土壤中石油污染物行為特征及植物根際修復(fù)研究.pdf

1、我國(guó)干旱半干旱地區(qū)蘊(yùn)藏石油資源豐富，石油開(kāi)采量逐年攀升，然而在原油開(kāi)采、運(yùn)輸及加工過(guò)程中由于技術(shù)、管理及事故等原因，造成大量石油進(jìn)入環(huán)境給周圍土壤、水體帶來(lái)嚴(yán)重污染，使原本脆弱的自然生態(tài)環(huán)境更加惡化。由于干旱與半干旱地區(qū)氣候條件所限，土壤石油污染僅僅依靠土著微生物修復(fù)不僅周期長(zhǎng)而且效率低，只有通過(guò)微生物與植物聯(lián)合作用下才能達(dá)到良好的修復(fù)效果。
　　本文以干旱與半干旱地區(qū)土壤石油污染植物修復(fù)為主線，采用原位試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合的方法

2、，研究了石油在土壤系統(tǒng)中的揮發(fā)、吸附、解吸、自然降解等行為特征及石油污染物在土壤-植物系統(tǒng)中的遷移和降解特征，通過(guò)監(jiān)測(cè)土壤總石油烴含量（TPH）、植物生態(tài)指標(biāo)、土壤主要性質(zhì)指標(biāo)等，考察了不同植物對(duì)石油污染物的修復(fù)作用，利用氣相色譜質(zhì)譜技術(shù)研究了石油污染物在植物修復(fù)中的根際分泌物的分布特征，揭示了根際分泌物對(duì)石油污染物降解的協(xié)同作用。以根際土壤為研究目標(biāo)，分離、篩選獲得了高效石油降解菌，考察菌株降解石油的過(guò)程和效果。建立了石油污染的植物修

3、復(fù)技術(shù)方法，為土壤石油污染生物治理提供了科學(xué)依據(jù)。
　　主要研究成果及結(jié)論如下：
　　1、石油污染物在土壤、土壤-植物系統(tǒng)中的主要行為特征包括揮發(fā)、吸附、解吸、自然降解和遷移等。①石油污染物在粉質(zhì)壤土中的揮發(fā)行為可以用Elovich動(dòng)力學(xué)方程m=A+Blnt或一階動(dòng)力學(xué)方程m=m0e-kt描述。粗顆粒含量高、環(huán)境溫度高、土壤石油污染濃度大有利于石油污染物在土壤中的揮發(fā)；②石油污染物在粉質(zhì)壤土中的吸附行為可用拉格朗日二階動(dòng)力學(xué)

4、方程dqt/dt=k2(qe-qt)2較好得描述。石油污染物在供試土壤中的平衡吸附量大小主要取決于土壤中粘粒的含量，細(xì)顆粒含量高的土壤平衡吸附量大。土壤對(duì)石油污染物吸附為放熱過(guò)程，吸附過(guò)程自由能變（ΔG0）為負(fù)值，吸附過(guò)程能自發(fā)進(jìn)行，整個(gè)吸附體系中熵減（ΔS0）是吸附作用進(jìn)行的主要驅(qū)動(dòng)力。③石油污染物在粉質(zhì)壤土中的解吸行為特征可以用4參數(shù)2室一階動(dòng)力學(xué)方程qt/q0=Fr exp(-kr t)+Fs exp(-ks t)描述。動(dòng)力學(xué)分析

5、表明石油的慢解吸速率常數(shù)要比相應(yīng)的快解吸速率常數(shù)低2個(gè)數(shù)量級(jí)以上。25℃條件下渭河階地粉質(zhì)壤土、黃土臺(tái)塬粉質(zhì)壤土、陜北黃土高原粉質(zhì)壤土中的石油解吸率分別為43.08％、52.54%和34.60%。④石油污染物在粉質(zhì)壤土中的自然降解符合一階動(dòng)力學(xué)方程Ct=C0 exp（-kt），渭河階地粉質(zhì)壤土石油污染濃度為3000mg/kg時(shí)，降解速率常數(shù)最大，為1.689d-1，半衰期最短，為410天；黃土臺(tái)塬粉質(zhì)壤土石油污染濃度為10000mg/k

