石油污染土壤的生态风险评价和生物修复Ⅲ.石油污染土壤的植物—微生物联合修复

在对石油污染土壤理化性质和微生物数量研究的基础上,通过接种含石油降解菌的菌剂、添加营养、定期翻动以及栽种植物等方式对其进行了修复。试验表明,添加氮磷等营养后,土壤中的烃降解菌明显增加,石油降解速率显著加快,但接种菌剂以及定期翻动对降解率没有显著影响。在修复试验进行到120 d后,对部分处理进行了植物修复。试验表明栽种狼尾草后,土壤中石油降解速率显著加快,生物毒性明显降低。另外,试验结束后对土壤中的总DNA进行了提取和基于16S rDNA V3区的PCR-DGGE研究。结果表明,经过修复处理改变了土壤中优势细菌的群落结构,使土壤细菌多样性增强。     

石油污染土壤的生物修复技术研究

从炼油厂污水池底泥中驯化、分离、筛选,得到4种优势石油降解菌。采用摇床培养,研究了各优势菌和混合菌对石油烃的降解性能;采用黄豆、苜蓿和混合菌对石油污染土壤进行了植物-微生物联合修复试验。结果表明,4种菌和混合菌25天可将初始质量浓度为10000mg/L的石油烃依次降解74.36%、54.36%、78.19%、62.17%和83.73%;运行120天,苜蓿、黄豆试验田污染土壤中的石油烃减少46.83%和41.27%;外源混合菌的施加使两种植物的降解率分别提高到67.14%和56.92%。苜蓿或黄豆-土著微生物-外源混合菌联合修复石油污染土壤效果显著。     

玉米草（Zea Mexicana）与海藻寡糖联合修复石油烃污染土壤的研究

采用玉米草及海藻寡糖联合修复技术研究了石油污染土壤的修复效果,对修复过程中酶活性变化进行了测定,并采用变性梯度凝胶电泳（DGGE）技术测定了土壤中微生物群落的变化。结果表明,种植玉米草可以有效提高土壤中石油烃的降解,与对照相比石油烃降解率增加了11%;加入不同浓度海藻寡糖进一步增加了石油烃的降解效果,降解率最高达到28.6%。种植植物及加入海藻寡糖可以有效提高多酚氧化酶、脱氢酶及尿酶的活性。PCR-DGGE结果表明植物种植及海藻寡糖的加入增加了土壤中微生物数量,其微生物群落结构与未种植植物及修复前土壤相比发生了较大的变化。     

陕北石油污染土壤原位生物修复技术试验研究

为修复陕北石油开采区土壤中石油污染物,采用优化原位微生物菌群辅以物理和化学方法与微地质环境相结合的微生态技术,在试验区均匀加入了3%的优化菌群制剂,调控了土壤温度、含水量、氧和营养物质等,进行了土壤中石油污染物的降解与修复试验研究.试验结果显示,在试验区土壤中人为添加石油平均含量在2 121.5 mg/kg时,经过11～32 d原位微生态修复技术的修复,土壤中的石油含量降解率可达69.52%～88.11%,而对照区土壤中石油含量变化不大,降解率<20%,说明在自然条件下土壤中石油降解是缓慢的.这个试验验证了地质微生态修复技术在陕北黄土区土壤石油污染修复的有效性,探索了推广应用的可行性.     

外源菌群及与植物联合修复华北中度石油污染土壤效果研究

为探讨不同微生物菌群对华北地区中度石油污染土壤的修复效果,在实验室模拟条件下分别进行优势外源石油降解菌群的筛选和优势菌群与植物联合修复试验。结果显示:4种外源石油降解菌群中,PDC-3菌群对中度石油污染土壤总石油烃(TPH,total petroleum hydrocarbons)去除率为84.07%,在各菌群中效果最优;该优势菌群与植物联合修复中度石油污染土壤比单独使用优势菌群修复可获得更好的效果,优势菌群与黑麦草联用及优势菌群与紫花苜蓿联用120 d TPH的去除率分别为91.58%和89.30%,修复后土壤中TPH含量均小于500 mg/kg;同时优势菌群与黑麦草联合修复在90 d即可去除89.32%的土壤TPH,相比选用紫花苜蓿可有效缩短修复周期;优势菌群对土壤TPH的去除起主要作用,其贡献率远高于土著微生物菌群或植物的贡献率;植物对土壤TPH去除的贡献率为4.09%～6.48%,且其作用主要发生在修复过程的中后期;优势菌群单独使用或与植物联合修复中度石油污染土壤120 d均可有效去除C10～C12及C22～C40石油烃组分,去除率为85.14%～100.00%;然而,C13～C21石油烃组分含量表现出阶段性的积累效应;除对土壤石油烃的去除作用外,使用优势菌群进行生物修复存在一定的调节土壤pH、增加土壤肥力,且有利于恢复修复后的土壤功能。     

