石油污染土壤的微生物修复及土壤微生物活性变化

为快速有效地测定石油污染土壤中功能性微生物的活性变化,分别以石油烃、正十六烷烃、多环芳烃为自定义碳源,应用Biolog法研究油污土壤生物修复过程中石油烃、烷烃、多环芳烃降解菌的代谢活性.结果显示,向油污土壤中投加混合降解菌群进行生物强化修复处理,可以有效去除土壤中的石油烃,修复13周土壤中石油烃去除率达到42.3%;生物刺激和自然修复对土壤石油烃的去除率分别为28.3%和20.5%.Biolog测定结果表明,生物强化法修复初期的土壤微生物群落对石油烃、烷烃两种碳源的代谢能力较强,而生物刺激法修复后期的土壤微生物群落对烷烃有较强的代谢能力;不同处理的土壤微生物群落比较偏好、利用率较高的碳源是石油烃,其次是烷烃,而对多环芳烃几乎不利用;土壤中石油烃、烷烃降解菌的活性越大,土壤微生物对石油烃的去除效率越高.上述研究结果说明,通过利用Biolog法测定土壤微生物活性变化可有效指示土壤中石油烃的去除效果.     

植物与微生物对石油污染土壤修复的影响

为了研究生物对石油污染土壤的修复效果,在从石油污染土壤中筛选石油降解微生物的基础上,采用盆栽试验,进一步研究了4种植物和筛选到的微生物对石油污染土壤修复的影响.选择中原油田地区的原油和潮土,采取人工污染方法,设计石油污染水平为15 g·kg-1.试验设置3类处理,即单独添加微生物、单独种植植物(分别为向日葵、狗牙根、棉花、高丹草)、微生物分别与4种植物(向日葵、狗牙根、棉花、高丹草)组合.结果表明:在石油污染土壤中单独添加石油降解微生物,120 d时,石油降解率达到67.0%;向日葵、狗牙根、棉花、高丹草对土壤中石油降解也具有一定效果,120 d时,石油降解率分别达到38.23%、36.57%、40.67%、38.67%;添加微生物和种植植物联合对石油降解能力大小顺序为棉花+微生物＞向日葵+微生物＞狗牙根+微生物＞高丹草+微生物.其中,棉花与微生物联合修复120 d可以使污染土壤石油降解率达到85.67%,在各种处理中对污染土壤中石油的降解效果最好.     

微生物在城市绿地消减暴雨径流污染过程中的作用

以城市绿地模拟装置和暴雨径流模拟装置研究了城市绿地对实际暴雨径流污染的消减作用、机理及微生物在污染去除中的作用.城市绿地模拟装置主要由土壤、草本植被、微生物(主要吸附在土壤及植物根系上)组成,暴雨径流模拟装置包括降雨部分和径流部分,平行设置抑菌对照组.设置降雨强度为三年一遇,在降雨间隔期为14d、降雨持续时间为2h的2次降雨过程中,绿地系统对径流污染物的去除率为CODCr31.2%～41.6%,NH4+-N32.0%～47.9%,TN30.8%～38.9%,TP21.3%～38.9%.实验组和抑菌对照组对污染物的去除率在第一次降雨期间较为接近,主要的去除机制是土壤和植物根系的吸附截留作用.第二次降雨期间,实验组COD、NH4+-N、TN、TP的去除率比抑菌对照组分别提高10.2%、6.8%、4.6%和8.6%;除吸附截留作用外,微生物分解作用增强,土壤生化作用强度高于第一次降雨.降雨间隔期土壤微生物数量增加,呼吸作用增强,氮素循环活跃.由于土壤的呼吸作用和植物根系的吸收作用,土壤有机质和全氮含量降低,土壤得到再生.抑菌对照组土壤再生能力相对较差.研究结果为城市绿地系统及生态型排水系统的建设提供了指导依据.图4表2参16     

