黄河三角洲石油污染土壤的植物-微生物联合修复
多年来,许多科学工作者在石油污染的修复方面开展了大量的研究工作,但至今还很少有大规模成功修复的报道。如何最大限度地提高土壤石油类有机污染物的降解效果,构建高效、安全、实用的现场修复技术已成为国际上该领域研究的热点和难点。
黄河三角洲作为我国重要的石油生产基地,在石油的大规模开采、冶炼、运输和处理过程中,土壤石油污染问题日益突出。本研究通过对黄河三角洲高浓度石油污染土壤进行阶段式修复,系统阐述了石油烃的微生物高效降解和根际调控机制,初步构建了石油污染土壤植物-微生物联合修复系统。主要研究内容和结论如下:
通过室内模拟和现场堆制试验,初步构建了适合黄河三角洲石油污染土壤的最佳堆制体系。经过60天室内模拟堆制研究,土壤总石油烃的降解率可达80％,净降解率约为40％;经过150天的现场堆制,土壤总石油烃浓度可从7900-17900mg kg-1降至1400-3700 mg kg-1,土壤石油烃净降解率可达40％。
堆制过程中,堆体C:N为15:1时,室内模拟及现场堆制的处理效果最好。适宜的C:N在改善堆体通气性、促进微生物好氧代谢的同时,最大程度的为土壤石油烃降解菌提供营养和共代谢物质,促进堆制系统中微生物活性和数量的提高,使其发挥最大的降解潜能。研究发现,在室内堆制第3天至第18天,堆体温度维持在40-50℃,此时土壤石油烃降解速率较快,土壤总石油烃平均日降解速率最高可达300 mg kg-1 d-1;在野外现场堆制的前30天,各处理堆体土壤中石油烃降解菌数量迅速增加,尤其是C:N为15:1的堆体,其降解菌数量比对照堆体高7倍以上。另外,随着堆制的进行,堆体土壤pH由8.74降至7.68-8.23,这在一定程度上可减轻黄河三角洲石油污染土壤的盐碱化程度。
通过盆栽试验比较了田菁(Sesbania cannabina)、补血草(Limonium bicolor)、中亚滨藜(Atriplex Centralasiatica)、碱蓬(Suaeda glauca)和黑麦草(Loliummultiflorum)5种植物对堆制后土壤中石油烃的降解能力。植株生长90天后,5种植物根际土壤石油烃净降解率达到了23.8％-44.6％。通过相关性分析发现,植物根生物量(r=-0.816,n=10)、根系表面积(r=-0.869,n=10)、根体积(r=-0.900,n=10)、根际土壤石油烃降解菌数量(r=-0.647,n=12)与土壤中石油烃浓度呈显著负相关(p<0.05)。说明强大的根系系统可以拓展更多的土壤空间,增加根际微生物与污染物接触的机会;同时,也为根际微生物提供良好生存微域,提高了根际石油烃降解菌数量,促进了根际石油烃的高效生物降解。
同时,对堆制后的石油污染土壤进行了野外现场植物修复研究,选择了芦苇(Phragmites communis)、补血草(Limonium bicolor)、中亚滨藜(AtriplexCentralasiatica)和碱蓬(Suaeda glauca)4种黄河三角洲土著盐生植物,系统分析石油烃的根际降解过程及调控机制。植物生长90天后,碱蓬和中亚滨藜根际土壤石油烃净降解率最高,约为40％。经过180天的根际降解,碱蓬、中亚滨藜根际土壤石油烃浓度降至约400 mg kg-1。供试的4种植物根系参数有着明显不同,碱蓬根长、根表面积和根体积约是芦苇的4倍,其根际石油烃降解菌数量是芦苇的近6倍。
土壤石油污染修复程度和效率与石油烃污染物的生物可利用性有关,而污染物的生物可利用性在一定程度上会受到土壤孔隙结构的影响。通过对碱蓬根际土壤微孔结构的分析发现,与非根际土壤相比,根际土壤微孔数目显著减少,微孔表面积由6.31 m2 g-1减至5.03 m2 g-1,微孔体积由2.25 mm3 g-1减至1.72 mm3 g-1。根际土壤微孔的减少,可提高滞留在其中的有机污染物的生物可利用性,这可能是植物根际高效降解石油烃的一个重要机制。
碱蓬可作为黄河三角洲石油污染土壤修复的优先物种,构建的植物-微生物联合修复模式可以作为黄河三角洲地区高浓度石油污染土壤的高效修复技术加以应用和推广。
石油烃降解;根际降解;微生物群落;石油污染土壤;联合修复
中国海洋大学
博士
环境科学
王震宇
2011
中文
X53;X171.4
131
2011-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）