为了解石油污染对黄河三角洲滨海湿地翅碱蓬和碱蓬萌发生长的影响,通过盆栽控制实验,研究5个浓度梯度(0、2 500、5 000、7 500、10 000 mg/kg)石油污染下2种碱蓬萌发和幼苗生长的响应特征.结果显示:(1)不同浓度石油污染对2种碱蓬种子萌发率、萌发势的影响不显著(P＞0.05),但均显著缩短了2种碱蓬的种子平均萌发时间,提高了种子的萌发指数(翅碱蓬P＜ 0.05;碱蓬P＜0.01);(2)在石油浓度为10 000 mg/kg条件下2种碱蓬的发芽势差异极显著(P＜0.01),而其他浓度梯度条件下各项萌发指标的种间差异不显著(P＞ 0.05);(3)石油污染胁迫对2种碱蓬的株高、叶片数和子叶长皆有显著抑制作用,石油浓度梯度越高、植物生长时间越长,这种抑制作用越明显,且石油污染胁迫对翅碱蓬的抑制程度高于碱蓬.本研究表明10 000 mg/kg浓度梯度下的石油污染可促进2种碱蓬种子的萌发,显著抑制2种碱蓬幼苗的生长;结果可为滨海盐碱地油田石油污染土壤的植物修复提供参考依据.

为了分析克拉玛依油区内土壤中正构烷烃含量间的差异,微生物群落生理多样性、微生物代谢活性在不同石油污染梯度土壤中的变化规律.本研究采用GC、平板稀释法、Biolog微平板技术探讨了土壤微生物群落特征在3种不同污染程度下的变化情况.研究表明,石油污染土壤烷烃含量与微生物代谢活性呈显著负相关(r=-0.783,p＜0.05).随着石油污染程度增加微生物数量呈下降趋势,不同石油污染土壤中细菌数量占决定优势,细菌＞真菌＞放线菌.不同石油污染土壤微生物群落对6大碳源的利用体现出差异.主成分分析(PCA)表明,清洁土壤与石油污染土壤对底物利用有明显差异.石油污染严重土样碳源利用率为“酯类＞酸类＞胺类＞氨基酸类＞单糖/糖苷/聚合糖类＞醇类”.本研究成果为后期修复污染土壤时调整投入的碳源底物等提供科学帮助.

克隆整合是克隆植物重要的性状之一.它不仅能够提高分株对环境胁迫的耐受能力,而且可能影响分株周围的土壤属性.为检验克隆整合对土壤属性的影响,在黄河三角洲芦苇湿地开展克隆整合和石油污染的两因子的野外实验.每年将0、5或10 mm厚的原油添加到直径为60 cm的圆形芦苇群落样方内来模拟无污染、轻度或重度石油污染,并通过保留或切断样方内外芦苇根状茎的连接来实现克隆整合的有或无.实验开始于2014年,并于2016年10月采集样方内土壤样品,测定土壤团聚体组成、pH值、电导率、总碳、总氮、总磷和有机碳含量.石油污染显著增加了土壤粗大团聚体(粒径:＞2 mm)、pH值、总氮和有机碳含量,降低了土壤微团聚体(粒径:0.053-0.25 mm)占比以及电导率.克隆整合显著降低了土壤pH值,提高了土壤电导率和氮磷比.克隆整合和石油污染的交互作用仅对电导率有显著效应.因此,石油污染和克隆整合都可以影响湿地土壤的理化性质,而克隆整合对分株周围土壤理化性质的影响可能进一步影响克隆植物的优势度.