玉米修复芘污染土壤的初步研究

采用60d室内盆栽试验,研究了玉米CT38(ZEAMAYSL.)对多环芳烃芘污染土壤的修复作用.结果表明,无论种植玉米土P系列、无植物对照土M系列(无植物且添加叠氮化钠的灭菌土)和对照土W系列(无植物未灭菌土)中芘的可提取浓度都随着时间的推移逐渐减少,种植玉米加快了土壤中可提取态芘浓度的下降.在芘处理浓度为10—100mg.kg-1的污染土壤中,种植玉米CT38的土壤中芘的去除率达81.9%—89.3%,分别比无植物对照土M系列和对照W系列中芘的去除率高67.5%—70.9%和26.2%—47.0%.玉米也可积累少量芘,但积累量所占芘去除量的比例不足0.3%,植物吸收不是芘去除的主要机理.种植玉米增强了土壤中脱氢酶和脲酶等酶活性,从而促进了植物-根圈微生物体系对芘的生物降解.     

芘污染土壤的根瘤菌-植物修复效应研究

土壤多环芳烃(PAHs)的污染已经成为了全球性的热点问题,微生物-植物联合修复技术是解决土壤有机污染的一种低耗高效的新型修复技术。以往作为目标污染物,绿豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum),紫花苜宿根瘤菌(Rhizobium meliloti)为供试微生物,选用绿豆(Vigna radiata L.)、紫花苜蓿(Medicago sativa L.),黑麦草(Lolium perenne L.)和花生(Arachis hypogaea L.)作为修复植物。采用盆栽实验,研究在100 mg·kg-1污染条件下,接种根瘤菌对植物修复法污染土壤效果的影响。结果表明:培养60d后,4种植物均提高了芘污染土壤的pH,并提高了土壤脱氢酶的活性,其中种植绿豆的效果最好,其次为花生。此外,4种植物均提高了土壤中芘的去除率,提高幅度依次为绿豆(33.70%)花生(21.63%)黑麦草(10.55%)苜蓿(7.72%)。接种根瘤菌后发现,绿豆和花生根瘤数显著高于对照组,苜蓿与根瘤菌没有结合,而黑麦草则不和根瘤菌共生。根瘤菌对土壤中pH有一定的提高作用,但效果不显著。此外,根瘤菌提高了绿豆、花生和紫花苜蓿的生物量以及绿豆和花生处理组土壤的脱氢酶活性。并提高了绿豆和花生对土壤中芘的去除率,分别为4.10%和2.02%。研究表明:种植绿豆对土壤芘的去除率最高(94.63%),根瘤菌能与其根系结合良好,强化了绿豆修复芘污染土壤的能力,结果可为微生物-植物修复芘污染土壤提供新的参考。     

人工湿地土壤微生物生物量碳与污水净化效果的关系

微生物在人工湿地污水净化过程中发挥着重要作用,微生物生物量碳是微生物的重要表征之一.为探讨人工湿地土壤微生物量碳与污水净化效果的关系,以表面流人工湿地为研究对象,分别研究了不同植物人工湿地土壤微生物生物量碳和净化效果的时空变化及其相关性.结果显示,4种植物湿地表层(0-5 cm)微生物生物量碳极显著高于深层(15-20 cm)的测量值(P<0.01).人工湿地污染物去除效果与微生物生物量碳具有相同的季节变化规律,都呈单峰型的季节格局,夏秋季较高,冬春季较低.微生物生物量碳与人工湿地COD、BOD5和TN的去除呈显著正相关(P<0.05).水鬼蕉湿地具有较高的微生物生物量碳,而污染物去除率一般较低,这表明不同湿地微生物生物量碳与污染物去除率的相关性呈现不确定性.     

