石油污染土壤的生物修复研究进展

对于石油污染土壤的修复,其生物修复具有环境友好、费用较低等特点,是最具应用前景的土壤修复技术。本文较全面地介绍了石油污染土壤生物修复的影响因素、石油污染土壤的生物修复技术,并对该领域今后的研究重点进行了展望。     

通气对石油污染土壤生物修复的影响

为了探讨石油污染土壤的生物修复的有效方法,本研究就通气对石油污染土壤生物降解的影响,在自制反应器中进行了为期50天的堆腐试验。结果表明,通气可为石油烃污染土壤中的微生物提供充足的电子受体,可保持土壤pH稳定,从而促进了微生物的生物活性,强化了它们对石油污染物的氧化降解作用。通过在反应器中,调控通气量使污染土壤中石油烃的降解率进一步提高,为石油污染土壤生物修复技术的应用奠定了科学基础。     

石油污染土壤中芳烃降解菌及邻苯二酚2,3双加氧酶的克隆

石油污染土壤中的芳烃降解菌是进行土壤修复的主要生物资源,本研究对某炼油厂附近土壤中的芳烃降解菌及邻苯二酚2,3双加氧酶基因进行了研究。结果表明,部分石油烃污染土壤中存在着大量的芳烃降解菌;对其中一个土壤样本中的邻苯二酚2,3双加氧酶基因进行克隆,获得了7个不同的邻苯二酚双加氧酶基因序列,序列分析表明这些基因可能来源于土壤中的假单胞菌,且该基因在土壤中的丰度与污染水平及芳烃降解菌的数量相关。可见,土壤中芳烃降解菌数量及降解基因的丰度和多样性,可以对石油污染土壤的生物修复进行监控并为生物修复提供丰富的微生物资源。     

植物对污染土壤修复作用的研究进展

利用植物修复污染土壤是一种被人们认为安全可靠的方法.植物修复技术不仅能修复被石油污染的土壤,而且对更多品种污染的土壤修复有效,植物降解高分子有毒化合物的基础是根际环境及根际微生物,与无植物土壤不同.对根际区微生物降解和转化有机化合物的研究,更多的集中于植物对杀虫剂和除草剂的降解.事实证明,生物修复污染土壤是一项实用性和有效性很强的技术.     

石油污染土壤修复技术研究进展

概述了目前国内外石油污染土壤常用的修复技术及其研究进展,综述了物理修复、化学修复,特别是生物修复技术的优越性,并针对国内外石油污染土壤修复技术研发和实际应用过程中存在的问题,提出加强研发污染土壤综合修复技术、完善修复工程设计、加大新型功能材料的开发和应用力度、加强分子生态学技术在污染土壤修复中的应用4项建议。     

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。     

植物和微生物修复石油污染土壤的研究进展

阐述了植物和微生物降解环境中石油污染物及PAHs的重要作用和最新进展。国内外大量实验室研究表明,不同植物和微生物(细菌、真菌和放线菌)联合修复石油污染土壤均得到了较为理想的效果,在某种程度上微生物菌群要优于单一菌株;土壤中植物根系与微生物形成根际效应对污染物的降解起到了促进作用;生物表面活性剂较合成表面活性剂具有更好的生态适宜性和石油污染土壤修复能力;土壤中多组分污染物共同修复虽处于起步阶段,其作用机理也有待进一步研究,但是,发展前景值得期待。目前该领域的研究仍存在一些问题有待解决:植物–微生物菌群降解石油污染物过程中,微生物菌群间协同和竞争机制及试验结果的可重复性尚需证实;实验室研究与大田环境条件的差异,使得目前的研究成果尚需田间试验的验证和支持;根据土壤类型和气候特点,研究极端(高含盐量;氮、磷等营养元素缺乏;低温)条件下的石油高效降解菌株/群,制备有效的便于大田应用的固体菌肥意义重大;同时在确定石油污染物对环境致害的限值的基础上,建立石油污染土壤评价体系也势在必行。     