两株真菌的分离及其在石油污染土壤修复中的作用

从石油污染的盐碱土壤中分离获得2株真菌,并对其生理生化性质进行初步研究。将2株菌扩大培养,制成混合菌剂,通过盆栽试验,以石油烃降解率、脱氢酶活性和土壤的微生物多样性等为指标,研究了不同剂量的混合菌剂对石油污染土壤修复的作用。结果表明,添加菌剂各处理的石油烃降解率、脱氢酶活性和微生物多样性明显高于对照;石油烃降解率随菌剂加入剂量的增大而提高,加入8%的菌剂,70 d石油烃降解率可达63%,是对照组的1.44倍。     

高羊茅和优良菌群联合作用降解陕北黄绵土中的石油烃

以长庆油田石油开采区的烃污染土壤作为供试土壤,以高羊茅为供试植物.从陕北石油污染土壤和污染泥浆中分别获得菌群 TJQ 和菌群 JQ1;用原油污染城市花园土,经过 90 天驯化获得菌群 JQ2,3 菌群中主要以细菌和真菌为主,放线菌较少.降解结果表明,与对照组相比,接种菌群 JQ1、JQ2 、TJQ 及其混合体使土壤中石油降解速率加快,30 天内石油烃去除率提高了13.8% ～ 25.4%,微生物 FDA 活性增长 2 ～ 3倍,其中 JQ1+JQ2 组合对石油降解幅度最大,30 天降解率可高达 35.36%.尽管供试土壤中 N、P 和有机质含量少,pH 偏碱性,土壤贫瘠,不利于植物生长,但高羊茅与各菌群及其混合体联合作用,在其出苗、生长的同时,能明显提高土壤中石油降解效率.与未种植高羊茅相比,30 天内,石油降解率最大可提高 14.4%,其中 JQ1+JQ2+高羊茅组合对土壤中石油烃降解幅度最大,30 天降解率最高达 49.81%.且根际微生物的数量也相应高出 1 ～ 2 个数量级, 微生物 FDA 活性高出 0.53 ～ 1.26 倍.     

假单胞菌Nwu1-mu对陕北石油污染土壤的生物修复作用研究

选用假单胞菌Nwu1-mu对陕北地区石油污染土壤进行生物修复。通过检测修复过程中土壤样品的菌体生长数量、脱氢酶活性、表面张力和石油烃及其组分降解率综合考察了菌株对石油烃类物质的降解作用。结果表明,在不添加营养物质的前提下假单胞菌Nwu1-mu在60d内对石油污染土壤中的石油烃类物质降解率达到了86.5%,尤其对石油烃中的C24～C28和〉C28组分有突出的降解效果;菌株产脱氢酶和表面活性剂显示出了良好的性能,在石油烃类物质的降解过程中均起着关键的促进作用。假单胞菌Nwu1-mu显示出的强大的生物修复潜力及其不依赖于外来营养源的特性,为黄土高原的土壤生态环境修复提供了新的解决思路。     

菌剂-菌根联合修复石油污染土壤的实验研究

植物根际是一个能降解土壤中污染物的生物活跃区。本文应用菌根修复技术对某污灌区石油烃污染土壤进行了处理。在污染土壤中种植玉米和黄豆,通过施加不同的菌剂,采取菌剂和菌根强化修复措施,在运行一个生长季节后,土壤中石油类污染物降解率可达53%~78%。本研究为该地区石油污染土壤的治理提供了有力的技术保证。     

盐渍化土壤中土著菌的石油烃降解潜力研究

自盐渍化地区（黄河三角洲）采集4种不同石油污染程度的土壤样品,从中筛选出高效降解石油烃的4个菌系和8个单菌株。分别以原油、柴油、烷烃和多环芳烃（PAHs）为底物进行培养,测定降解菌的生物量和降解率,研究其对不同底物的耐受浓度和降解潜力。结果表明,获得的石油烃降解菌为轻度嗜盐菌;不同菌株对不同底物的耐受浓度不同,混合菌系对不同底物的降解能力强于单菌株,对单一组分底物的降解优于复杂组分的底物;单菌株I-2、3、5、7能较好地降解PAHs并且对原油的降解能力高于柴油,单菌株I-1、4、6、8能够利用烷烃且对柴油的降解能力要比原油高;降解菌对柴油和原油的最高降解率分别可达78．4％和70．7％,对正十六烷和菲的生物降解率分别高达87．7％和88．1％,表现出较强的降解能力。研究结果表明黄河三角洲盐渍化土壤中土著菌对石油烃污染土壤具有较强的牛物修复潜力。     