典型根系分泌物成分对人工湿地去除雌激素的影响

人工湿地是一种简单、经济的生态型水处理技术,有研究表明利用人工湿地去除类固醇雌激素(SEs)具有一定的效果。天然雌激素雌酮(E1)和人工合成雌激素17-α乙炔基雌二醇(EE2)是环境中典型的类固醇雌激素,目前对人工湿地去除SEs的研究多集中在去除效率方面,机理研究缺乏。文章研究了不同浓度的典型根系分泌物成分草酸和咖啡酸对人工湿地去除模拟污水中E1和EE2的影响。结果表明:在进水流量为139μL·min-1,水力停留时间为5 d情况下,随着根系分泌物质量浓度的增加,9种不同类型的潜流湿地对E1平均去除率分别为34.3%(50 mg·L-1)、41.5%(100 mg·L-1)、55.8%(200 mg·L-1),对E2平均去除率分别为21.3%(50 mg·L-1)、29.6%(100 mg·L-1)、42.9%(200 mg·L-1),说明在一定范围内(50~200 mg·L-1),根系分泌物质量浓度的增加能促进人工湿地对E1、EE2的去除。利用荧光原位杂交(FISH)法分析湿地植物根区微生物数量。草酸、咖啡酸质量浓度各为50、100、200 mg·L-1时,细菌数量分别为6.0×106、7.2×106、11.2×106个·g-1。结果表明:根系分泌物质量浓度越高,湿地细菌数量越多,E1的生物降解作用越强。分析根系分泌物去除率与SEs去除率的关系发现:随着草酸、咖啡酸添加量的增加,其去除率逐渐降低,E1去除率增高。总之,根系分泌物共代谢可以增强人工湿地中SEs的降解作用。     

混种模式对土壤中PAHs污染的强化修复作用

以菲、芘为多环芳烃(PAHs)的代表,选择多环芳烃初始浓度在20.05~322.06 mg·kg-1的污染土壤为研究对象,采用温室盆栽的方法,选用三叶草(Trifolium repens)单种、紫花苜蓿(Medicago sativa)单种和三叶草-紫花苜蓿混种3种模式,通过测定实验70 d后土壤中PAHs的浓度,研究不同种植模式下植物对PAHs污染的去除效果和修复机制。结果表明,(1)在实验浓度范围内,在三叶草和紫花苜蓿混种模式下,土壤中PAHs的去除率最高,明显高于单种模式。在70 d的实验期间,约有75.47%的菲和68.28%的芘被降解,而单种模式下三叶草和紫花苜蓿对菲的降解率分别为31.79%和64.03%,对芘的降解率分别为27.97%和52.18%。(2)相同污染水平下,茎叶部PAHs的含量低于根部,菲的含量低于芘,混种模式下植物体内PAHs的含量低于单种模式下的含量。(3)生物作用对土壤中菲的去除率在三叶草、紫花苜蓿组和混合组中分别为26.69%、58.98%和69.84%,对芘的去除率分别为25.29%、48.98%和65.86%,明显高于非生物作用。在生物作用中植物-微生物的联合效应是最主要的,在三叶草组、紫花苜蓿组和混合组中对菲、芘的去除率分别为6.95%、34.85%、42.95%和6.3%、26.78%、38.98%。微生物作用在各种模式下相同,混种模式下,植物作用、植物-微生物联合效应均高于单种模式。说明借助多物种混合种植模式对改善PAHs污染土壤修复效果、减少植物体内PAHs积累和缓解生态风险具有可行性。     

石油污染物的微生物降解研究

以炼油厂污水池底泥中分离的3株细菌和3株真菌为供试微生物,陕北黄土(0～20 cm)制备的土壤悬浮液为土壤微生物对照,灭菌培养基为非生物降解对照,研究不同组合微生物的生长动态及对石油烃的降解率.将不同组合的微生物接种到石油烃质量浓度为10000 mg·L-1的液体培养基中,29 ℃±1 ℃,摇床连续培养50 d.于0 ～72 h内取样,进行微生物生长动态检测;于5～50 d定期取样,考察培养基中石油烃降解率的动态变化.结果表明:单独外源菌降解效果优于混合外源菌和土著微生物,25 d后土著微生物生物降解率超过混合外源菌.外源细菌、外源真菌、混合外源菌和土著微生物50 d生物降解率分别为71.54 %,60.13 %,47.26 %和51.49 %.土壤细菌对石油污染物具有较强的生长适应性,外源细菌降解效果最好.     

