（自然地理学专业论文）石油河老君庙段土壤石油污染及修复植物筛选研究.pdf

摘要 在甘肃玉门老君庙油田几十年石油开发历程中，由于生产、储存和运输造成 大量原油溢出和排放，使石油河老君庙段土壤石油污染极其严重。而该地一些植 物在石油污染环境中仍能茁壮生长，证明这些植物有很强的耐受石油污染能力。 本研究主要目的是分析该地土壤石油污染状况并筛选相应的土壤石油污染修复 植物，以助于治理和修复石油污染土壤、保护未污染土壤和水资源，为西北干旱 区环境保护和治理提供科学依据。 本文选择重量法和紫外法对石油河老君庙段不同地点石油污染土壤及其对 应生长植物中石油污染物含量和分布进行研究发现：石油河老君庙段土壤石油污 染严重，并存在向周围和深度迁移、扩散现象。土壤石油污染物含量，储油池最 高，其次是石油渗聚出露区，再次是豆腐台储油罐下剖面土壤，河床沉积物最低， 但都比延河沉积物石油污染负荷高得多。邻近污染源土壤中石油污染物含量高， 远离污染源土壤中石油污染物含量低。 白杨树下土壤随着剖面深度增加，石油污染物含量逐渐减少，而土壤粒级越 小石油污染物含量越高。芦苇和假苇拂子茅生长区，石油渗聚出露区2 号旁土壤 污染最严重，经过一定运移距离后，土壤石油污染物含量都减少，而芦苇生长区 减少幅度更大。 土壤石油污染物含量和土壤理化性质有一定关系。土壤总体石油污染物含量 和土壤有机质含量显著正相关；，白杨树之外的其他植物生长区土壤中石油污染物 含量与大于l m m 粒级土壤占全土比例显著正相关，和小于0 2 5m m 粒级土壤占 全土比例呈现负相关。 污染土壤对应植物全株石油污染物含量，最高的是芦苇，其次是白杨树，再 次为假苇拂子茅，最低为嵩草；植物、土壤石油污染物含量比，最高的是芦苇全 株，其次是白杨根部和全株，再次是假苇拂子茅全株，最后是嵩草全株。四种植 物石油污染物含量，根部都比茎叶高，根部为石油污染物主要吸收区。根部石油 污染物含量，芦苇最高，其次是白杨和假苇拂子茅，嵩草最少。可见，芦苇和白 杨是该地比较适合的土壤石油污染修复植物。 关键词：石油河老君庙段土壤石油污染修复植物筛选 a b s t r a c t d u r i n gd e c a d e s o fe x p l o i t a t i o ni nt h eg a n s uy u m e no i lf i e l d s ，t h ep e t r o l e u m h y d r o c a r b o n sh a v eb e e no v e r f l o w e da n dd i s c h a r g e db ya c c i d e n to ra b n o r m a lr u n n i n g i nt h ec o u r s eo fp e t r o l e u mp r o d u c i n g ，s t o r i n g ，t r a n s p o r t i n g ，r e f i n i n ga n du s i n g a sa r e s u l t ，t h e yh a v es e r i o u s l yp o l l u t e dt h es o i lo ft h el a o j u n m i a or e g i o na l o n gt h e p e t r o l e u mr i v e r d e s p i t et h ep o l l u t i o n ，t h e r ea r es o m ep l a n t si nt h ea r e at h a tc a ng r o w p r o f u s e l y t h e yh a v e as t r o n ga b i l i t yi nb e a r i n gp e t r o l e u mp o l l u t i o n t h i sp a p e r a n a l y z e dt h es o i lp e t r o l e u mp o l l u t i o na n ds e l e c t e dp l a n t sw h i c hw e r eb e s tf o rs o i l r e m e d i a t i o n t h i sh a sc o n t r i b u t e dt ot h er e h a b i l i t a t i o no fp o l l u t e ds o i l ，w h i l ea l s o p r e s e r v i n gv i r g i ns o i l a n dw a t e r , c o n t r i b u t i n gt ot h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n d g o v e r n a n c eo ft h en o r t h w e s t a r i da r e a s t h i se x p e r i m e n tu s e dt h eg r a v i m e t r i cm e t h o da n du