油田废弃核桃壳滤料的污染物分析及其对土壤的影响研究

核桃壳滤料广泛应用于油田污水处理,每年因此产生大量的废弃核桃壳滤料,由于将其露天堆砌在地面上,滤料上的污染物在降水、风力、地表径流等的作用下发生迁移,直接影响到堆砌场地周边的土壤、大气、水源的质量。采用标准方法对油田废弃核桃壳滤料上的污染物组成进行分析的结果表明,主要污染物为原油、CaCO3和Cd2＋、Pb2＋重金属离子,污染物总含量较高,与原油组成相比,废弃核桃壳滤料上的芳烃含量增加较多,饱和烃和胶质有所减少。借助一维对流-弥散方程建立了模拟石油类污染物在土壤中迁移转化规律的数学模型,通过室内土柱实验确定模型参数,同时验证模型的准确性。将实验及模拟的结果相结合可知,该模型可以用来模拟石油类污染物在土壤中的迁移规律,符合y=y0＋A1exp（-x/t1）＋A2exp（-x/t2）规律。研究结果为油田废弃滤料对土壤环境的影响及治理提供了参考。     

不同土壤类型下重金属Cd对水稻剑叶光合特性和产量构成的影响

以杂交籼稻（K优818）为材料,设置不同Cd浓度水平,采用盆栽试验,研究了不同土壤类型下（潮土和水稻土）重金属Cd对剑叶光合特性和水稻产量及其构成的影响。结果显示,在3mg·kg-1浓度水平下,与对照相比,两种土壤类型下Cd处理均提高了水稻剑叶净光合速率（Pn）,其中潮土条件下Pn提高了6.4%;而当Cd处理浓度达到7mg·kg-1时,两种土壤条件下Pn均显著下降,其中水稻土条件下Pn与对照相比下降了13.8%。Cd在低浓度水平（1～3mg·kg-1）时,两种土壤类型下水稻结实率和单穗重均略有下降;但在高浓度水平（5～7mg·kg-1）下,水稻结实率和单穗重均显著下降（P〈0.05）。不同土壤类型下,Cd的毒害效应差异显著,相同处理水平下水稻土Cd对水稻Pn和单穗重的抑制效应显著高于潮土。     

广州市兽用抗生素的环境残留研究

畜禽废物中的抗生素可造成土壤及水体的抗生素污染,利用高效液相色谱及高效液相色谱-串联质谱分析了广州市代表性养殖场畜禽废物、施用畜禽粪土壤和鱼塘水中尼卡巴嗪、喹乙醇、四环素类、磺胺类、喹诺酮类、氯霉素类抗生素的含量。结果发现：猪粪、鸡粪中抗生素含量最高的均为四环素类,分别为123.76、14.59 mg.kg-1;含量最低的均为氯霉素类,分别为2.35μg.kg-1、0.08 mg.kg-1;小猪猪粪中抗生素的含量明显高于大猪。鱼塘水中抗生素含量较高的是四环素（5.16μg.L-1）与磺胺对甲氧嘧啶（4.78μg.L-1）,土霉素在所有样点中均未被检出。施用禽畜粪土壤中四环素类、喹诺酮类含量较高,分别为70.40、49.77μg.kg-1;磺胺甲基嘧啶、磺胺对甲氧嘧啶、磺胺甲噁唑、甲砜霉素、氯霉素、喹乙醇均未被检出。粪样中的抗生素可导致土壤和水体的抗生素污染,TCs、QNs和NCZ可能对生态环境和人类健康安全的威胁更大。     

六价铬污染土壤后形态变化及其对土壤脲酶活性的影响

采用室内模拟方法较为系统地研究了六价水溶态铬和总铬对土壤脲酶活性的影响。结果表明,六价铬进入土壤后,水溶态含量迅速降低,降幅随培养时间延长而减缓;水溶态铬含量与外源总铬的变化呈极显著正相关;六价铬抑制土壤脲酶活性,且脲酶活性与六价水溶态铬达到极显著负相关,揭示脲酶活性可作为土壤铬污染程度的指标之一;从土壤脲酶角度获得的红壤轻度和中度污染时临界浓度,土壤总铬和水溶态铬含量分别为17．07、85．37mg·kg-1和0．78、3．88mg·kg-1;随土壤肥力降低,土壤脲酶的ED10和ED50递减。     

