植物與微生物聯(lián)合修復(fù)土壤石油污染

1、植物-微生物聯(lián)合修復(fù)土壤石油污染目錄1我國(guó)的石油污染概況：錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。2 土壤石油污染危害：錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。3 土壤石油污染歷來(lái)修復(fù)技術(shù)及進(jìn)展：錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。3.1 微生物修復(fù)33.2 植物修復(fù)34植物與微生物聯(lián)合修復(fù)土壤石油污染：34.1 植物與微生物聯(lián)合修復(fù)土壤石油污染具體實(shí)驗(yàn)引用：44.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?4.1.2 方法44.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果44.1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論44.2 植物與微生物聯(lián)合修復(fù)土壤石油污染結(jié)合實(shí)驗(yàn)的理論分析：45植物-微生物聯(lián)合修復(fù)土壤石油污染技術(shù)展望：7參考文獻(xiàn)7植物-微生物聯(lián)合修復(fù)土壤石油污染（1.鄭州大學(xué)，河南鄭州10459）摘要石油污染土壤的生物修復(fù)技

2、術(shù)具有成本低、簡(jiǎn)便高效、對(duì)環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，正逐步成為石油污染治理研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景。介紹了我國(guó)的石油污染概況及生物修復(fù)技術(shù)在石油污染治理中的應(yīng)用，重點(diǎn)對(duì)石油污染土壤的微生物修復(fù)、植物修復(fù)、植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展及各自的優(yōu)點(diǎn)、局限性進(jìn)行了綜述，并提出了石油污染土壤生物修復(fù)技術(shù)研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。關(guān)鍵詞石油污染土壤微生物修復(fù)植物修復(fù)1我國(guó)的石油污染概況：我國(guó)作為石油生產(chǎn)、消費(fèi)大國(guó)，由于生產(chǎn)條件、環(huán)保技術(shù)等方面相對(duì)落后，石油污染問(wèn)題相當(dāng)突出。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)有機(jī)污染土壤面積約為0.2億hm2,其中石油污染占相當(dāng)比例。我國(guó)自1978年原油年產(chǎn)量突破1億t大關(guān)而成為世界十大產(chǎn)油國(guó)之

3、一以來(lái)，目前勘探開(kāi)發(fā)的油氣田和油氣藏已有400多個(gè)，年產(chǎn)石油污染土壤近10萬(wàn)t,累計(jì)堆放量近50萬(wàn)t。以油田為例，每口油井污染的土地面積為200500m2,全國(guó)共有油井20萬(wàn)口，由此造成的土壤污染可達(dá)8000萬(wàn)m2,這一數(shù)值每年還在增長(zhǎng)中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年有60萬(wàn)t石油經(jīng)跑、冒、滴、漏途徑進(jìn)入環(huán)境，對(duì)土壤、地下水、地表水造成污染。止匕外，污灌也是造成土壤石油污染的原因之一，如沈撫灌區(qū)污灌面積達(dá)0.87萬(wàn)hm2,全國(guó)類(lèi)似農(nóng)田有10萬(wàn)hm2,致使農(nóng)作物中污染物嚴(yán)重超標(biāo)，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量低下，同時(shí)也造成了嚴(yán)重的地下水污染。隨著石油開(kāi)采和使用量的增加，大量的石油及其產(chǎn)品進(jìn)入環(huán)境，不可避免地對(duì)環(huán)境造成了污染，

4、給生物和人類(lèi)帶來(lái)了嚴(yán)重危害。2土壤石油污染危害：1）80%Z上的落地原油被截留在50cm以上的表層土壤中，逐漸積累導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞，影響土壤通透性并對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)和發(fā)育造成很大的負(fù)面影響。2）同時(shí)，石油類(lèi)污染物還可以通過(guò)根系吸收后殘留在植物體內(nèi)，通過(guò)食物鏈影響人體健康。20世紀(jì)80年代以來(lái)，土壤的石油姓:類(lèi)污染成為世界各國(guó)普遍關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題。3土壤石油污染歷來(lái)修復(fù)技術(shù)及進(jìn)展：有蒸汽法、抽氣法、有機(jī)溶劑法、水力沖洗法、氧化法、熱處理法、微生物法、植物法等修復(fù)技術(shù)。其中，天然微生物的生物降解作用已成為消除環(huán)境中石油爛類(lèi)污染的主要機(jī)制。3.1 微生物修復(fù)微生物修復(fù)是研究最多、應(yīng)用也最為廣泛的一種生物