vs p e c t r o p h o t o m e t e rt oa n a l y z e t h ep e t r o l e u mp o l l u t a n t sc o n t e n ti ns o i la n dp l a n t s e x p e r i m e n t sw i t hb o t hm e t h o d s d r e wt h es a m ec o n c l u s i o n ：t h es o i lo fl a o j u n m i a or e g i o no nt h ep e t r o l e u mr i v e rh a s b e e ns e r i o u s l yp o l l u t e d t h ep e t r o l e u mp o l l u t a n t sl e v e l sw e r ee s p e c i a l l yh i g hn e a rt h e p o l l u t i o ns o u r c e s f a rf r o mt h ep o l l u t i o ns o u r c e s ，t h ep e t r o l e u mp o l l u t i o n c o n t e n tw a s v e r yl o w i na r e a sp o p u l a t e dw i t hp o p u l u sa l b a ，t h es o i lp r o f i l ed e e p e n e d ，t h e r e b yt h ep e t r o l e u m p o l l u t i o nc o n t e n td e c r e a s e d w h e r et h es o i lp a r t i c l e sw e r es m a l l e r , t h e c o n t e n to f p e t r o l e u mp o l l u t i o nw a sh i g h e r i na r e a sp o p u l a t e dw i t hp h r a g m i t a sc o m m u n i sa n d c a l a m a g r o s t i sp s e u d o p h r a g m i t e sw h e r et h ep e t r o l e u mp o l l u t a n t sc o n t e n td e c r e a s e d a sc o v e r i n gad i s t a n c e h o w e v e r , i na r e a sp o p u l a t e dw i t hp h r a g m i t a sc o m m u n i s w h e r et h eo i lp o l l u t i o nw a sl e s s i nt h e p e t r o l e u mp o l l u t e ds o i l ，w i t ht h ei n c r e a s e o ft h es o i lo r g a n i cm a t t e r , t h e p e t r o l e u mp o l l u t a n t sa l s oi n c r e a s e d 。o nt h eo t h e rh a n d ，t h ep hl e v e l so ft h es o i la n d t h ew a t e rc o n t e n tw e r er a t h e rr e m o t ef r o mt h el e v e l so fp e t r o l e u mp o l l u t a n t s i na r e a s p o p u l a t e dw i t ho t h e rp l a n t se x c e p tp o p u l u sa l b a ，w h e r et h es o i lp a r t i c l e sw e r el a r g e r t h a nl m m ，t h ep e t r o l e u mp o l l u t a n t sc o n t e n tw a sm o r ei n c r e a s e d w h e r et h es o i l p a r t i c l e sw e r el e s s t h a n0 2 5 r a ms o i l ，d e s p i t et h el o w e rd e n s i t y , t h ec o n t e n to f 1 1 1 p e t r o l e u mp o l l u t a n t sw a ss t i l lm o r ei n c r e a s e d a m o n gp l a n t s ，p h r a g m i t a sc o m m u n i sh a dt h eh