桂林市菜地土壤和蔬菜铜含量及其健康风险

在桂林地区蔬菜和菜地土壤铜含量进行大规模调查基础上,评价其污染程度,并用THQ评估经食用蔬菜摄入铜的健康风险。结果显示,桂林地区菜地土壤铜含量范围、中值、算术均值和几何均值分别为11.69～348.8mg·kg-1和27.41、34.62、29.43mg·kg-1,与桂林市土壤背景值相比,桂林市菜地土壤铜没有明显的积累;桂林地区蔬菜铜含量范围和平均值分别为0.032～3.530mg·kg-1和0.324mg·kg-1,与其他城市蔬菜铜含量相比,桂林地区蔬菜铜含量处于较低水平,通过蔬菜摄入铜的健康风险小。蔬菜对铜的富集能力以辣椒最高,因而其抗污染能力较差,白菜、包菜和萝卜对铜的富集能力最低。     

北京城郊污灌土壤-小麦（Triticum aestivum）体系重金属潜在健康风险评价

为探讨城郊污灌土壤-小麦体系中重金属Cu、Cd、Cr、Pb和Zn的迁移富集特征及潜在健康风险,选取北京城郊污灌区24块代表性小麦（Triticumaestivum）样地,运用高分辨电感耦合等离子体质谱仪（HR-ICP-MS）测定了土壤及小麦籽粒中消解态Cu、Cd、Cr、Pb和Zn含量。结果表明,污灌土壤中Cu、Cd、Cr、Pb和Zn的均值含量分别为26.51、0.24、101.29、28.04mg.kg-1和85.59mg.kg-1,高于北京土壤元素背景值,已出现积累现象;小麦籽粒中5种重金属含量顺序为Zn（52.38mg.kg-1）〉Cu（6.09mg.kg-1）〉C（r4.62mg.kg-1）〉Pb（0.17mg.kg-1）〉Cd（0.04mg.kg-1）,其中Cr、Zn含量超出国家标准限值,食品安全需引起关注。在以污灌区小麦粉为主要食源条件下,健康风险评价显示：北京城郊污灌区单一重金属风险系数（HQ）尚未达到显著水平,但是郊区成人和儿童的5种重金属综合健康风险均大于1,4种不同人群的风险系数（HQ）和风险指数（HI）有相同的影响顺序,即郊区儿童〉郊区成人〉城区儿童〉城区成人;5种重金属中,Cr所占风险比例最小,由Cu和Zn所引起的健康风险所占比例最高。表明对北京城郊污灌区小麦籽粒主要消费区域和流通渠道以及由此引发的居民（尤其郊区儿童和成人）重金属健康风险需要予以关注,预防食品安全危害的发生。     

石油对翅碱蓬生长及生理特性的影响

通过盆栽试验,测定不同石油浓度下翅碱蓬的生长生理指标及土壤中石油含量的变化,研究石油对翅碱蓬萌发、生长、生理特性和抗氧化酶系统的影响及翅碱蓬对土壤中石油的降解。结果表明,随着石油含量的升高,翅碱蓬种子发芽率、苗高、苗重和苗中叶绿素、粗蛋白含量逐渐下降,电导率上升,石油浓度在5000mg.kg-1以上,影响显著。石油对翅碱蓬糖的合成有明显抑制作用。当石油浓度为1000~5000mg.kg-1时,翅碱蓬抗氧化酶能够快速、长效地提高活性来抵御逆境,使其不受到伤害或减轻伤害,可溶性蛋白保持在高水平;当石油浓度达到10000mg.kg-1时,抗氧化酶系统迅速作出反应,酶活性急剧提高,但因毒性超出了其可以承受的范围,而无法维持较长时间,随后会降至对照组以下,同时可溶性蛋白也急剧下降,仅为对照组的9。石油浓度为1000~5000mg.kg-1时,石油去除率在63.53~83.21,达到10000mg.kg-1时,则下降到40.14。     