基于风险的石油烃污染土壤环境管理与标准值确立方法

目前我国对石油烃污染土壤的环境监管十分薄弱,环境管理标准的缺位成为制约这类场地评价与修复问题的瓶颈。为此系统分析了国际上尤其是发达国家在石油烃污染土壤的环境管理方法以及标准制修订实践方面的相关动态,并结合评价指标选取、目标风险水平设定、标准取值和标准细分等方面对各相关国家的标准体系进行了比较研究,以期对我国石油烃污染土壤的环境管理与标准制订有所启发。     

石油污染土壤的生物修复研究

通过田间试验研究了玉米和向日葵两种植物对石油污染土壤的修复作用,考察了外源菌（OX-9）对植物修复的强化和协同效应,对“外源菌一植物”修复效果进行了初步评价。结果表明,在10000mg·k-1污染浓度下,150d玉米、向13葵试验区土壤中石油降解率分别为42．5％和46．4％,较对照区提高了100．5％和118．9％。外源节细菌的施加可使生物修复速度显著加快,150d“DX-9-玉米”和“DX-9-向日葵”试验区石油烃降解率分别达到72．8％和76．4％,较同期单独植物修复的降解率提高了71.3％和64．7％。500d各试验区土壤中石油烃降解率分别为95．5％、96．1％、97．6％和98．9％,土壤中石油烃含量均低于国家标准规定限量（〈500mg·kg-1）;土壤主要理化性质、生物群落分布、呼吸强度及植物不同部位中石油烃的残留量与对照无显著差异。结果表明：玉米、向日葵与节细菌对石油污染土壤的联合生物修复效果显著;经过两年修复,污染土壤恢复健康状态。     

石油污染盐碱土壤的淋洗施肥修复

采用淋洗施肥修复方法处理石油污染盐碱土壤,评价该修复方法对石油污染盐碱土壤的修复效果,并且采用最大或然数法和Biolog方法对土壤微生物数量和微生物群落水平生理特性进行研究。结果表明,经过182d的培养,淋洗施肥处理中油和脂的降解率分别比对照处理和施肥处理高（19.7±4.3）%和（13.8±3.4）%,土壤盐分去除率分别比对照处理和施肥处理高（66.5±2.9）%和（41.3±6.2）%,说明该处理是一种修复石油污染盐碱土壤的有效方式。淋洗施肥处理明显提高异养细菌、石油烃降解菌、烷烃降解菌和多环芳烃降解菌数量和土壤微生物活性,促进了微生物对土壤中油和脂的降解。此外,淋洗施肥处理提高了土壤微生物Shannon多样性指数和Simpson指数,促进了微生物种群的稳定,这暗示着土壤微生物种群正在逐渐恢复。     

若尔盖湿地潜在蒸散时空动态特征及影响因子

潜在蒸散(ET0)对水资源评价和气候变化均具有重要意义。利用若尔盖湿地及其周边19个气象站1960—2015年逐日气象资料,根据辐射修正的Penman-Monteith模型计算了湿地潜在蒸散量,采用累积距平、Mann-Kendall检验、Pettitt检验、Theil-Sen趋势度、Hurst指数等方法分析了蒸散变化规律,并对蒸散影响因子进行了主成分分析。结果表明:(1)若尔盖湿地年ET0均值为625.3mm,并以4.89mm/10a的速率显著上升(p<0.01),四季ET0表现为夏季>春季>秋季>冬季。年、秋、冬ET0分别在1968年(p<0.01),1997年(p<0.01),2003年(p<0.1)突变上升,春、夏两季未出现突变。(2)湿地年均ET0呈南部、东部边缘高、西北—东南一线较低的空间分布特征,且变化速率由东北向西南递减,其中西部班玛以北及南部马尔康、黑水之间地区ET0呈缓慢下降趋势。(3)湿地年ET0的Hurst指数在0.56～0.91间,主要呈四周高、中部低的空间分布规律。未来湿地ET0变化趋势以持续性增加为主,面积比例为96.88%。(4)气温上升是引起湿地ET0增加的最主要原因,其次是日照时数的增加和相对湿度的降低。净辐射、风速和降水量的减少引起的ET0减少被气温等其他因素作用所抵消。     