i 【曲e s tc o n t e n to fp e t r o l e u mp o l l u t a n t s w i t h p o p u l u sa l b a ，c a l a m a g r o s t i sp s e u d o p h r a g m i t e s ，a n dk o b r e s i a b e l l a r d i i f o l l o w i n g p h r a g m i t a sc o m m u n i sa l s oh a dt h eh i g h e s tr a t i oo fp e t r o l e u mp o l l u t a n t si n p l a n t s t os o i l ，w i t ht h er o o ta n de n t i r e l yt r u n ko fp o p u l u sa l b a ，c a l a m a g r o s t i s p s e u d o p h r a g m i t e s ，k o b r e s i ab e l l a r d i if o l l o w i n g a m o n gt h e s ef o u rp l a n t s ，t h ep e t r o l e u mp o l l u t a n t sc o n t e n to fr o o t sw a sh i g h e rt h a n t h a to ft h es t e m sa n dl e a v e s ，s e e i n ga sr o o t sa r em a i na b s o r b t i o np a r to fp l a n t s t h e p e t r o l e u mp o l l u t a n t sc o n t e n to fr o o t sw a sh l i g h e s ti np h r a g m i t a sc o m m u n i sw i t h p o p u l u sa l b a ，c a l a m a g r o s t i sp s e u d o p h r a g m i t e s ，a n dk o b r e s i ab e l l a r d i if o l l o w i n g t h u s ，p h r a g m i t a sc o m m u n i sa n dp o p u l u sa l b aw e r es e l e c t e da st h eb e s tr e m e d i a t i o n p l a n t s k e yw o r d s ：p e t r o l e u mr i v e r ；l a o j u n m i a or e g i o n ；s o i lp e t r o l e u mp o l l u t i o n ；s e l e c t i o n o fr e m e d i a t i o np l a n t s i v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得西北师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 签名：盈丛 日期：型班红硅竺a 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校呵以 公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保 存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：盈越导师签名：塑丝擅日期：麴丝迎! 旦 田侠石油河老君岫段土壤石油污染及修复植物筛选研究 西北师范大学 第一章前言 1 1 土壤石油污染治理技术 石油是一种含有多种烃类( 正烷烃，支链烷烃、芳烃、脂环烃) 及少量其他 有机物( 硫化物、氮化物、烷烃酸类等) 的复杂混合物，有的石油样品可含2 0 0 3 0 0 种烃类，分子量从1 6 ( 甲烷) 至1 0 0 0 左右，其物理状态包括气体、挥发性液体、 高沸点液体以及固体。全世界大规模开采是从2 0 世纪初开始的，1 9 0 0 年全世界 消费量约2 0 0 0 万吨，1 0 0 年来这一数量已增长百余倍，石油已成为人类最主要 的能源之一【l l 。但是，在石油生产、贮运、炼制加工及使用过程中，由于事故、 不正常操作及检修等原因，都会有石油烃类的溢出和排放。石油烃类大量溢出， 应当尽可能予以回收，但有的情况下回收很困难，即使尽力回收，仍会残留一部 分，对环境( 土壤、地表和地下水) 造成污染。因此，随着石油开采和使用量的 增加，大量的石油及其加工品进入环境，不可避免地给生物和人类带来危害。目 前，石油污染问题已成为世界各国普遍关注的问题。石油进入土壤后，会破坏土 壤结构，分散土粒，使土壤透水性降低。其富含基能与无机氮、磷结合并限制硝 化作用和脱磷酸作用，从而使土壤有效氮、磷的含量减少。