为了研究小黑麦对石油污染盐碱土壤中的细菌群落与石油烃降解率的影响,采用高通量测序技术,设置0 g/kg,1 g/kg和5 g/kg三个石油浓度,以未种植小黑麦的土壤作为对照,对6组不同处理的盐碱土壤样品的细菌群落结构及其多样性进行测定,并分析土壤中的石油烃降解率.结果 表明:在土壤石油浓度为1 g/kg和5 g/kg时,小黑麦根际土壤中的石油烃降解率相较对照组分别提高了36.67％和33.20％.从6个土壤样品中分别获得21398-27899条测序序列.在石油污染土壤中,小黑麦根际土壤的细菌群落多样性和丰度均大于对照组的土壤.同时,在“门”,“纲”,“属”的分类水平上,小黑麦根际土壤细菌群落中的一些根际细菌的相对丰度增加了,主要包括变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、烷烃降解菌科-未命名菌属(Alcanivoracaceae_norank)、黄单胞菌属(Xanthomonas)、亚硝化单胞菌-不可培养菌属(Nitrosomonadaceae_unculture)等.有一些相对丰度增加的根际细菌是以石油及石油分解物为碳源的微生物.本研究证明种植小黑麦改变了石油污染盐碱土壤根际土壤细菌群落结构组成和多样性,促进了降解石油微生物群落的构建,显著提高了盐碱土壤石油污染的降解效果.研究结果为石油污染盐碱土壤的植物修复奠定了理论基础.

为研究植物残体配合施氮对石油污染土壤生物学和化学性质的综合修复能力,以紫花苜蓿(Medicago sativa)、铁杆蒿(Artemisia gmelinii)和小冠花(Coronilla varia)3种广泛分布于陕北石油污染区的草本植物凋落物为对象,分别在配合施氮调节土壤C∶N为25∶1和不配合施氮的条件下,将其与45.37 g/kg的重度石油污染土壤混合,在20-25℃、恒湿条件下进行为期180d的室内修复试验,检测上述处理对油污土壤微生物数量、11种土壤水解酶和氧化还原酶活性以及速效N、P和K含量的影响.结果 表明:(1)3种凋落物处理均可显著提高污染土壤中放线菌和真菌数量,蔗糖酶、淀粉酶、纤维素酶、木聚糖酶、脲酶、蛋白酶、磷酸酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶活性以及速效养分含量,并显著降低土壤总石油烃含量.(2)配合施氮总体上显著强化了凋落物对污染土壤生化性质的修复作用,但对凋落物处理下木聚糖酶、脲酶、蛋白酶和脱氢酶活性和微生物数量的恢复可能产生不利影响.(3)单纯使用凋落物作为调理剂可以更为全面的修复油污土壤受损生化性质,具有高N和P含量、较低C/N、C/P比以及较低多酚和木质素含量的凋落物修复效果更好.在急需迅速修复土壤的条件下,配合适量施氮可作为强化凋落物修复效果的可选途径,但应注意其导致的部分土壤生化指标修复效果的降低.

以高浓度石油污染土壤为研究对象,筛选表面活性剂及清洗助剂,优化清洗药剂洗脱参数,评价药剂复配洗脱效果,重点考察对石油族组成中重组分的洗脱效率.结果 表明:4种表面活性剂SYO(0.25％)、SDBS(0.25％)、TX-100(0.25％)和AEO(0.75％)具有较好的石油洗脱效果;优化的清洗条件为清洗温度65℃、清洗时间60 min、振荡强度500 r·min-1;此条件下,TX-100的石油洗脱率最高,可达78.87％;筛选的3种清洗助剂中,Na2SiO3的助洗效果最佳,与SDBS复配使用后增效作用明显,洗脱率提高21.52％;另外,Na2SiO3与SDBS复配,可脱附去除85％的饱和烃和芳香烃,同时也脱附了80％以上的胶质沥青质组分,这种药剂复配模式可为重质组分含量较多的石油污染土壤清洗提供参考.

河口湿地铁的分布、转化对湿地营养元素循环、有机污染物降解等具有重要的调控作用,探究石油污染条件下河口湿地铁的分布特征,可为河口湿地养分管理与污染防控提供参考.在辽河口湿地油田开采区不同开采年限(0～10、10～20、20～30 a)的油井周围和无油井湿地对照区采集0～ 10、10～20、20 ～ 30、30 ～ 40、40～50、50 ～ 60 cm深度土壤样品,测定土壤总石油烃(TPH)含量、土壤总有机质(TOC)、Eh、pH、土壤全铁(Fet)、酸溶性Fe2+、Fe3+、游离氧化铁(Fed)和无定型铁(Fe.).结果 表明:(1)开采10 a以内油井周围土壤表层TPH显著高于其他土层,开采10 a以上油井在20～30 cm土层TPH积累较多;石油污染对土壤中TOC和pH的增加有促进作用;(2)土壤TPH与TOC呈极显著正相关(P＜0.01),TOC与Fe2+呈显著正相关(P＜0.05);(3)在无油井湿地中,土壤Fe2+含量随土层深度增加呈上升趋势,而在受到石油污染的土壤中,上层(0～30 cm) Fe2+含量则相对更高,无油井湿地中土壤的氧化性随土层加深而逐渐减弱;土壤Fed的分布受到Fet的影响,石油烃的入侵对Fed的生成也有促进作用,TPH含量较多的土壤中Fed的含量也相对较高;不同开采年限的土壤Feo分布无显著差异.