6、g時(shí)，降解速率常數(shù)最小，為0.984×10-3d-1，半衰期最長(zhǎng)，為704天。⑤石油污染物在土壤-植物系統(tǒng)中的遷移特征表現(xiàn)為：粗顆粒含量高的渭河階地粉質(zhì)壤土在三種石油污染濃度條件下，石油污染物均遷移到90cm以下的土壤中。較渭河階地粉質(zhì)壤土中細(xì)顆粒含量多的黃土臺(tái)塬粉質(zhì)壤土和陜北黃土高原粉質(zhì)壤土在污染濃度為3000mg/kg條件下石油污染物未穿透80cm土壤。種植紅三葉草的陜北黃土高原粉質(zhì)壤土各層石油污染物含量均比種植黑麥草各層高。⑥四種

7、供試植物修復(fù)后紅三葉草土壤中 TPH降解率最高，其余三種植物的降解率由高到低的順序?yàn)椋罕馑氡?、黑麥草和狗牙根。在植物修?fù)條件下，土壤中TPH降解率較空白對(duì)照提高了35-48%。
　　2、石油脅迫下植物根際分泌物研究：3000mg/kg石油污染下紅三葉草根際區(qū)的小分子有機(jī)酸、總糖和氨基酸的含量較7000mg/kg和10000mg/kg高。三種污染濃度條件下三種根際分泌物含量均較空白對(duì)照高。表明在低濃度石油脅迫下能夠促進(jìn)根際區(qū)小分子

8、有機(jī)酸、總糖和氨基酸的分泌，說(shuō)明植物在石油脅迫下做出積極的反應(yīng)。
　　3、根際石油降解菌篩選及降解特性研究：以土壤石油污染紅三葉草修復(fù)區(qū)根際污染土壤為石油降解菌菌源，分離得到10株石油降解菌，通過(guò)復(fù)篩獲得了4株高效降解菌，分別為SL-1、SL-3、SL-7和SL-9；通過(guò)對(duì)菌株形態(tài)觀察、結(jié)合生理生化特征研究和16SrDNA分子學(xué)鑒定，確定菌株SL-1、SL-3、SL-7和SL-9分別為動(dòng)性桿菌、藤黃微球菌、蠟狀芽孢桿菌、短小芽孢桿

9、菌；通過(guò)石油降解試驗(yàn)，建立了石油微生物一級(jí)降解動(dòng)力學(xué)模型，獲得了土壤中微生物降解反應(yīng)速率常數(shù)與半衰期等模型參數(shù)；采用氣相色譜/質(zhì)譜(GC/MS)聯(lián)合技術(shù)分析了菌群X6（即SL-1、SL-3、SL-7和SL-9）對(duì)石油的降解性能，結(jié)果表明：X6菌群為高效降解菌群，54天石油的降解率可達(dá)到90.50%，較空白對(duì)照提高了67.72%；隨著生物降解時(shí)間的延長(zhǎng)，石油組分中的正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴及環(huán)烷烴相對(duì)總量均呈減小趨勢(shì)，而芳香烴和其他醇類、醛和酸

10、類的相對(duì)含量增加。
　　4、土壤石油污染修復(fù)植物篩選：選擇適宜在干旱半干旱地區(qū)生長(zhǎng)的四種植物（紅三葉草、扁穗冰草、黑麥草和狗牙根）進(jìn)行土壤石油污染修復(fù)試驗(yàn)。通過(guò)監(jiān)測(cè)污染土壤中的TPH降解率、植物生長(zhǎng)性狀、土壤主要性質(zhì)、土壤和植物氮同位素等特征指標(biāo)，篩選出高效修復(fù)植物。利用紅三葉草對(duì)污染濃度為3000mg/kg的渭河階地粉質(zhì)壤土進(jìn)行修復(fù)，455天土壤中 TPH降解率可達(dá)94.52%，較扁穗冰草、黑麥草和狗牙根分別高13.82%、18