γ-聚谷氨酸对土壤结构、养分平衡及菠菜产量的影响

通过盆栽试验研究了土壤增施γ-PGA(0.1%,0.2%,0.3%,0.4%)对土壤团聚结构、土壤养分平衡、菠菜产量与经济效益的影响。结果表明:随γ-PGA施量增加,水稳性团聚体(WR0.25)、平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)均显著增大,而团聚体破坏率(PAD)与分形维数(D)均减小,说明γ-PGA对改善土壤团聚结构具有显著的效果;随γ-PGA施量的增加,菠菜对氮、磷、钾的吸收量减少,土壤养分残留量与盈余量增加,养分表观损失量减小;5组处理中,0.1%施量的土壤养分平衡状况最优,0.4%施量对作物养分吸收与土壤养分的平衡产生负效应;菠菜产量及经济效益均随γ-PGA施量增加而显著减小,0.4%施量时较未施γ-PGA减产42.98%;菠菜经济效益拟合结果表明γ-PGA在0～0.1%施量范围内菠菜获利高于不施加γ-PGA处理。综上,0.1%施量对改善土壤结构与养分状况、促进作物增产及作物养分吸收效果较优,这对进一步将γ-PGA应用于实际生产中提供了理论参考。     

西南岩溶区水土保持生态效应指标体系与定量评价

西南岩溶区是我国水土流失重点治理区,但对于其治理的生态效应尚缺乏一套科学客观、简单可行的快速评价方法。通过将数据统计分析结果与专家经验判断相结合,构建了西南岩溶区不同尺度下水土保持生态效应评价指标体系,并提出了综合量化模型。实例研究表明:该评价方法兼顾科学性和实用性,能对西南岩溶区坡面、小流域和区域尺度的水土保持生态效应进行快速的量化评价,可为今后西南岩溶区水土保持生态效应的监测与评价提供参考依据。     

基于线性混合模型的滨海盐碱土盐分空间变异性研究

准确的土壤盐分空间变异信息是防治土壤盐碱化和制定科学种植规划的重要依据。本文根据电磁型近地传感器EM38测定的土壤表征电导率(EC_a),研究有限最大似然法(REML)在地统计建模趋势去除中的应用,基于线性混合模型将趋势与残差分离,然后利用泛克立格开展海涂围垦区水稻田土壤盐分的空间变异性研究。结果表明,本研究区土壤盐分存在强烈的空间变异性且呈一定的空间分布趋势;REML方法拟合的二次多项式模型可较好的表征土壤盐分的空间分布趋势,在去除趋势的同时,选用指数模型对残差的半方差函数进行拟合;基于泛克立格插值的交叉检验结果可见,该方法可得到较小的预测误差,且标准离差比平均值参数接近理想值,REML方法大大提高了模型的精度;就地统计空间插值结果可看出,土壤盐分呈出从西北角向东北角、从周边向中心渐变的空间分布特征,且与土壤排水条件表现出较好的耦合性。     

不同年龄杉木林MB-P的调控因子

选取会同县不同林龄(3年生、8年生、18年生、26年生)杉木人工林为研究对象,测定其土壤全磷(TP)、有效磷(Bray1-P)、微生物量磷(MB-P)、无机磷和有机磷组分,利用逐步回归分析和通径分析揭示各土壤磷素因子和理化因子对MB-P影响较大的优势因子。结果显示:(1)4种不同林龄杉木林土壤MB-P含量的平均值为6.90mg/kg。TP和Bray 1-P含量的平均值分别为320.71mg/kg,1.77mg/kg,均属低水平。(2)不同龄林各因子对MB-P的影响:3年林,Bray 1-P,Al-P对MB-P的影响较大;8年林,N/P,LO-P、土壤含水率(W)、MRO-P对MB-P影响突出;18年林,Fe-P,N/P,AlP,Bray 1-P对MB-P的作用明显;26年林,Fe-P,TP对MB-P的影响较大,Ca-P,pH,P%,MLO-P直接或间接地对MB-P产生较大影响。综上,不同林龄各因子对MB-P的影响程度不同。     

