yán)重的石油烴污染土壤，如圖3.10所示。原始土壤（OS）樣品中34μg/g姥鮫烷和201μg/g植烷濃度也說明了其老化程度的嚴(yán)重性。對(duì)于不容易被微生物降解的長鏈烷烴（C17～C40），經(jīng)過生物電流刺激后，CK、LS、HS組的平均降解率分別為37%、45%、53%，與開路（OC）相比增加了23%、50%、77%。在混合土壤樣品中，HS組中的烷烴（C8～C40）總體降解率為54%±7.5%，LS為46%±8.5%，與OC相比增加了80%和53%。

在16種優(yōu)先控制的PAHs中，菲（PHE）、熒蒽（FLU）、芘（PYR）和（CHR）是含量處于前四位的芳烴，其含量加和占到了16種PAHs含量總和的71%±1%，如圖3.11所示。總體來看，芳烴的降解率隨著它們環(huán)數(shù)的增加而降低。因?yàn)榄h(huán)數(shù)較高的PAHs性質(zhì)較為穩(wěn)定、水溶性低等特性，導(dǎo)致它們?cè)诔Ｒ姷男迯?fù)技術(shù)下微生物可降解性相對(duì)較低。但是在生物電流刺激下，環(huán)數(shù)較高的PAHs也被有效地加以降解，例如二苯并［a，h］蒽（DBah）和苯并［g，h，i］芘（BghiP）在高砂組（HS）和低砂組（LS）的降解率分別達(dá)到22.5%±1.5%和16.5%±0.5%，是閉路對(duì)照組（CK，3%±2%）的7.5和5.5倍。苊烯（ACE）是16種PAHs中降解率最高的芳烴，在LS和HS組混合土樣中的降解率高達(dá)91%和82%。在混合土壤樣品中，16種PAHs的總體降解率在LS和HS中分別表現(xiàn)為50%和48%，與CK組相比，分別增加了19%和14%。

由土壤原位DO測(cè)定可知，砂粒摻入提升了土相表層（＜2cm）的DO濃度，也就是說在第1、第2層土壤中部分石油烴組分可能是被微生物的耗氧過程降解的。值得注意的是，與CK和OC組相比，LS和HS組土壤中的長鏈烷烴（C24～C40）和環(huán)數(shù)較高的芳烴（C20～C22，4～6環(huán)）被明顯降解。通常情況下，這些大分子的烴類較難被微生物有效利用，但在摻入砂粒的土壤MFC中卻被有效去除，可能是較大生物電流的刺激作用強(qiáng)化了土著降解微生物的活性所致。

7．微生物群落結(jié)構(gòu)

從圖3.5中可看出，水相中的DO能明顯影響土相表層（第1層土壤）的厭氧環(huán)境，從而影響第1層土壤中的微生物群落結(jié)構(gòu)及其功能。因此，我們選擇第2層土壤作為遠(yuǎn)離活性炭空氣陰極的代表，第4層土壤作為臨近活性炭空氣陰極的代表，以考察不同處理組中的微生物群落結(jié)構(gòu)的變化，從而反映其功能。在不同處理的土壤樣品DGGE圖譜中［見圖3.12（a）］，較明顯地可以觀察到第2層土壤與第4層的差異，說明了生物電流刺激影響了土壤中微生物的群落結(jié)構(gòu)。例如，條帶2、7、18、19、24和27在所有處理組的第2層土壤中能夠明顯地被觀察到，而在第4層土壤中條帶光密度卻顯得暗淡許多。尤其是條帶7、24和27，在閉路處理組（CK、LS、HS）的DGGE圖譜中，光密度明顯被增強(qiáng)，說明了生物電流的刺激效應(yīng)選擇性地誘導(dǎo)了某些特定菌群的生長。

采用Quantity One對(duì)DGGE進(jìn)行相似樹分析后，發(fā)現(xiàn)生物電流的刺激作用“主動(dòng)”將第2層與第4層土壤中的微生物加以“區(qū)分”，如圖3.12（b）所示。與第2層土壤相比，第4層土壤的生物多樣性指數(shù)（Shannon-Wiener指數(shù)，H）和均勻度指數(shù)（Uniformity EH）較高［圖3.12（c）（d）］。與生物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)相比，不同處理組的第2層與第4層土壤的豐度（S）差異相對(duì)較小［圖3.12 （e）］。摻入砂粒后的土壤（LS和HS組）中，微生物群落的生物多樣性指數(shù)和豐度與CK組相比均有所降低，而均勻度沒有發(fā)生較大的變化。