不同生物质炭对辽河油田石油污染土壤总烃及各组分修复效果研究

中国东北油田开采区大量土地质量下降,石油污染治理与修复已经引起高度重视。通过对比各生物质炭理化性质差异及其对辽河油田石油污染土壤的修复效果,在修复石油污染土壤的同时,推进东北地区农业资源综合利用,对石油污染修复具有实际意义,对制备改性生物炭具有指导作用。以玉米(Zea mays)秸秆、芦苇(Phragmites australis)秸秆和松针(Pinusarmandi)为生物质材料在300℃条件下制备生物炭,测定其产率、灰分、pH值,并利用BET、能谱分析、扫描电镜和红外光谱等技术对不同生物质炭进行性质表征,通过40d的石油污染土壤修复试验对比不同生物质炭对总石油烃及各组分烃类的修复效率。结果表明,各生物质炭物化性状存在明显差异,松针生物炭扫描电镜呈层状结构,玉米秸秆生物炭具有孔状轮廓但孔隙内部覆有碎片,芦苇秸秆生物炭孔隙结构清晰且具有深度,比表面积为93.47 m~2·g~(-1)。经不同生物质炭40 d修复后,不同处理总石油烃及各组分烃类去除效果:芦苇秸秆生物炭玉米秸秆生物炭松针生物炭CK(对照组)。所有处理组中石油烃各组分的去除效果:饱和烃芳香烃非烃类物质,各组分烃类呈现不同降解规律。生物炭可提高石油污染土壤中总石油烃及各组分烃类物质的去除效果,其中芦苇秸秆生物炭对石油污染土壤的修复效率最高。     

养分(磷)吸收机理模型的应用研究──Ⅱ.模型参数的敏感性分析

采用Claassen的养分吸收机理模型探讨了玉米与大豆幼苗磷吸收过程中的参数敏感性,结果表明：在一般土壤与施肥条件下,玉米与大豆幼苗吸收磷的高度敏感性参数或重要限制因素为根系伸长速率与根半径;在相同土壤供磷条件下,供试大豆幼苗根系的磷摄取能力远低于玉米幼苗根系的磷摄取能力,其原因归结于两者在根系最大养分流Imax与根系伸长速率K两个敏感性参数上的差异;玉米与大豆幼苗磷吸收过程中三种根毛参数的敏感性均较低,这主要与土壤供磷水平较高有关;土壤含水量在玉米幼苗磷吸收过程中表现了极高的敏感性,当土壤含水量降低时,土壤养分供应参数对玉米幼苗磷吸收的敏感性与限制作用均增大。     

植物-微生物修复石油烃污染土壤与根际微生态环境变化

石油烃作为一类持久性难降解有机污染物对土壤环境质量产生严重的危害。以天津大港油田原油污染土壤中筛选出的耐低温高效石油烃降解菌为靶细胞,以小麦、紫花苜蓿作为供试植物,利用盆栽试验,对植物-外源菌协同修复体系中的脱氢酶活性和土壤微生物多样性进行研究,分析其变化及其与石油烃降解率的关系。结果表明植物-微生物协同修复对石油烃具有较好的降解能力,其中小麦-固定化外源菌组具有最高的降解率,石油烃含量从最初的30 600 mg獉kg-1下降为24 300 mg獉kg-1,降解率为20.6%,并且其试验后期石油烃的降解率最大,远远高于其他时期,表现出良好的修复潜力。外源菌投加的初始阶段会迅速提高脱氢酶活性,然而这种影响随着降解时间延长而逐渐减弱。初期脱氢酶活性与总石油烃的降解存在较好的相关性,脱氢酶活性可以在一定程度上表征土壤石油烃的降解情况。微生物多样性与总石油烃降解也存在一定的相关性。     