基于GWR模型的河北省土壤水分空间分异研究

为研究环境因素对土壤水分空间分异的影响,利用2013—2017年SMOS Level-3土壤水分数据,选取降水、DEM、坡度、植被、地表温度为影响土壤水分的环境因子,对河北省土壤水分进行了空间自相关分析,建立了河北省土壤含水量与影响因子之间的地理加权模型,将GWR模型与一般线性回归模型对比,分析了影响因子在空间上对土壤水分作用的异质特征。结果表明:河北省土壤含水量具有空间异质性,集聚特征明显。GWR模型的拟合效果在拟合优度和空间分布上都远远优于OLS模型。GWR模型的拟合优度R2比OLS模型提高了43%,GWR模型对土壤水分影响因子的解释能力比OLS模型提高了34.6%,GWR模型的残差平方和、AIC值均远远小于OLS模型。研究区影响因子对土壤水分的作用参数具有空间分异特征,影响因子的作用程度也不同,DEM影响最大,其次是坡度、地表温度、降水、NDVI。各因子在空间上对土壤水分既有负向又有局部正向的作用,但在大部分范围里都呈负向影响。研究成果对研究区的精准农业发展、水土保持利用和生态建设具有重要意义。     

控释肥、普通肥分层施肥对氮磷钾养分迁移的影响

为了研究不同分层施肥对养分迁移的影响,通过土柱淋洗试验,以混施(肥料撒施后翻耕)为对照,设置不施肥、普通尿素和控释尿素分别与磷钾肥掺混后进行1层(深度5cm)、2层(5,10cm)、3层(5,10,15cm)施肥处理,研究不同分层施肥处理对养分淋洗总量、肥料养分淋洗率的影响。结果表明,普通肥分层施肥的无机氮淋洗总量显著低于对照,其中3层施肥处理最低,且显著低于其他各处理;控释肥各分层施肥处理无机氮淋洗量总体低于控释肥混施,但未达显著水平;各分层施肥处理对有效磷的总淋洗量无显著影响;普通肥3层施肥处理速效钾淋洗总量最高,且显著高于普通肥混施,而控释肥分层施肥中速效钾淋洗总量也是以3层施肥处理最高,且显著高于控释肥1层施肥。不同分层施肥对肥料养分淋洗率表现出较大差异,普通肥混施处理氮淋洗率为9.9%,普通肥1层、2层、3层处理淋洗率分别为6.31%,4.91%,2.70%,分层施肥各处理淋洗率均显著低于混施处理,控释肥混施处理淋洗量为3.28%,控释肥1层、2层、3层处理淋洗率分别为1.48%,2.00%,2.63%,分层施肥处理淋洗率均低于混施处理,但未达显著水平;普通肥分层施肥处理磷肥损失率为0.03%~0.05%,而控释肥分层施肥处理磷肥损失率为0.07%~0.08%,均未达显著水平;普通肥分层施肥处理中混施钾肥淋洗率为0.35%,1层、2层、3层施肥处理淋洗率分别为0.40%,0.49%,0.55%,其中3层处理淋洗率显著高于混施处理,控释肥混施处理钾肥淋洗量为0.24%,1层、2层、3层施肥处理淋洗率分别为0.20%,0.27%,0.37%,其中控释肥3层淋洗率显著高于混施处理。各处理pH总体为7.22~8.24,各次淋洗各处理间pH无显著差异,各处理电导率随着淋洗的进行出现显著的下降,第1次淋洗普通肥各处理电导率为7547.00~9360.00μS/cm,控释肥各处理电导率为5570.00~9370.00μS/cm,至第4次则分别下降为1985.67~2470.00μS/cm与1804.67~2576.67μS/cm。综上,普通尿素分层施肥无机氮淋洗总量显著低于肥料混施,以3层施肥最低;控释尿素各分层施肥无机氮淋洗量总体低于肥料混施,但差异不显著;各分层施肥对磷素总淋洗量无显著影响;普通肥3层施肥速效钾淋洗总量显著高于肥料混施;随着淋洗次数的增多,各处理淋溶液电导率均出现显著的下降,pH则不同程度上升。     