5、修復(fù)方法。由此產(chǎn)生一系列生物修復(fù)技術(shù)如土耕法、生物通氣法、預(yù)制床法、堆肥法、生物反應(yīng)器等。微生物修復(fù)技術(shù)是利用土壤中的土著菌或向污染土壤中接種選育的高效降解菌，在優(yōu)化的環(huán)境條件下，加速石油污染物的降解。國(guó)內(nèi)外許多研究者對(duì)石油污染土壤的微生物降解原理、影響因素、降解菌篩選等方面進(jìn)行了大量研究。例如林力等分離出159株燒降解細(xì)菌和真菌，其中17株可以不同程度地分別利用燒爛和芳爛（酚、蔡、甲苯和二甲苯）作為唯一碳源生長(zhǎng)。美國(guó)DGI公司的一項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)就是利用混合菌群來(lái)促進(jìn)石油爛類(lèi)的生物降解。到目前為止，已知能降解石油中各種姓:類(lèi)的微生物共約100余屬、200多種，它們分屬于細(xì)菌、放線菌、霉菌、酵母以至

6、藻類(lèi)。降解爛類(lèi)的微生物在土壤和水環(huán)境中普遍存在，但在一般情況下，降解姓:類(lèi)的微生物只占微生物群落總數(shù)的不到1%,而當(dāng)有石油7染存在時(shí)，降解菌的比例可增加到10%10。修復(fù)的效果主要取決于微生物在不同污染生態(tài)系統(tǒng)中的存活與性能，其生長(zhǎng)限制因子包括與其他微生物的競(jìng)爭(zhēng)、土壤環(huán)境條件等。3.2 植物修復(fù)植物對(duì)有機(jī)污染土壤的生物修復(fù)作用主要表現(xiàn)在植物對(duì)有機(jī)污染物的直接吸收、植物釋放的各分泌物或酶類(lèi)促進(jìn)有機(jī)污染物生物降解及強(qiáng)化根際微生物的礦化作用等方面。止匕外，植被也可以有效改善土壤條件、增強(qiáng)土壤透氣性，從而提高降解效率。如Martinczz等用Cypcruslaxus處理石油污染土壤已進(jìn)入中試階段，他們

7、認(rèn)為在一定濃度范圍內(nèi)植物修復(fù)能取得很好效果，但如果濃度過(guò)高，就必須進(jìn)行預(yù)處理。Dowty等篩選出2種植物（P.hc-mitomon和S.lancifolia）用來(lái)處理濕地石油泄漏污染，發(fā)現(xiàn)前者短期處理效果好，而后者長(zhǎng)期效果更好。利用植物修復(fù)土壤中的燒爛和單環(huán)芳香化合物BTEX（苯、甲苯、乙苯及二甲苯的異構(gòu)體）比較成功的是楊樹(shù)、柳樹(shù)和紫花苜蓿等2527。楊柳科的植物，尤其是楊樹(shù)屬,可大量去除土壤有機(jī)污染物。基因改良的紫花苜?？赡褪芨邼舛鹊脑臀廴?。Re1116y等31研究了酥油草、苜蓿、蘇丹草和三葉草對(duì)石油污染土壤中PAHs的降解，發(fā)現(xiàn)在種植植物時(shí)慈和昆的降解率有顯著提高，他們認(rèn)為一方面是由于根