特别是其中多种芳烃 毒性更大，到目前总共发现了2 0 0 0 多种四大类可能制癌的化学物质，其中第一 类就是以多环芳烃为主的有机化合物。因其有致癌、致变、致畸等活性，能通过 食物链在动植物体内逐级富集，它在土壤中的累积更具危害。鉴于土壤污染的严 重危害，世界各发达国家纷纷制定了土壤修复计划。 目前土壤修复技术主要分为物理方法、化学方法、另外还有生物修复法。物 理方法包括焚烧法、隔离法和换土法；焚烧法只适于小面积被石油烃类严重污染 土壤的治理，焚烧法要求温度在8 1 5 1 2 0 0 之间，而且对焚烧过程中可能产生 有毒物质要进行收集处理，进入焚烧炉的土壤颗粒直径不得大于2 5 m m ，该方法 不仅对环境污染大且处理成本较高；隔离法采用粘土或其他人工合成的惰性材 料，把被石油烃类污染土壤和周围环境隔离开来，这一方法没有破坏石油烃类， 只是防止了污染物质向环境( 地下水、土壤) 的迁移，与其他方法相比，运行费 用较低，但对于毒性期长的石油烃类，只是暂时地防止了石油烃类的迁移，不能 作为永久的治理方法；换土法分为翻土、换土和客土3 种方法。该方法人工费用 高，并且对置换土壤的选择面较窄，并且不适应处理大面积的石油污染土壤【1 。 田侠石油河老君庙段土壤石油污染及修复植物筛选研究西北师范大学 化学处理法包括萃取法、土壤洗涤法、热处理法、电修复和化学氧化法等。 其中萃取法根据相似相溶原理，使用有机溶剂对石油污染土壤中的原油进行萃 取，然后对有机相进行分离，回收其中的原油，实现废物的资源化。此方法适于 油污浓度较高的土壤，但该法工序复杂，处理效率底。土壤洗涤法将污染土壤破 碎，混入足够的水和洗涤剂，得到土壤、水和洗涤剂相互作用的浆液，静止，使 污染物与洗涤剂一起上升，从水相中将部分脱除污染物的土壤分离出来。重复前 述步骤，使土壤与水混合，并加入微生物活性剂和h z o z ，使污染物降解，将土 壤分离出来，洗涤土壤后归入环境。这种方法不适合处理大规模的污染土壤。热 处理法是利用污染物的热挥发性，采用加热的方法将水或蒸汽压大的有机物从土 壤中解析出来的一种方法。热处理法经过焚烧和煅烧，虽然能破坏大部分污染物， 但常常因为代价昂贵难以实施。电修复是一种2 0 世纪9 0 年代后才能以重视和发 展的新兴土壤修复技术，其基本原理是在被污染的土壤两极加上低压直流电场， 利用电场的迁移力，主要是电渗和电迁移室，从而得到分离。与生物修复和化学 修复等相比，电修复更适合于治理渗透系数低的密质土壤，在国内尚未见到有关 的报道1 3 j 。化学氧化法向被石油烃类污染的土壤中喷撒或注入化学氧化剂，使其 与污染物质发生化学反应来实现净化的目的，化学氧化剂有臭氧、过氧化氢、高 锰酸钾、二氧化氯等。其中二氧化氯对石油烃类有较高的清除效率，氧化反应可 在瞬间进行，且二氧化氯的造价较低，用起来比较经济。化学氧化法适合于土壤 和地下水，同时被石油烃类污染的治理，可配合曝气装置，抽出的地下水经曝气 塔后，大部分的挥发物质被清除，向从曝气塔流出的水中注入氧化剂后，再回灌 于土壤，使氧化剂充分和土壤、地下水接触。这种方法不会造成二次污染但操作 比较复杂。 8 0 年代后期出现的，基于物理、化学、生物过程的一种新技术，即生物修 复技术的发展提供一个具有政策、经济和技术吸引力的处理方法，被认为具有广 阔的前景。目前仅有的研究成果表明，生物修复技术具有以下优点：费用省，环 境影响小，可以同时处理受污染的土壤和地下水，最大限度降低污染物的浓度， 因而生物修复技术的应用范围有其独到的优势【4 i 。 田侠石油河老君庙段土壤石油污染及修复植物筛选研究西北师范大学 1 2 土壤石油污染植物修复技术 1 2 1 土壤植物修复的定义 植物修复( p h y t o r e m e d i a t i o n ) 是以植物忍耐和超量积累某种或某些化学元素 的理论为基础，利用植物及其共存微生物体系清除环境中的污染物的- - i 环境污 染治理技术。它是- - i 新兴起的应用技术【列。植物修复技术较其它物理的、化学 的和生物的方法更受到社会的欢迎。该技术成本低，对环境扰动少，清理土壤中 的重金属污染物的同时，可以同时清除污染土壤周围的大气或水体载体中的污染 物，有较高的美化环境价值，易为社会所接受；植物修复重金属污染物的过程也 是土壤有机质含量和土壤肥力增加的过程，被植物修复过的干净土壤适合于多种 农作物的生长；植物固化技术能使地表长期稳定，有利于生态环境改善和野生生 物的繁衍，而且维持固化的成本低f 6 1 。目前植物修复是最有潜力的土壤污染治理 技术川，这一技术主要包括以下几个方面： ( 1 ) 植物提取作用( p h y t o e x t r a c t i o n ) ：即通过环境污染物有富集作用的植物 把有机物或重金属离子从土壤中吸收到植物体内，从而减少其在土壤中的含量。 ( 2 ) 植物降解作用( p h y t o d e g r a d a t i o n ) ：利用植物的代谢作用及与其共生的微 生物的活动来降解有机污染物。 ( 3 ) 根系过滤作用( r h i z o f i l t r a t i o n ) ：利用植物根系的吸收和吸附作用从污水 等流动介质中去除污染物，主要是重金属离子。 ( 4 ) 植物固定作用( p h y t o s t a b i l i z a t i o n ) ：利用植物根系的吸附作用来减少环境 中污染物的生物可获得性0 3 i o a v a i l a b i l i t y ) ，从而降低其对环境的危害。 ( 5 ) 植物挥发作用( p h y t o v o l a t i l i z a t i o n ) ：通过植物对有机污染物的吸收和转 化作用最终将其挥发到空气中。 ( 6 1 利用植物去除空气中的污染物。 1 2 2 土壤植物修复的原理 1 2 2 1 植物对有机污染物的直接吸收作用 根据美国能源部规定，能用于植物修复的最好的植物应具有以下几个特性： ( 1 ) 即使在污染物浓度较低时也有较高的积累速率；( 2 ) 能在体内积累高浓度的 田侠石油河老君庙段土壤石油污染及修复植物筛选研究 西北师范大学 污染物；( 3 ) 能同时积累几种有机物或金属；( 4 ) 生长快，生物量大：( 5 ) 具有抗 虫抗病能力叽经过不断的实验室研究及野外试验，人们已经找到了一些能直接 从土壤中吸收有机物的植物，然后将没有毒性的代谢中间体储存在植物组织中， 这是植物去除环境中中等亲水性有机污染物( 辛醇一水分配系数为 l o g k o w = 0 5 3 ) 的一个重要机制。疏水有机化合物( 1 0 9 k o w 3 0 ) 易于被根表 强烈吸附而难以运输到植物体内，而比较容易溶于水的( 1 0 9 k o w 0 5 ) 有机物不 易被根表吸附而易被运输到植物体内。化合物被吸收到植物体后，植物根对有机 物的吸收直接与有机物的相对亲脂性有关1 8 - 1 0 1 。这些化合物一旦被吸收后，会有 多种去向：植物可将其分解，并通过木质化作用使其成为植物体的组成部分，也 可通过挥发、代谢或矿化作用使其转化成c 0 2 和h 2 0 ，或转化成为无毒性的中 间代谢物如木质素，储存在植物细胞中，达到去除环境中有机污染物的目的。环 境中大多数b t e x 化合物，含氯溶剂和短链的脂肪化合物都是通过这一途径去 除的【“1 。环境中微量除草剂阿特拉津可被植物直接吸收有关化合物【1 2 , 1 3 】，这已被 一些研究所证实。另外，有机污染物直接被植物吸收取决于植物的吸收效率、蒸 腾速率以及污染物在土壤中的浓度，而吸收率反过来也取决与污染物的物理化学 特征、污染物的形态以及植物本身特性。用植物修复有机污染物污染的土壤的前 提是要搞清楚这些物质在植物体内的转化和转移机理。有机污染物在根部和其它 部分的分布和迁移通常是不样的。比如p a h s 容易在植物根部富集；六氯苯则 可被根和叶吸收，但却观察不到它们在植物体内的迁移；三氯乙酸也可被根和叶 吸收，且污染物会在根和叶之间发生双向迁移1 1 4 j 。 植物体内羟基化作用是植物脱毒的一个重要反应，有机污染物进入植物体 后，植物细胞将发生化学转化，如除草剂在植物体转化过程中形成的烷基基团， 羟基化生成尿素可被植物吸收利用。多环芳烃( p a i l s ) 在植物体内的转化反应 主要是羟基化作用【“1 。微粒体单氧化酶可使单环和多环芳烃转化为羟基化合物。 这一过程己被苯、荼和苯并fa ) 芘在植物体内的氧化所证实1 1 6 j 。植物体p a i l s 降 解除了羟基化作用外，还有脱氨反应、脱硫反应、n 氧化反应、s 一氧化反应等【1 7 1 。 巴斯夫公司的 1 8 1 c o n g e r 进行了黑柳( & l i x n i g r n ) 、黄桦旺i r i o d e n d r o n t u l i p i f e r a ) 、柏树( t a x o d i u m d i s t i c h u m ) 、岸黑桦( b e t u l a n i g r a ) 和栎树 ( q u e r c u s f a l c a t e v a r p a g o d a f o l i a ) 清除苯达松的试验，发现柳树对苯达松的吸收代谢 和忍耐能力极强。n e w m a n 等报道了杂交杨树对c 一三氯乙烯( t c e ) 吸收代谢的 研究结果：在5 0 mg l 。1 t c e 无菌水溶液中培养4d 后，有1 2 的tce 通 4 田侠石油河老君庙段土壤石油污染及修复植物筛选研究 西北师范大学 过杂交杨树的吸收代谢后以“c 0 2 释放【1 9 l 。p r a d h a n 等【2 0 】用植物修复为首要的修 复受p a l l s 污染土壤的技术，用3 种植物苜蓿、柳枝稷、蓝茎草经6 个月的处理 后，p a h 。总浓度减少了5 7 。l i s t e 等人选用大田农作物、园艺农作物和树苗3 类共9 种不同的植物进行研究，结果表明它们均可促进芘的降解。种植植物8 个月的土壤中芘消失了7 4 ，而未种植植物的土壤中芘最多只消失了4 0 i z ”。 萘是p a h s 中水溶性最好，最易被植物挥发和降解的化合物。s c h w a b 等人利用 紫花苜蓿和牛毛草研究植物根系对萘的吸附降解情况，发现通过植物挥发可去除 土壤中3 2 4 5 的萘【丝1 。另外，植物对有机污染物的积累与代谢及转化以三 硝基甲苯( t n t ) 为例，这种物质在环境中非常稳定，是著名的环境危险物。