四种典型重金属污染对土壤吸附磷的影响

以空白土壤和人工制备的不同浓度铜、砷、镉和铅污染土壤为对象,研究了在不同pH值、温度和柠檬酸浓度条件下重金属污染对土壤吸附磷的影响,并对其进行了相关过程的等温和吸附动力学的机理分析。研究结果表明,空白土壤和As污染土壤吸附磷的等温吸附过程符合Temkin方程,Cu、Pb、Cd污染土壤吸附磷的等温吸附过程符合Freundlich方程,空白土壤和重金属污染土壤吸附磷的动力学过程均符合Elovich方程;重金属污染对土壤吸附磷有一定的抑制作用,抑制程度与污染物浓度呈现显著的正相关,且随外在环境因子的改变而不同。当重金属元素铜、铅、砷、镉的含量分别为200、80、25、0.8 mg kg^-1时:pH值为5时,重金属对土壤吸附磷抑制作用最小,土壤吸附磷量分别降低了30.18%、13.54%、30.74%、37.23%,其抑制作用程度为:Cd> As> Cu> Pb;土壤吸附磷量与温度呈现显著的正相关,温度变化为25~45℃时,土壤对磷的吸附量分别增大了17.14%~28.83%、6.72%~16.05%、8.68%~9.13%、10.30%~23.45%,同一条件下重金属对土壤吸附磷抑制作用程度为Cu> Cd> As> Pb;重金属污染土壤吸附磷量与柠檬酸浓度成负相关,柠檬酸浓度为50 mg L^-1时,土壤吸附磷量分别降低了19.87%、21.94%、23.18%、24.84%,相同柠檬酸浓度下其抑制作用程度为Cd> As> Pb> Cu。     

三种草本植物缓冲带对铜和铅面源污染的净化效果

为研究不同草本植物缓冲带对铜和铅面源污染的净化效果,选择早熟禾(Poapretensis)、黑麦草(Lolium perenne)和紫花苜蓿(Medicago sativa)三种草本植物在哈尔滨市某内河河段构建滨岸缓冲带试验样地。结果表明,以单种种植的方式构建的草本植物缓冲带均对重金属铜和铅有一定的净化效果。在三种植物的生长各阶段,紫花苜蓿缓冲带对重金属铜和铅始终保持最佳的净化效果;并且紫花苜蓿缓冲带对铜离子的径流、渗流平均去除率最高,分别为84.75%和88.20%;对铅离子的径流、渗流平均去除率最高,分别为94.95%和96.13%;三种植物体内重金属铜总积累量由高到低为:紫花苜蓿(283.07 mg)>黑麦草(157.14 mg)>早熟禾(57.39 mg);三种植物体内重金属铅总积累量由高到低为:紫花苜蓿(20.32 mg)>黑麦草(16.64 mg)>早熟禾(4.53 mg),紫花苜蓿对重金属铜和铅表现出较好的积累能力。因此,紫花苜蓿缓冲带对铜和铅面源污染净化效果最佳。     

土地利用和气候变化对嘉陵江流域水文特征的影响

以嘉陵江流域为研究区,通过模型校准与验证得到适宜于该流域的SWAT模型,在综合考虑土地利用和气候变化特征的基础上构建多种情景模式,模拟了不同情景下的主要水文要素。结果表明:(1)1985—2005年,流域林地减少,城镇和农村居民用地增加;草地和工业用地在上游减少,中下游地区增加;耕地在上游增加,中下游地区减少。流域总体呈暖干化趋势,上游地区水热条件的变化较中下游地区大。(2)与1976—1995年相比,土地利用和气候变化共同作用使地表径流增加,地下径流、土壤含水量、壤中流、实际蒸散发和产水量减少。其中,气候变化对流域水文过程的影响大于土地利用变化。林草地具有明显的水土保持作用,耕地在水土保持和水源涵养方面呈负贡献。RCP8.5情景下年平均产水量较RCP 4.5情景高,但长期来看,RCP 4.5情景对降低地表径流和实际蒸散发,增加地下径流、壤中流和产水量的作用优于RCP 8.5。(3)土地利用和气候变化对流域地表径流的影响较大,对中下游的影响大于对上游的影响。