8、際效應(yīng)增加了根際微生物的數(shù)量，另一方面是因?yàn)楦捣置诘挠袡C(jī)物為微生物提供了共代謝底物。對(duì)于污染的農(nóng)田土壤，可選擇種植一些對(duì)石油姓:耐受性強(qiáng)又具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的綠化苗木、花卉及經(jīng)濟(jì)作物如篦麻等，以提高治理過(guò)程的經(jīng)濟(jì)效益。4植物與微生物聯(lián)合修復(fù)土壤石油污染：隨著研究的不斷深入，石油污染土壤的治理方法已由最初的細(xì)菌修復(fù)拓展到真菌修復(fù)、植物修復(fù)及微生物-植物聯(lián)合修復(fù)。微生物能夠利用石油爛作為生長(zhǎng)所需的碳源和能源，并在酶的催化下將其水解成甘油、脂肪酸，最后降解為H20、CO2等代謝產(chǎn)物，可用下式表示：石油產(chǎn)品+微生物+02+宮養(yǎng)元素CO2+H20+副產(chǎn)品+微生物細(xì)胞生物量。降解過(guò)程可以由改變土壤理化條件

9、（包括土壤pH、溫度、濕度、通氣狀況及添加營(yíng)養(yǎng)）來(lái)完成，同時(shí)也可通過(guò)接種特殊菌株和工程微生物來(lái)提高土壤污染物的降解率。但純微生物方法修復(fù)緩慢，需要時(shí)間較長(zhǎng)，往往與植物方法聯(lián)合修復(fù)，輔以物理、化學(xué)方法，以微觀效應(yīng)改變宏觀環(huán)境，即為微生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、費(fèi)用低廉、場(chǎng)地適應(yīng)性強(qiáng)、無(wú)二次污染等特點(diǎn)，有廣闊的應(yīng)用前景。4.1 植物與微生物聯(lián)合修復(fù)土壤石油污染具體實(shí)驗(yàn)引用：4.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康难芯课⑸锷鷳B(tài)技術(shù)對(duì)中原油田石油污染土壤的修復(fù)效果。4.1.2 方法在前期室內(nèi)外模擬修復(fù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇中原油田某油井場(chǎng)旁石油污染場(chǎng)地，設(shè)置5種修復(fù)條件，開(kāi)展微生物生態(tài)技術(shù)修復(fù)石油污染土壤研究。4

10、.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過(guò)99d修復(fù)后，黑麥草（苜蓿）微生物聯(lián)合技術(shù)、純微生物技術(shù)和黑麥草（苜蓿）技術(shù)對(duì)石油污染土壤具有明顯的修復(fù)作用，其中的石油始降解率均在40.00%以上，以黑麥草微生物聯(lián)合技術(shù)修復(fù)效果最佳，石油始降解率達(dá)67.38%;修復(fù)過(guò)程中易溶鹽、NO3-、C1-等易溶營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)只有極小部分隨水而進(jìn)入下部土層（50cm）;由于苜蓿草的根部可能具有固氮作用，使加入的大量化肥進(jìn)入了土層下部，導(dǎo)致3和5號(hào)修復(fù)區(qū)50cm土壤層NH4+明顯增大。影響修復(fù)效果的因素包括溫度、水、氧氣、營(yíng)養(yǎng)元素、微地質(zhì)環(huán)境等。4.1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論原位微生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)在野外原位石油污染土壤修復(fù)效果是顯著的，具有處理方法

11、簡(jiǎn)單、費(fèi)用低、修復(fù)效果好、對(duì)環(huán)境影響小、無(wú)二次污染、可原位治理等優(yōu)點(diǎn)。4.2 植物與微生物聯(lián)合修復(fù)土壤石油污染結(jié)合實(shí)驗(yàn)的理論分析：植物與特殊的菌根真菌或根際菌群協(xié)同作用，增加對(duì)污染物的吸收和降解是一個(gè)很有價(jià)值的研究方向。目前這方面研究較少。植物-微生物聯(lián)合修復(fù)系統(tǒng)見(jiàn)圖1。M轉(zhuǎn)為9由帚X一微生物協(xié)同作用事降解污染物供管拉力總階式利用苜蓿草與微生物修復(fù)PAHs和礦物油污染土壤的研究表明，在植物生長(zhǎng)條件下，土壤微生物降解功能明顯增強(qiáng)。而一項(xiàng)以水稻為供試植物修復(fù)濕地土壤中礦物油和PAHs的研究表明,真菌和細(xì)菌接種量在不同污染水平上與礦物油和多環(huán)芳爛降解率存在最佳配比關(guān)系。Carman等利用柳樹(shù)修復(fù)威斯

