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      鹽漬化土壤石油污染植物修復技術

      鹽漬化土壤石油污染植物修復技術

      近年來,人們對石油產品需求不斷增加,石油開采正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、運輸、加工過程中, 會不可避免造成鹽漬化土壤石油污染。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1000平方米至2000平方米估計,該地區石油污染鹽漬化土壤面積在2000 公頃以上。加上近年來濱海油溢事故頻發,石油污染物隨著潮汐進入灘涂,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、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,可通過食物鏈等途徑進入人體,威脅人類健康。同時,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,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已成為當前正在面臨的一重要生態環境問題。鹽漬化石油污染土壤,生態系統脆弱,修復難度大,利用鹽生(耐鹽)植物來進行治理是一條有效途徑。

      植物選擇

      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倍至38倍。

      利用堿蓬、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。引入鹽生植物是加快污染土壤修復進程的重要途徑,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、高效的修復植物,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。

      —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、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、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,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,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60g/kg,當石油含量低于30g/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。

      在溫室中用柴油污染的鹽沼沉積物模擬濕地環境,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160mg/g至320mg/g,濃度為40mg/g時,總石油烴剩余量明顯低于對照組,多環芳烴和烷烴的濃度分別為對照組的3%和15%。

      利用方法

      調節土壤中營養物質含量,提高土壤肥力,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。研究發現,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??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。在比較四種植物(黑麥草、苜蓿、高羊茅、油菜)單一種植和混種降解菲、芘能力時發現:混合種植土壤中菲、芘的降解率分別為98.3%至99.2%和88.1%至95.7%,明顯高于單一種植(菲、芘的降解率分別為97%至98% 和79.8%至86%),原因是植物不同的根系類型和分泌模式之間相互影響,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地擴散滲透。有些學者也得出了相反的結論,發現在人工培養箱和室外兩種條件下,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,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;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,微生物數量比無植物存在時提高1個至2個數量級;混合菌能適應更惡劣的環境,可承受的pH值低至6, 土壤脫氫酶的活性提高2倍至3倍。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,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。

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