为获得高效原油降解菌株,从山东某油田的含油污泥中和实验室自有菌剂以及原油污染的土壤中分离筛选得到9株微生物,分别编号SF1、SF2、SF3、SF4、SF5、SF6、SF7、SF8和SF9.研究表明,9株菌对原油均有一定的降解能力.通过16S rRNA鉴定表明:SF1为中间苍白杆菌属(Ochrobactrum intermedium),SF2、SF8属于肠杆菌属(Enterobacter sp.),SF3、SF7为不动杆菌属(Acinetobacter sp.),SF4、SF5、SF6、SF9属于假单胞菌菌属(Pseudomonas sp.).其中,菌株SF1降解能力最强,降解率达48.73％,菌株SF2、SF7、SF9的降解能力较强,降解率分别为41.90％、45.35％、32.25％,其他菌株的降解率也高于20％.通过正交实验得出,由菌株SF1、SF2、SF3、SF4、SF5、SF6、SF7和SF9且添加量为2:1:1:1:1:1:2:2组成的菌群对原油的降解效果优于单个菌株,该菌群为最佳高效菌群,降解率达57.88％.

以陕北地区常见的10种灌草植物凋落物组成9种混合物,分别将单种或混合凋落物以2％的比例(质量分数)混入15 g/kg原油污染土壤,在室温(20-25℃)恒湿条件下进行150 d的室内模拟修复试验,分析凋落物混合添加对其修复油污土壤能力的影响.结果 表明:(1)较之自然衰减,单种凋落物处理普遍显著提高了污染物降解率(原油降解率提高35％-85％)以及土壤硝态氮、有效磷和速效钾含量(提高0.36-56倍),且多数处理显著提高了污染土壤中蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶和脱氢酶的活性(提高0.4-6.8倍).(2)白羊草+杠柳+狼牙刺、胡枝子+铁杆蒿、胡枝子+狗娃花+黄蒿或铁杆蒿+杠柳凋落物混合在促进原油及其组分降解时呈协同作用,使其降解率较单种处理再提高5％-28％,或较基于单种处理结果的预测值提高5％-17％,但其同时拮抗削弱凋落物对土壤速效氮(特别是硝态氮)的补充作用(较预测值降低6％-78％)及(或)酶活性(特别是蔗糖酶和脱氢酶)的刺激作用(较预测值降低14％-67％).在实际使用中可通过上述混合强化凋落物对污染物的降解能力,但需配合其他修复手段改善污染土壤生化性质.白羊草+狼牙刺、铁杆蒿+狼牙刺、杠柳+狼牙刺凋落物混合使各种污染物降解率较单种处理或预测值显著降低,在使用时应对不同凋落物进行分离,以避免削弱其修复效果.(3)总体而言,添加多酚、黄酮、有机酸和磷含量高,碳含量和碳磷比低且化学多样性更高的混合凋落物更有利于降解原油污染物,但同时其含有的上述次生代谢物可能不利于土壤养分状况和酶活性的恢复.

微生物修复被认为是去除石油污染物和修复石油污染土壤的一种经济、高效且无二次污染的绿色清洁技术.受土壤环境条件和石油污染物性质等因素制约,土壤中土著石油降解微生物常存在数量不足、活性偏低、生长缓慢等问题,导致修复效果不佳、修复周期偏长.微生物强化修复技术可有效提高微生物降解效能,通过投加具有降解效能的功能菌株或菌剂、营养物质、表面活性剂、生长基质及固定化微生物等手段,可改善提升土著微生物对石油污染土壤的修复效果.文中梳理了已报道的石油降解微生物的种类,总结了微生物修复石油污染土壤的主要影响因素,阐述了微生物强化修复石油土壤的多种有效策略,提出了微生物强化修复石油污染的未来发展方向.