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土壤植物修復技術:鹽漬化土壤石油污染修復技術

關鍵詞:

近年來,隨著人們對石油產品需求不斷增加,石 油開采正在從內陸向沿海地區轉移,由于沿海地區鹽漬化土壤分布廣泛,在石油開采林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言、運輸、加工過程中, 會不可避免造成鹽漬化土壤石油污染林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言。以黃河三角 洲為例,鹽漬化土地面積占土地總面積的63%,其中高于0.8%的重度鹽漬化土地約占1/4。依據采油井污染范圍約在1 000~2000m2估計林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,該地區石油污染鹽漬化土壤面積在2000 hm2以上。加上近年來濱海油溢事故頻發,石油污染物隨著潮汐進入到灘涂林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,鹽漬化土壤污染面積不斷增加。石油組成成分復雜,主要有烷烴、環烷烴林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言、芳香烴、瀝青質及含氮、硫化合物等,其中多環芳香烴具有強烈的“三致”效應林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,可以通過食物鏈等途徑進入人體林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,威脅人類健康。同時林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,石油污染能夠導致土壤性質發生變化,引起碳氮磷等比例失調,保水性能大大降低林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,致使本已脆弱的鹽漬化土壤生態系統受到破壞。鹽潰化土壤石油污染問題成為當前正在面臨的一重要生態環境問題。


1 土壤石油污染修復技術

多年來,土壤石油污染問題一直是國內外研究的熱點,但大多數研究都是針對非鹽漬化土壤,忽略了鹽漬化土壤石油污染問題。隨著土壤鹽漬化程度增加,石油類污染物消減速度顯著降低,持久性明顯增強林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,研究發現當土壤鹽度由40dSm-1上升為200dSm-1時,石油在不同類型土壤中礦化速率降低了20%~44%m, 土壤中NaCl達0.23%時,微生物生長速率降低了 90%'污染物去除難度加大。同時,土壤含鹽量對土壤微生物群落功能基因多樣性也能產生極其顯著的影響氣可見,鹽漬化使石油污染土壤系統變得更加復雜,修復難度增加。

目前石油污染土壤修復技術主要有三大類:物理修復技術、化學修復技術和生物修復技術林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言。物理修復是根據土壤和污染物的性質,將污染物與環境進行隔離,以阻止其擴散,主要包括焚燒法、隔離法和客土法等m,其處理成本較高林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,容易造成二次污染?林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言;瘜W修復是利用污染物與氧化劑林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言、改良劑等發生化學反應,從而將其從土壤中去除,主要包括萃取法、化學氧 化法林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言、土壤洗滌法等,其工序復雜、費用較高林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,且易帶來一些新的土壤生態問題生物修復是利用植物、微生物的降解林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言、轉化及吸收作用,移除土壤中的石油類污染物,主要包括微生物修復、植物修復及植物-微生物聯合修復等。與其他修復技術相比,生物修復成本低、條件溫和林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言、無二次污染,已經成為治理石油污染土壤最具潛力的技術之1989年,美國阿拉斯加海域大面積石油污染成功生物修復被認為是生物修復發展的里程碑。

2 鹽漬化土壤石油污染修復策略及途徑

2.1 鹽漬化土壤石油污染微生物修復技術

自然界中廣泛存在著能降解石油烴的微生物林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,目前已經發現100多個屬林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言、200多個種這些微生物能利用石油作為其生長的碳源和能源。但非耐鹽微生物不適合在高鹽環境中進行污染修復,因此,開展石油污染鹽漬化土壤修復首先應篩選出高效耐鹽的降解菌株。具有耐鹽特性的大腸桿菌變異體,其耐鹽機制是通過增加細胞膜內K+和膜外表多糖的含量來維持細胞滲透壓平衡,在NaCl含量7.5%的條件下,其總石油烴降解效率是普通菌株的2.5倍。向4株能夠利用原油中不同組分的混合菌中植入耐鹽基因片段后,混合菌對高鹽環境 表現出顯著耐受性,5 d后,0.7 mol/L NaCl條件下石油組分中脂肪烴全部降解。選用4種具有耐鹽特性的微生物(枯草芽孢桿菌林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言、熒光假單單菌、糞鏈 球菌、熱帶假絲酵母菌作為生物強化菌劑,在小試模擬系統中修復石油污染鹽堿土壤林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,結果表明:生物強化處理修復效果更加顯著林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,總石油烴和多環芳烴降解率分別達到50.8%和69.2%,顯著高于未添加菌劑的處理,其降解率分別為40.5%和61.2%林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言。利用耐鹽微生物降解鹽漬化土壤中的石油污染物林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,修復效果往往不穩定林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,微生,群落之間的競爭林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,外界條件包括溫度林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言、濕度林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言、pH、土壤性質、營養物質等因素都會對修復效果產生影響。

2.2 鹽漬化土壤石油污染植物修復技術

據統計,約有1%的陸生植物能夠在鹽漬化土壤中生長,這為石油污染鹽漬化土壤植物修復提供了豐富的資源_。根系分泌物可以作為營養源促進土壤微生物生長,從而提高石油的降解效率,耐鹽植物鹽節木能夠在石油污染的阿拉伯灣高鹽岸邊自然生長,根際微生物數量是無植被地區的14~38倍林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言。利用堿蓬林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言、 補血草、中亞濱藜和蘆葦4種鹽生植物對石油污染鹽漬化土壤進行修復,植物種植后石油降解速率明顯加快,堿蓬、中亞濱藜根際土壤石油烴降解效率達96.5%,對石油組份進行分析,發現種植植物后大分子石油組分消減速度提高更快林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言。引入鹽生植物是加快污染土壤修復進程的重要途徑林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,但不同植物對石油污染物的耐性不同,修復效應差別很大,且土壤條件、石油組分等因素都會影響植物修復效果。因此,利用鹽生(耐勘植物修復石油污染鹽潰化土壤, 一要篩選耐鹽林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言、高效的修復植物林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,二要研究修復植物利用策略和途徑,以充分發揮其修復潛能。