杨 树和茄科植物能从土壤和水体中迅速吸收t n t ，在体内代谢为高级性的2 一氨基 4 ，6 一二硝基甲苯，最后转化为脱氨基化合物，转化的速度很快，以至于在某些 植物体内很难检测出t n t 的母体化合物，所以在高浓度的t n t 环境中植物仍然 生长良好3 1 。 1 2 2 2 植物释放分泌物和酶去除环境中有机污染物 植物可释放一些物质到土壤中，以利于降解有毒化学物质，并可刺激根际 微生物的活性。这些物质包括酶及一些有机酸，它们与脱落的根冠细胞一起为 根际微生物提供重要的营养物质，促进根际微生物的生长和繁殖。并且，其中 的有些分泌物也是微生物共代谢的基质。美国佐治亚洲a t h e n s 的e p a 实验室从 淡水沉积物中鉴定出脱卤酶、硝酸还原酶、过氧化物酶、漆酶和腈水解酶5 种 酶，这些酶均来自植物。硝酸还原酶和漆酶能分解炸药废物( 2 ，4 ，6 一三硝基四苯 t r o t ) ，并将破碎环状结构结合到植物材料或有机物残片中而变成沉积有机物的 一部分。植物来源的脱卤酶能将含氯有机溶剂三氯乙烯还原为氯离子、c02 和 水【2 4 , 2 5 。 n i c h o l s 等研究表明：植物根际微生物明显比空白土壤中多 2 6 1 ，这些增加的 微生物能增加环境中的有机物质的降解。r e i l l e y 等研究了多环芳烃的降解，发 现植物使根际微生物密度增加，多环芳烃的降解增加【2 ”，h s u 等的研究也得到 相同的结论 2 8 】。j o r d a h l 等报道杨树根际的微生物数量增加，但没有选择性，即 降解污染物的微生物没有选择性的增加【2 9 】，表明微生物的增加是由于根际的影 响，而非污染物的影响。s i c i l i a n o 等通过研究也发现草原地区微生物对2 氯苯 甲酸的降解率升高1 1 一6 3 。 田侠石油河老君庙段土壤石油污染及修复植物筛选研究西北师范大学 植物通过向根际分泌氨基酸等低分子有机物来刺激根系附近微生物群体的 发育，使根基环境成为微生物作用的活跃区域，这样就间接促进了有机污染物 的根际微生物降解。根际的酸化作用可刺激根系分泌糖类和有机酸，可强化根 际硝化细菌活性，从而有利于尿素衍生物的降解。据s c i l i a n 和g r e e t 报道，接 种假单孢杆菌( p s e u d om o n a s s p ) 后，草地麦雀在含有4 1 9 k gn 盯土壤中的生 长量比不接种处理增加了5 0 ，而耵盯的降解量也增加了5 0 ，表明该菌株 在增强草地麦雀对n 汀污染适应性的同时，通过改变根际微生物种群结构而加 速t n t 的降解【3 1 1 。大量的研究结果表明，植物修复有机污染物除了取决于植物 本身的吸收能力外，植物根际微生物对有机污染物的降解也起了促进作用【3 。 另外，根分泌物是导致根际效应的植物与微生物间的联系物。根分泌物类型与 数量依赖于植物种类和植物发育阶段，如红桑树( m o r u s r u b r a l ) 根系释放总酚的 数量随生育进程而增加，叶片衰老后达最大值【3 ”。分泌物类型影响植物和土壤 微生物问的互作。根据分泌物种类，互作可表现为专一性和非专一性。当植物 对存在的污染物响应并分泌专一化合物时，专一性互作随之发生。当典型或正 常植物分泌物的化学性质与有机污染物相似时，发生非专一性互作，导致微生 物活性增加和污染物降解。红桑树根系分泌的酚类物质通过选择性的促进特定 微生物，利用苜蓿根系根际上和非根际土试验表明，保持植物根系和其分泌物 的存在是土壤多环芳香族烃降解所必需的【3 4 j 。 1 2 2 3 根际矿化作用去除土壤有机污染物 1 9 0 4 年h i l t n e r 提出根际( r h i z o s p h e r e ) 概念。根际是受植物根系影响的根一 土界面微区，也是植物一土壤一微生物与其环境条件相互作用的场所1 3 5 , 3 6 j ，这 个区与无根系土体的区别即是根系的影响。由于根系的存在，增加了微生物的 活动和生物量【3 7 , 3 8 j 。微生物在根际区和根系土壤中的差别很大，一般为5 2 0 倍， 有的高达1 0 0 倍。且植物的年龄、不同的植物的根，例如有瘤或无瘤，根毛的 多少以及根的其他性质，都可以影响根际微生物对特定有毒物质的降解速率【3 9 i 。 植物促进根际微生物对有机污染物的转化作用，已被很多研究所证实。植物根 际的菌根真菌与植物形成共生作用，有其独特的酶途径，用以降解不能被细菌 单独转化的有机物。植物根际分泌物刺激了细菌的转化作用，在根区形成了有 机碳，根细胞的死亡也增加了土壤有机碳，这些有机碳的增加可阻止有机化合 物向地下水转移，也可增加微生物对污染物的矿化作用【4 叭。另有研究发现微生 物对阿特拉津的矿化作用与土壤有机碳成分直接相关。 田侠石油河老君庙段土壤石油污染及修复植物筛选研究西北师范大学 1 2 3 影响土壤植物修复的因素 植物对有机物修复的效果首先取决于植物对污染物的吸收同化能力。这种能 力是与植物、污染物、土壤类型及其理化性质等密切相关的。植物有其自身的遗 传特性，同一种类不同亚种的植物，其修复效果都有一定差异。