12、康星州一塊被2跺油污染的土壤，主要是利用樹(shù)木根部的根際微生物促進(jìn)石油姓:的生物降解,24周后,40%90%勺柴油被降解。劉鵬等利用高效石油降解菌結(jié)合種植大豆、堿草等植物對(duì)石油污染土壤進(jìn)行聯(lián)合修復(fù)，135d后石油姓:的降解率達(dá)63.65%83.26%,同時(shí)發(fā)現(xiàn)根際土壤的石油爛含量明顯低于非根際土壤,研究表明，植物可以促進(jìn)根際微生物的繁殖及對(duì)污染物的分解轉(zhuǎn)化，進(jìn)而提高修復(fù)效率。菌根生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展為石油組分中難降解有機(jī)物的生物修復(fù)帶來(lái)了希望。很多經(jīng)過(guò)篩選的外生菌根真菌能夠轉(zhuǎn)化降解持久性有機(jī)污染物POPs）如多氯聯(lián)苯、殺蟲(chóng)劑、甲苯、PAHs等，植物與菌根真菌可以形成互利的共生體菌根，而菌根的存在可

13、以顯著提高植物的修復(fù)效率，G1。vann1等研究了菌根對(duì)挪威云杉修復(fù)石油污染地的效果及潛在效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)菌根真菌在云杉根部形成一個(gè)石油富集區(qū)，從而加速了石油的降解6。Leyva1等研究了韭蔥、玉米、黑麥草和三葉草接種菌根菌后對(duì)PAHs的降解，認(rèn)為菌根真菌不僅能增加寄主植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)和水分的吸收，提高其抗逆性，而且能增加有機(jī)污染物的生物有效性，提高植物對(duì)污染物的吸收效率及礦化率7。我們?cè)鴮?duì)篩選出的4種外生菌根真菌進(jìn)行了純培養(yǎng)條件下的柴油降解實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，這4種外生菌根真菌都具有很強(qiáng)的降解柴油的能力，同時(shí)，以有機(jī)氮作為氮源及提供少量葡萄糖作為啟動(dòng)碳源可大大提高其生物量及礦物油降解率，結(jié)果為應(yīng)用菌根技術(shù)修

14、復(fù)礦物油污染土壤及優(yōu)化降解條件提供了依據(jù)。研究表明，在高濃度（10000mg/kg）柴油污染土壤上，外生菌根真菌仍然可侵染植物形成菌根，菌根化植物的抗干旱、抗低溫能力明顯增強(qiáng)，第二個(gè)生長(zhǎng)季后某些組合可使土壤油濃度降至正常水平。在非共生條件下，如大豆、萬(wàn)壽菊、篦麻、苜蓿接種外生菌根真菌也可使植物降解率明顯提高。田間實(shí)驗(yàn)表明玉米、大豆與內(nèi)生或外生菌根真菌的聯(lián)合修復(fù)效果好于它們與專(zhuān)性降解菌的聯(lián)合修復(fù)效果，而外生菌根真菌與專(zhuān)性降解細(xì)菌的聯(lián)合修復(fù)效果則因植物而異。以上研究表明，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)闹参锱c微生物協(xié)同作用，可實(shí)現(xiàn)污染土壤的快速修復(fù)。但要達(dá)到預(yù)期效果，需要對(duì)污染物-植物-微生物相互之間的作用關(guān)系有深

15、入的了解，以便進(jìn)行有效調(diào)控。植物-微生物聯(lián)合修復(fù)同樣受土壤溫度、濕度、養(yǎng)分狀況等環(huán)境條件的影響（見(jiàn)表1）,成本相對(duì)較高，目前許多研究仍處在實(shí)驗(yàn)階段?？梢韵嘈?，微生物與植物修復(fù)技術(shù)的綜合用，將是今后污染土壤治理的一個(gè)頗有潛力的發(fā)展方向。表1微生物修復(fù)、植物修復(fù)及植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的比較優(yōu)點(diǎn)局限性微生物修復(fù)原位或異位修復(fù),成本低、處理形式多樣、可同時(shí)處理地下水土著菌修復(fù)效率低，接種外來(lái)菌會(huì)受到土著菌的競(jìng)爭(zhēng)而難以保持較高活性；微生物活性受溫度、氧氣、水分和pH等環(huán)境條件的影響；基因工程菌存在環(huán)境安全問(wèn)題植物修復(fù)原位修復(fù)，成本低、操作簡(jiǎn)單、能同時(shí)凈化空氣和水體、改善環(huán)境，特別適合于修復(fù)大面積、低