8．克隆測(cè)序

在LS和HS組第4層土壤樣品（臨近活性炭空氣陰極）的DGGE圖譜中，35號(hào)條帶的光密度被明顯增強(qiáng)，后經(jīng)切膠測(cè)序比對(duì)后，發(fā)現(xiàn)該菌與食烷菌（Alcanivorax）相似度為100%。而在第4層土壤樣品中石油烴及其組分的降解率恰好最高，因此我們猜測(cè)可能是由生物電流刺激了食烷菌的生長所致。第11號(hào)條帶經(jīng)過測(cè)序比對(duì)后，竟然與作為產(chǎn)電模式菌被廣泛研究的地桿菌（Geobacteraceae）相似度達(dá)98%，該菌很可能是構(gòu)建的土壤MER系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)電菌。此外，第14號(hào)條帶經(jīng)過測(cè)序比對(duì)后與一種與鐵、硫循環(huán)相關(guān)的菌相似度為98%，而該類菌種往往也參與土壤、沉積物中生物電流的產(chǎn)生。在克隆測(cè)序的24條帶中，比對(duì)后發(fā)現(xiàn)與屬于變形菌門的菌高相似度的有16條帶，并且88%屬于γ-變形菌門（Gammaproteobacteria），如表3.3和表3.4所列。值得注意的是，其中有10條帶測(cè)序比對(duì)后均與大腸桿菌屬（Escherichia）具有高度的相似性（99%～100%）。大腸桿菌作為厭氧環(huán)境中常見的一種革蘭氏陰性菌，屬于γ-變形菌門，是異養(yǎng)兼性厭氧型細(xì)菌。有研究指出，它可以通過自身分泌物（作為胞外電子傳輸?shù)闹薪轶w）將胞內(nèi)電子傳遞到胞外的電子受體（固體電極）上［21］。在本研究的受試土壤中，大腸桿菌是否“扮演”著產(chǎn)電菌的角色還是與地桿菌等產(chǎn)電菌協(xié)同共生，有待于進(jìn)一步研究證實(shí)。

土壤的性質(zhì)直接影響著其中微生物的群落結(jié)構(gòu)及功能，因此土壤MFC中第2層和第4層土壤中生物相的明顯差異可能是由生物電流刺激導(dǎo)致的土壤性質(zhì)變化所致，例如土壤pH值和DO值的變化。食烷菌（Alcanivorax，第35號(hào)條帶）在LS和HS組的第4層土壤中被明顯增強(qiáng)，從而促進(jìn)了石油烴的降解，尤其是長鏈烷烴（C24～C40）和高環(huán)PAHs（C20～C22，4～6環(huán)）這些通常難以被微生物降解利用的組分。可能是因?yàn)椋?/p>

① 生物電流刺激了土壤中石油烴降解菌的生長；

② 生物電流刺激了土壤中石油烴降解相關(guān)酶的活性（例如脫氫酶或者多酚氧化酶活性）；

③ 砂粒摻入后土壤孔隙度加大，從而物質(zhì)傳輸被提升；

④ 土壤pH值的升高增加了石油烴及其組分的生物有效性。從DGGE圖譜中看到第4層土壤的生物多樣性和均勻度均高于第2層，說明是生物電流刺激了土壤中微生物的生長，而不是DO的作用，因?yàn)榈?層土壤的DO基本已被消耗完［見圖3.5（a）］。同時(shí)，我們也發(fā)現(xiàn)LS和HS組土壤的生物多樣性和豐度均低于CK對(duì)照組，說明生物電流刺激作用選擇性地誘導(dǎo)了某些特定生物菌群的富集，而這些特定菌群推測(cè)可能是石油烴的降解菌或者與產(chǎn)電相關(guān)的菌種。在OC組的土壤中，第2層和第4層的生物相差異較大，但是在生物電流刺激作用下，CK、LS和HS組中的這種差異被緩解很多，說明生物電流對(duì)生物群落的演變存在一定的誘導(dǎo)作用，即使在遠(yuǎn)離活性炭空氣陰極的陽極附近也是如此。

四、小結(jié)

在土壤MFC中，摻入砂粒促進(jìn)了物質(zhì)的傳輸，主要是提升了質(zhì)子和DO的擴(kuò)散以及污染物的轉(zhuǎn)移；砂粒的摻入擴(kuò)充了土壤顆粒之間的孔隙，從而增加了土壤的總孔隙度，促進(jìn)了離子的傳輸，以致大大降低了土壤MFC的歐姆內(nèi)阻和電荷轉(zhuǎn)移內(nèi)阻；摻砂粒的土壤MFC性能高于CK對(duì)照組，其烴類的降解率和電能的產(chǎn)出均被增加；在生物電流刺激作用下，大分子的烴類同時(shí)也被有效降解，尤其是LS和HS組的土壤中長鏈烷烴（C24～C40）和高環(huán)芳烴（C20～C22，4～6環(huán)）被明顯降解；在土壤MFC中，生物電流選擇性地誘導(dǎo)了微生物群落演替的方向，并且刺激了某些特定菌群的生長。