同一植物，在其 不同的生长发育阶段，对污染物的吸收降解速率也是不一样的。污染物的种类、 性质( 如疏水性) 、浓度等直接影响根系对污染物的吸收。不同性质的土壤有不同 p h 和氧化还原电位等，从而影响根际微生物的种类及活性，使同一种植物对同 样的污染物有不同的吸收效果。安风春等用植物去除土壤中d d t 的实验研究表 明，同一品种的草在不同土壤和不同污染条件下，对污染物的清除能力是不同的， 土壤中总d d t 的浓度降幅为1 9 6 7 3 0 1 4 ”。 其次要了解受重金属污染的土壤所处的地理、气候和海拔条件，以便选择适 合生长在该条件下的耐重金属植物和超积累植物种类进行污染土壤的植物修复； 将整个需要治理的污染土壤纳入土地使用和规划管理方案中进行总体设计与考 虑；并对土壤的酸碱度、盐度、含水量及水分供给状况，营养供给情况，有机物 污染土壤的污染状况进行调查；还要了解有机污染物的化学形态及植物可利用 性，以便从土壤化学的角度采取相应措施增加植物对有机物的吸收量。除此之外， 植物遭受自然灾害的复原能力、植物病虫害、良好的灌溉与排水系统等也是去除 有机物的影响因素【4 2 】。 田侠石油河老君庙段土壤石油污染及修复植物筛选研究西北帅范大学 1 3 石油污染土壤植物修复的国内外研究现状 1 3 1 石油污染土壤植物修复的国外研究现状 目前世界各国主要应用植物修复与研究的范围为：分解多氯联苯 ( p o l y c h l o r o b e n z e n e ，p c b ) 、卤代烃和汽油碳水化合物；重金属放射线元素的植 物吸收和去除；有机无机污染物的分解：水与挥发性物质的处理：环境与荷尔 蒙的分解；空气污染物质的分解处理；利用植物将氧化氮转化为氮气【4 3 , 4 4 】。 从世界范围看，植物对环境的修复技术越来越受到重视。一些发达国家， 如德国、法国、瑞典、丹麦和芬兰等都在近些年来投入了大量的研究经费用于 这一技术的研制和开发 4 5 卅。美国政府2 0 0 0 年就赞助了1 6 0 个植物修复研究与 示范项目，其中1 0 2 项为有机污染物处理项目。他们对石油和有机氯污染的植 物处理技术已完成了预试验，对爆炸物和农药等植物处理研究己进入大田试验 和推广阶段。植物修复技术经过仅十余年的研究，有些研究成果即将进入市场。 其他国家对有机污染物植物修复的投资与重金属植物修复的投资大体相当。中 欧一些国家由于前几十年经济发展过程中带来的环境问题，其市场潜力将会更 大1 4 8 1 。 k u c e r o v a 等( 2 0 0 0 ) 研究了p c b 被s o l a n u mn i g r m 毛根吸收后的代谢转化 情况，发现有7 2 的p c b 发生了转化，其中单氯联苯的代谢产物为单羟基氯代 联苯和双羟基氯代联苯，二氯联苯的代谢产物为单羟基二氯联苯m 1 。美国环境 保护署资助的落基山大草原和落基山有毒物质研究中心( t h eg r e a t p l a i n s r o c k y m o u n t a i nh a z a r d o u ss u b s t a n c er e s e a r c hc e n t e r , h r s c ) 就是由来自 堪萨斯州立大学1 3 等所不同大学研究人员共同组成的。近年来美国环境保护署 在全美极力推广这种低投入和纯自然的修复技术。1 9 9 8 年全美植物修复在市场 中的销售份额为16 5 0 2 9 5 0 万美元，2 0 0 5 年估计将达到2 1 4 0 7 亿美元【5 0 1 。 1 3 2 石油污染土壤植物修复的国内研究现状 植物修复是一种利用太阳能为驱动力的污染处理系统，与其它治理方法相 比，植物修复技术是广谱的原位处理技术，操作简单、应用成本低、改造过程 中能很好地保护土壤及其生物、可同其他方法相结合、改造过程比自然过程快 得多、太阳能参与修复、很少有废物和排放物、生态风险小、对人类和环境的 副作用小，是廉价、绿色的治理技术，应用前景广阔。因此，植物修复在近年 田侠 石油河老君庙段土壤石油污染及修复植物筛选研究西北师范大学 来的研究很多，成为生物修复研究的热点，有的研究已经进行了野外实验，甚 至达到了商业化水平。我国对植物修复的研究大多集中于金属污染的土壤和水 体，而对环境中有机污染物的植物修复方法研究不多【”l 。最近，部分国内学者 成功地开展了用植物法生物修复土壤石油污染的研究，取得了一定的进展，但 有关研究没有或很少涉及石油污染从土壤向植物中迁移、转化和残留的过程。 郝林等( 1 9 9 9 ) 将卤代烷烃脱卤酶基因转入拟南芥属中，以期获得1 种对卤代 烷烃类污染土壤进行生物修复的工程植株系统，利用植物根系去除土壤和地下 水的污染。浙江大学学者夏会龙等人( 2 0 0 2 年) 研究利用凤眼莲修复水溶液中乙 硫磷、三氯杀螨醇和三氟氯氰菊酯进行植物修复。研究结果表明，1 0 l l g 凤眼 莲可将2 5 0 m l 的l m g 1 的乙硫磷、三氯杀螨醇和三氟氯氰菊酯消解速度分别提 高2 8 3 3 3 、1 0 6 6 4 和3 6 2 2 3 1 5 2 1 。 