生物质炭和氮肥配施对菠菜产量和硝酸盐含量的影响

施用生物质炭是提高作物产量和氮肥利用效率的潜在有效措施。以菠菜为供试作物开展盆栽试验,研究了生物质炭与氮肥配施对菠菜产量、组织中硝酸盐含量及养分（氮磷钾）含量的影响。生物质炭设3个水平：C0（0g·kg-1）、C5（5g·kg-1）和C10（10g·kg-1）,氮素3个水平分别为N0（0mg·kg-1）、N1（90mg·kg-1）和N2（120mg·kg-1）。试验结果表明,在N0和N1水平下,施用生物质炭显著提高了菠菜产量,增幅为16.6%～57.3%,而在N2水平下,生物质炭对菠菜产量无显著影响（P〉0.05）。同时,在N1水平下,与C0处理相比,C5和C10处理菠菜组织中硝酸盐含量分别增加了198.7%和233.4%;而在N2水平下,C5和C10处理的硝酸盐增幅分别为8.8%和46.3%。在不同氮素水平下,生物质炭的施用增加了菠菜对氮和钾的吸收,而对磷素吸收的影响不明显。总之,生物质炭与氮肥配施可以提高菠菜产量,明显增加氮肥当季利用效率。     

控制光照条件下添加SO_4~（2-）对水稻土中Fe（Ⅲ）还原的影响

为探讨光照和硫酸盐对微生物Fe（Ⅲ）还原的影响,在光照和光暗转换条件下,采用厌氧泥浆恒温培育方法分别在四川和天津2种石灰性水稻土中添加不同浓度硫酸盐溶液（20、50、800mmol·kg-1）,培养过程中定期测定土壤泥浆的Fe（Ⅱ）、叶绿素a含量和pH值。结果表明：光照条件下,添加20mmol·kg-1和50mmol·kg-1硫酸盐能减缓光照培养中因为蓝细菌光合作用放氧引起的Fe（Ⅱ）氧化反应,Fe（Ⅱ）氧化反应启动时间与对照处理相比延迟3～7d;蓝细菌在光照培养5d后开始迅速繁殖生长,叶绿素a增长速率表现为随硫酸盐浓度增大而增加,其最终含量在四川和天津水稻土中分别为20mg·kg-1和16mg·kg-1;800mmol·kg-1硫酸盐则完全抑制了Fe（Ⅱ）的重新氧化,且在整个培养周期中没有发现光合细菌存在。pH值变化呈现先微弱下降后升高的趋势,但始终维持在弱碱性范围内。当由光照转入避光培养后,Fe（Ⅱ）累积量又重新回升,增长速率表现为对照〉20mmol·kg-1S处理〉50mmol·kg-1S处理。表明光照并非直接影响铁还原微生物,而是通过光合微生物繁殖间接影响铁还原过程。     

模拟酸雨对冬小麦-大豆轮作农田土壤呼吸、硝化和反硝化作用的影响

为研究模拟酸雨对冬小麦-大豆轮作农田土壤呼吸、硝化和反硝化作用的影响,在农田进行随机区组试验,布设4个区组,每块区组随机设置4个模拟酸雨处理,分别为去离子水A1（pH=6.7）、A2（pH=4.0）、A3（pH=3.0）、A4（pH=2.0）。采用LI-8100开路式土壤碳通量测量系统对不同酸雨强度的冬小麦-大豆轮作农田进行土壤呼吸速率观测,并采用气压过程分离技术（BaPS）测定不同酸雨处理的土壤CO2产生速率、硝化速率和反硝化速率。试验结果表明,冬小麦田各处理间土壤呼吸速率无显著差异（P〉0.05）;大豆田高强度模拟酸雨A4处理明显抑制了土壤呼吸作用（P〈0.05）。就冬小麦-大豆轮作生长季而言,各处理土壤呼吸速率无显著差异（P〉0.05）,其平均土壤呼吸速率分别为（2.26±0.11）、（2.31±0.20）、（1.91±0.09）、（2.03±0.17）μmol·m-2·s-1。冬小麦田A1、A3、A4处理间土壤CO2产生速率、硝化速率和反硝化速率均无显著性差异（P〉0.05）。高强度模拟酸雨抑制了大豆田土壤CO2产生速率;大豆田A1、A3、A4处理的硝化速率测定均值分别为（191.6±36.1）、（261.6±36.3）μg·kg-1·h-1和（255.2±45.1）μg·kg-1·h-1,这3个处理的反硝化速率均值分别为（172.8±19.8）、（216.0±45.7）μg·kg-·1h-1和（216.3±44.6）μg·kg-·1h-1。研究表明,模拟酸雨强度升高未显著影响冬小麦田土壤呼吸、硝化和反硝化作用;高强度模拟酸雨（pH=2.0）降低了大豆田土壤呼吸速率和CO2产生速率,但对土壤硝化和反硝化作用有促进作用。