养分(磷)吸收机理模型的应用研究──Ⅲ.定量评价适应机制对玉米与大豆幼苗P吸收的作用

采用Claassen的养分吸收机理模型定量评价了不同土壤条件下,机理模型中未考虑的其它适应机制对玉米与大豆幼苗P吸收的作用。结果表明：同样土壤养分胁迫条件下,供试玉米与大豆幼苗的其它适应机制对P吸收的贡献率分别为1/4与1/5;土壤养分胁迫、土壤水分胁迫、土壤供N形态、土壤性质及土壤供Ca水平或pH值对这一P吸收适应机制的作用程度均有一定的影响,土壤水分胁迫能明显加强这一适应机制对玉米幼苗P吸收的作用;粘质棕红壤上养分胁迫与水分胁迫同时作用时,这一适应机制对玉米幼苗P吸收的贡献率可达69％。     

Effects of fertiliser and intercropping on cadmium uptake by maize

This study investigated the effect of fertilisation and intercropping on the uptake of cadmium (Cd) by maize plants (Zea mays L. var. Guangtian-2). Maize was intercropped with soybean, peanut, chickpea, alfalfa, adzuki bean, garden pea, amaranth, Chinese mustard, and flowering Chinese cabbage. The results showed that most legumes substantially enhanced Cd uptake by maize under different fertiliser treatments. Cd accumulation in the leaf tissues of maize was increased by garden pea to 1.5 times the amount in the control (maize alone) with PK fertiliser. Maize intercropped with garden pea absorbed 1225 μg plant^?1 Cd and transferred 925.9 μg plant^?1 Cd to above ground tissues. Adzuki bean proved as the most valuable intercrop for enhancing Cd extraction from soil by maize owing to its relatively large maize bioconcentration factor of 5.9 and large transfer factor of 0.47 in the no fertiliser treatment. The results suggest that legumes caused a greater effect than non-legumes on Cd concentration in maize under different fertilisers; application of NPK fertiliser had positive effects on Cd level in intercropped maize.     

Mercury contamination and health risk to crops around the zinc smelting plant in Huludao City,northeastern China

The Huludao zinc plant in Liaoning province, northeast China was the largest in Asia, and its smelting activities had seriously contaminated soil, water and atmosphere in the surrounding area. For the first time, we investigated the total mercury (THg) content in maize, soybean, broomcorn, 22 vegetables, and the soil around their roots from eight sampling plots near the Huludao zinc plant. THg contents of the seeds of maize, soybean, and broomcorn are 0.008, 0.006, and 0.057 mg kg⁻¹, respectively, with the broomcorn being the highest, exceeding the maximum level of contaminant in food (GB2762-2005) by 4.7 times. The edible parts of vegetables are also contaminated with a range of mercury contents of 0.001–0.147 mg kg⁻¹ (dry weight). THg contents in plant tissue decrease in the order of leaves > root > stalk > grain. Using correlation analysis, we show that mercury in the roots of these plants is mainly derived from soil, and the uptake of gaseous mercury is the predominant path by which the mercury accumulated in the foliage. The average and maximum mercury daily intake (DI) of adult around the Huludao zinc plant via consuming vegetables are 0.015 and 0.051 μg/kg/d, respectively, and those of children are 0.02 and 0.07 μg/kg/d, respectively. The average and maximum weekly intakes of total mercury for adult are 2.1 and 7.1%, respectively, of the provisional tolerable weekly intake (PTWI), and 2.8 and 9.7%, respectively, of the PTWI for children.     