9 田侠石油河老君庙段土壤石油污染及修复植物筛选研究西北师范大学 1 4 石油污染土壤修复植物筛选研究的目的和意义 随着我国经济发展，环境污染日益严重，土壤污染的治理成为当前急需解决 的任务。与传统的化学和物理治理技术相比，植物修复技术有成本极低，简便和 无二次污染等优点。它不仅可以修复污染土壤，而且有可能通过资源化利用而取 得一定经济效益，因此是一项非常适合国情的实用技术，具有广阔的应用前景。 此外，项目研究过程中的基因专利、微生物制剂和化学制剂等技术可以进入国际 市场。植物修复目前仍处于起步阶段，它在理论体系、修复机理和修复技术上还 有许多不完善不成熟的地方，有大量的基础理论研究和应用实践工作要做。目前 研究的关键在于筛选出能够超量积累污染物的植物以及寻找改善植物吸收性能 的方法。因此如何结合根际微生物提高植物体内重金属含量及加强根际对有机污 染物的吸收降解是研究的重点。此外，植物本身的结构、年龄、农业措施对污染 物在植物一土壤一微生物界面的影响，也是研究的关键。明白其中的一些机理， 污染土壤的植物修复技术必将被更广泛地应用。 了解影响土壤中植物根系一微生物一有毒物质相互作用的关键因子，有助 于污染土壤植物修复的推广应用。植物修复的基础是根际环境及根际微生物， 与微生物修复相结合进行植物一微生物联合修复效果更好。植物修复过程中包含 化学污染物在内的植物与非生物环境之间物质和能量交换的物理过程影响植物 的生理生长过程，使得植被宏观形态和相应的植物微观结构和功能，如植物的 长势和干巾类组合、叶绿体结构和含量，叶绿素类别和含量，气孔的形态、结构 和数量等，均可能发生显著的变化。 综上所述，运用植物生理生态学研究手段，可以在植物个体水平上揭示植 物乃至生态系统( 尤其是特殊生境下) 对环境适应的机制，在研究、筛选抗旱、抗 污染植物的实践中可以应用植物生理生态学指标。另外，植物可以直接吸收、 固定和分解污染物，但它主要是通过调控土壤中的细菌、真菌等微生物，以间 接方式参与污染物的分解，来对环境进行修复植物对环境的修复过程是由高等 植物、真菌和细菌等微生物共同完成的，包括许多物理、化学和生物的过程。 由于环境中的污染物成分复杂且往往共存，即复合污染时常发生，因此在筛选 植物时应该筛选那些能够同时吸收几种污染物的植物以应用于实践中。 西部黄土地区是我国主要的石油天然气基地之一，在甘肃境内玉门、庆阳 等地区都有开发多年并不断发现的新的高品味油井，这些地区在采油现场、原 田侠 石油河老君庙段土壤石油污染及修复植物筛选研究 西北师范大学 油运输和石油炼制过程中，均有不同程度的原油外溢、管道泄漏或其他原因造 成的石油类化合物对现场周围的土壤、水源甚至地下水的大面积污染，使得本 来就十分脆弱的自然环境更加恶化，环境污染已经严重影响到当地居民的生活 和健康。其中玉门老君庙油田地区石油污染及其严重，因此不论从治理和修复 已经被石油污染的土壤和河流的角度，还是从保护未被污染的土壤和水资源角 度，进行石油污染物在土壤中污染含量和迁移转化规律的研究均有助于为黄土 地区的环境保护和治理提供科学依据。而且许多植物在石油污染环境中仍能茁 壮生长，证明这些植物有很强的污染物耐受能力。所以研究该地区污染土壤和 植物，对分析该地区石油污染程度，筛选石油污染地区修复植物，并把植物修 复工作应用于实践有重要的意义。 本研究主要是对于甘肃玉门石油河老君庙段污染土壤和对应植物进行试验 研究，筛选较好的土壤修复植物。 【i 】侠石油河老君庙段土壤石油污染及修复植物筛选研究西北师范大学 1 5 研究内容和方法 1 5 1 研究内容 玉门市石油河河道与河岸两旁石油污染比较严重。研究区石油污染严重区和 石油池中植物生长比较旺盛。另外，在河岸山坡上没有直接受到石油污染区域也 生长着植物。本研究选择玉门石油河河岸石油污染区土壤及其中生长的植物为研 究对象，具体内容包括如下： ( 1 ) 分析土壤和植物不同部位中石油污染物含量与分布情况 ( 2 ) 分析植物中石油污染物含量 ( 3 ) 进行植物的外部形态和生长情况介绍 ( 4 ) 初步综合确定耐污染或超积累植物。 1 5 2 研究方法 目前，有关土壤石油污染的报道很多。防治土壤污染、保障农产品安全，需 要简便、高效的分析方法。土壤和植物样品中的石油污染物分析方法早在6 0 年 代就有人开始研究并逐步完善【5 2 】，主要包括样品前处理( 提取) 和测定两个基 本过程。由于实验条件等多方面限制，本文选择索式提取进行样品前处理，重量 法和紫外法分析提取样舄。 h | 侠石油河老君庙段土壤石油污染及修复植物筛选研究西北师范大学 1 6 参考文献 1 1 张从，夏立江污染土壤生物修复技术【m 】北京：环境科学出版社，2 0 0 0 2 】陆秀君，郭书海，孙清等石油污染土壤的修复技术研究现状及展望【j 】沈阳农业大学学 报，2 0 0 3 ，1 ：6 3 6 7 【3 】钱署强，刘铮污染土壤修复技术介绍【j 】化工进展，2 0 0 0 ，4 ：1 0 - 2 0 4 】李天相关于玉门油矿的开发【j 石油学报，1 9 9 9 ，1 ：9 3 9 6 5 s a l td e ，b l a y l o c k ，m ，k u m a r ，n p b a ，d u s h e n k o v ，ve n s l e y ，b ，d a n dc h e t ，i ，