2.2.1 耐鹽修復植物的選擇

—般認為,耐鹽修復植物應具備的條件有:污染物耐受能力強,生物量較高;根系發達,可以穿透較深的土層,耐受低氧環境,在實驗室內以發芽率為基礎研究21個科50種植物對煤油的耐受性,并將其分為強耐受林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言、較耐受和不耐受3個等級。研究發現:植物的耐受性具有種特異性,豆科、 十字花科、菊科林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言、禾本科植物對煤油耐受性依次降低; 單子葉植物主要表現為強耐受和較耐受性林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,雙子葉植 物在每個耐受等級中均有分布;與栽培植物相比,野生植物對煤油刺激更加敏感。以生物量和葉綠素為指標研究不同濃度石油對圓葉當歸的影響林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,發現其光合作用系統對石油組分有強大的耐受性,結果顯示:其對石油的耐受極限為60 g/kg,當石油含量低于30 g/kg時,石油對植物生長具有刺激作用,加之其生物量較大且中空根系結構可以改善土壤供氧條件,圓葉當歸可成功應用于石油污染土壤修復林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言。在溫室中用柴油污染的鹽沼沉積物模擬濕地環境林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,從植物莖密度、株高和生物量三方面研究鹽堿條件下不同濃度柴油污染物和燈芯草之間的關 系:燈芯草在沿海濕地對柴油的耐受極限為160~320 mg/g,濃度為40mg/g時,總石油烴剩余量明顯低于對照組林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,多環芳烴和烷烴的濃度分別為對照組的3%和 15%。

2.2.2 耐鹽修復植物的利用方法

調節土壤中營養物質含量,提高土壤肥力林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,是提高石油類污染物降解效率的有效途徑。實驗表明,向栽種狼尾草的土壤中加入氮、磷等營養元素后,土壤中烴降解菌數量顯著增加,石油烴降解速率明顯加快宋玉芳等M通過盆栽實驗,以污染水平、有機肥含量等為調控因子,探討生物修復礦物油和難降解有機物污染土壤的可行性林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言。研究發現林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,施用有機肥可使種植水稻和苜蓿的土壤中多環芳烴降解率提高,水稻根際土著細菌數量與有機肥量呈正相關。在利用堆肥和植物聯合修復黃河三角洲石油污染土壤時發現,當堆肥/污染土壤體積比為2/1,C/N比為 15/1時,總石油烴的降解效率最高;在堆肥的基礎上進行植物修復,堿蓬對總石油烴的降解效率達40%以上林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言??梢?,施肥對于解烴菌活性及耐鹽植物修復效率的提高具有重要作用。

不同種植方式會影響植物修復潛能。研究發現, 幾種植物混種能顯著提高植物修復能力林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言。在比較4種植物C黑麥草、苜蓿、高羊茅、油菜)單一種植和混種降解菲林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言、芘能力時發現:混合種植土壤中菲林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言、芘的降解率分別為98.3%~99.2%和88.1%~95.7%,明 顯高于單一種植(菲、芘的降解率分別為97.0%~98.0% 和79.8%~86.0分林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,原因是植物不同的根系類型和分泌模式之間相互影響林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,改變了根系生理特性,刺激根系 分泌物的產生和根際微生物的生長,提高了污染物的生物有效性,同時還可以改良土壤物理結構,使水分、 營養物質和微生物等更快更深入的擴散滲透。有些學者也得出了相反的結論,發現在人工培養箱和室外2種條件下,單一種植的草本植物較混合種植,土壤中石油烴降解效率要高林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,植物混種會阻礙土壤污染物的降解,原因可能是有些植物促生微生物的石油降解能力較差關;此外,不同植物之間的種間競爭也會對降解效率產生影響。

植物和微生物聯合修復會加速石油污染物的分解。在研究鹽沼植物海三棱薦草對石油污染灘涂中微生物影響時發現,植物存在情況下林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,微生物數量比無植物存在時提高1~2個數量級林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言;混合菌能適應更惡劣的環境,可承受的pH低至6, 土壤脫氫酶的活性提高2~3倍林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言。利用篩選出的耐鹽菌和鹽生植物聯合修復石油污染鹽堿土壤,發現同時添加菌劑和種植堿蓬的修復體系中林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,不僅土壤養分(總磷、速效氮、速效磷)含量最高,土壤中石油烴污染物降解率也最高,達34.5%,為對照體系的3.8倍。原因是微生物-植物在石油污染物降解方面具有協同作用,改善了土壤微生態環境,提高了污染物的生物可利用性,進而提高其生物降解效率。

3 結論與展望

鹽漬化石油污染土壤林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,生態系統脆弱,修復難度大林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,利用鹽生(耐鹽)植物來進行洽理是一條有效途徑。由于多年來人們將注意力集中在非鹽漬化土壤石 油污染問題的研究,對鹽漬化土壤污染問題關注較 少j目關的研究十分缺乏,具有高效石油修復能力的耐鹽植物報道很少,關于耐鹽植物修復石油污染土壤 的機制也缺乏深入系統的了解。鹽漬化石油污染土壤 修復的理論亟待深入研究林业-太阳成集团_太阳成集团-太阳成集团古天乐代言,為高效修復技術體系構建 提供指導和依據。


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