华北平原夏玉米季化肥氮去向及土壤氮库盈亏定量化探索

为提高华北平原夏玉米种植体系的氮肥利用率、减少氮肥对环境的污染,对前人的15N示踪试验数据进行整理核算,分析肥料氮、作物氮、土壤氮三者之间的关系,探明夏玉米季化肥氮的去向及土壤氮库的盈亏情况。结果表明：华北平原地区玉米产量最高时施氮量平均为190 kg·hm-2;秸杆吸氮量高于籽粒,且吸氮量随施氮量增加而升高,土壤残留量和损失量有随施氮量增加而增加的趋势;土壤氮库盈亏量与施氮量之间呈现线性极显著正相关,在秸秆50%和100%还田的两种条件下,施氮量为198 kg·hm-2和137 kg·hm-2时,土壤氮库达到平衡;推荐施氮条件下夏玉米对氮肥的吸收利用率远高于传统施氮,过量施氮会引起作物产量和氮肥利用率降低的负效应,增加土壤氮素残留和损失;施氮量在40~360 kg·hm-2范围内时,3种秸秆处理方式下,氮肥各去向绝对量与施氮量之间均呈显著线性相关关系;而氮肥各去向比率与施氮量之间只有地上部吸收率和籽粒吸收率与施氮量之间呈显著线性相关关系。由此,明确了华北平原夏玉米合理施氮量：秸秆50%还田时,为198 kg·hm-2;秸秆100%还田时,为137 kg·hm-2,揭示了华北平原夏玉米施氮量与土壤氮库盈亏量呈线性极显著正相关。这为确定华北平原夏玉米合理施氮量,提高氮肥利用率,避免肥料浪费及其对环境的危害提供了理论依据。     

Plant Bioavailability of “natural” and “model” Humic acid‐bound [14c] Atrazine residues

The release of bound [14C] atrazine residues and their uptake by maize plants was investigated.

“Natural”; humic acids, extracted from a brown soil, and “model”; humic acids, prepared from catechol, both containing bound [14C] atrazine residues were incubated with plants in soil. After 21 days, the maize plants contained 0.7% (plants grown in soil mixed with “natural”; humic acids) to 1.7% (plants grown in soil mixed with “model”; humic acids) of the radioactivity originally introduced.

The roots contained 55 to 70% of the [14C] residues whereas the remainder was present in the shoots. A significant amount of the total [14C] residues (29 to 53%) became again bound in plant tissues, whereas the, majority of extractable [14C] residues was present in the form of conjugates.

The behaviour of “model”; humic acid‐bound residues was comparable to that of “natural”; humic acid‐bound residues or soil‐bound residues.     

Biologische Sanierung von Rüstungsaltlasten

Many sites of former ammunition plants are contaminated with the explosive 2,4,6-trinitrotoluene, its derivatives and reduction products. Such nitroaromatic compounds have a high human and ecotoxic potential. Plant uptake of these organic pollutants is known and could be confirmed under field conditions. In this paper rhizospheric soil was analyzed to characterize the effect of vegetation on TNT-contaminated soil. Common beans (Phaseolus vulgaris) were used as test plants. The experiments were performed on two areas with different TNT concentrations. The data reveal a significant decrease of extractable TNT in rhizospheric soil by a factor of 5 to 6 during the vegetation period. On the area with high TNT concentration, an enrichment of nitroaromatic compounds in root tissue was found compared to the rhizospheric soil. Aminodinitrotoluene could be confirmed as the primary pollutant in the root. These results refer to a potential application of plants to biological remediation of soil contaminated with ammunition-specific pollutants.     

Uptake and translocation of selenium by maize (Zea mays) from its environmentaly important forms

Pot culture studies were conducted to examine the effect of selenite (SeO3(2-)) and selenate (SeO4(2-)) on the uptake and translocation of root absorbed selenium in maize Zea mays plants grown in sand and soil culture. Increasing selenium supplementation (0.5-6.00 microg/ml), increased the selenium retention in roots, but there was little transfer of selenium from shoot to grains. The study indicates that selenite species (less mobile) also accumulates in maize plants when supplied in solution form. Selenium does not cause any adverse effect on the maize plants (dry matter yield vs concentration, no significant correlation, p>0.05).