16、濃度污染土壤治理周期長(zhǎng)，效率較低；某些植物對(duì)土壤肥力、氣候、水分、鹽度、酸堿度排水與灌溉系統(tǒng)等自然條件和人工條件有一定要求，病蟲(chóng)害會(huì)影響其修復(fù)能力植物-微生物聯(lián)合修復(fù)原位修復(fù)，效率高，特別適合難降解有機(jī)物的生物修復(fù)。菌根化植物具有較強(qiáng)的抗逆性成本相對(duì)較圖,技術(shù)含量高，影響植物、微生物的因素均能影響修復(fù)效果5植物-微生物聯(lián)合修復(fù)土壤石油污染技術(shù)展望：生物修復(fù)技術(shù)一般適于治理中、低濃度土壤石油污染，對(duì)于高濃度石油污染則需要與物理、化學(xué)處理方法聯(lián)合使用，作為土壤修復(fù)的最后一個(gè)步驟，以減少成本和其他修復(fù)技術(shù)對(duì)環(huán)境的影響。目前，我國(guó)在該領(lǐng)域的研究主要集中于微生物修復(fù)，而植物修復(fù)和植物-微生物聯(lián)合修復(fù)方面

17、的研究還很少，別對(duì)植物-微生物聯(lián)合修復(fù)體系的協(xié)同修復(fù)機(jī)理及控制因素等還需進(jìn)一步深入研究。在基礎(chǔ)研究方面，除了篩選優(yōu)良的修復(fù)植物或微生物品種外，如何通過(guò)遺傳學(xué)、分子生物學(xué)手段進(jìn)一步提高生物的降解性能和環(huán)境適應(yīng)性，是目前面臨的重要課題之一。生物修復(fù)技術(shù)雖取得了一定成功，但目前仍存在很多問(wèn)題，制約著生物修復(fù)的效果，要使生物修復(fù)技術(shù)發(fā)展成為一項(xiàng)成熟的實(shí)用修復(fù)技術(shù)，至少還應(yīng)在以下方面進(jìn)行深入研究:(1)環(huán)境因子的選擇和調(diào)控，這是獲得高效處理效果的保證;(2)污染物降解過(guò)程監(jiān)測(cè)及生物修復(fù)運(yùn)行周期的確定;(3)優(yōu)良生物品種的選育及其活性的保持；(4)污染物及其代謝產(chǎn)物的生物毒性監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià);(5)應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技

18、術(shù)的安全性；(6)建立生物修復(fù)技術(shù)的統(tǒng)一評(píng)價(jià)程序和標(biāo)準(zhǔn);(7)根據(jù)污染土壤的具體狀況制定有針對(duì)性的治理方案，將生物修復(fù)技術(shù)與物理、化學(xué)處理方法有機(jī)組合，構(gòu)建高效的修復(fù)技術(shù)體系，以達(dá)到科學(xué)性、合理性和可行性的統(tǒng)一。參考文獻(xiàn)1陳鶴建.原油在土壤中的滲透及降解規(guī)律J.氣田環(huán)境保護(hù),2000,10(4):14-15.2陳立1,2,張發(fā)旺1*,張勝1,張娟娟3,張琳1,陳江1石油污染土壤的微生物生態(tài)原位修復(fù)研研A.土壤修復(fù)，0517-6611(2010)26-14573-03.地學(xué)前緣,2006,13(1):128.清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)3鐘毅，李廣賀，張旭，等.污染土壤石油生物降解與調(diào)控效應(yīng)研究1334張旭，李廣賀，黃巍.