陇东黄土高原土壤环境因子对石油污染土壤生态修复的响应研究
发布时间：2020-04-01 13:26
【摘要】：生物修复以其成本低、环境友好、无二次污染等优势已成为环保领域首选的生态恢复技术,其中植物-微生物联合修复技术近年来备受关注,但在实施过程中该技术易受多种环境因子影响,包括植物根际微环境的生物学及非生物学环境因子,进而影响了联合修复效果。陇东黄土高原地区干旱少雨、土壤贫瘠,植物分布具有明显地域性,在该地区基于“物种适生性”,利用当地适生植物联合土著石油降解菌群实施植物-微生物修复石油污染土壤,具重要的理论和实践意义。本研究以陇东地区土著石油降解菌构建的“适生”降解菌群,联合当地“适生”植物紫花苜蓿(Medicago sativa.)、非洲菊(Gerbera jamesonii)对低中高浓度油污土壤(10000、30000、50000 mg/kg)开展了为期4个月的盆栽修复试验,设置未处理组(CK)、微生物菌剂修复组(M)、紫花苜蓿修复组(Z)、非洲菊修复组(F)、微生物菌剂+紫花苜蓿联合修复组(M+Z)、微生物菌剂+非洲菊联合修复组(M+F)和微生物菌剂+紫花苜蓿+非洲菊的联合修复组(M+Z+F)7种处理。修复结束分别测定了供试植株生理指标、根际土壤养分和酶活性、石油烃降解率及土壤微生物群落多样性,并将上述环境因子拟合至不同修复处理方式的非度量多维尺度分析(NMDS)排序图上,以明确陇东黄土高原地区土壤环境因子对石油污染土壤植物-微生物联合生态修复的响应,为该地区实施土壤场地修复提供科学依据。①利用石油无机盐培养基分离筛选了5株石油降解菌株G1、G2、G3、G4、G5,初步鉴定为:Gi苍白杆菌属(Ochrobactrum),G2不动杆菌属(Acinetobacter),G3芽孢杆菌(Lysinibacillus),G4博代氏杆菌属(Bordetella)和G5假单胞菌属(Pseudomonas);以降解率较高的G1、G3和G5进行L9(33)正交试验,确定菌株投加量为1:3:3时石油烃降解效率可达82.59±0.12%,此混合菌剂用于后续修复实验。②盆栽试验结果表明,随着土壤石油烃含量的增加,供试植物非洲菊和紫花苜蓿根长、株高、生物量干湿重及根冠比均明显降低(P0.01);可溶性糖对不同浓度石油胁迫的响应不尽相同,非洲菊可溶性糖含量随油污浓度增加而逐步升高(P0.05),而紫花苜蓿可溶性糖含量则先升后降(P0.05);两种供试植物的丙二醛(MDA)、叶绿素含量、抗氧化物酶活性均与油污浓度呈显著性正相关(P0.05);综合而言,非洲菊的抗逆性高于紫花苜蓿。③土壤酶活性方面,Z处理组的土壤过氧化氢酶(CAT)活性显著高于F处理组(P0.05);其次,土壤脱氢酶活性(DHA)随油污浓度的增加整体呈先升后降趋,石油烃浓度为中高度时,M+F和M+F+Z处理组该酶活性均明显高于其他处理(P0.05);土壤脲酶(UE)活性以M+Z组在低浓度油污时最高(P0.05),而高度油污联合修复组(M+F、M+Z和M+F+Z)该酶活性反而低于植物修复组(F和Z)(P0.05);中低油污浓度影响下各处理组均可有效提升土壤转化酶(CE)活性(P0.05),重度污染下F和M+F+Z组该酶活性明显高于其他处理(P0.05);中低浓度石油烃的影响下F处理组土壤纤维素酶(CAS)活性最高(P0.05)。总之,紫花苜蓿具有较高油污耐受性的同时也能够有效提升土壤CAT活性,而非洲菊除土壤CAS活性外,应对不同浓度油污土壤均可有效提升DHA、PPO和CE活性。④土壤理化性质方面,Z处理组土壤氮素含量均高于高于F组(P0.05),单一植物联合微生物菌剂处理组(MT+F和M+Z)氮含量介于M+F+Z组和其他各组(M、F和Z)之间(P0.05);其次,各处理组土壤磷含量均高于CK组,且M+F+Z处理组明显高于其他处理(P0.05);M+F+Z处理组土壤速效钾含量均明显低于M+F和M+Z处理组(P0.05),高度油污土壤非洲菊参与的各处理组(F、M+F及M+F+Z)全钾及速效钾含量明显高于其他处理(P0.05),说明非洲菊应对重度石油烃污染时表现出更高的抗逆性。经对各处理组的石油烃降解率分析发现,不同种类植物联合微生物菌剂表现出的石油烃转化效率不尽相同(P0.05),增加适生植物多样性可显著提升石油烃降解率。⑤土壤微生物群落多样性指数来看,高度油污土壤M+Z处理组Shannon-Winner指数(H)明显高于其他处理(P0.05);其次,非洲菊所参与的处理(F、M+F和M+F+Z)Patrick丰富度指数(S)无显著性差异的同时又显著高于Z组和M+Z组,即紫花苜蓿和非洲菊对于土壤微生物Patrick丰富度指数的影响存在种属分异,且此种分异所导致的土壤微生物丰富度指数的变化与多样性指数变化呈相似变化规律;第三,不同油污土壤中6种生物修复处理组的土壤微生物群落Pielou均匀度指数(J)均显著高于各自CK组(P0.05),但各处理组间无显著差异,即不同适生植物在应对不同油污浓度土壤均可有效改善植株际微生物分布,提高微生物群落均匀度,进而加速石油降解过程。⑥为明确各处理组土壤环境因子应对不同石油烃浓度影响的响应,基于Bray-Curtis相异指数,将测定的16项土壤环境因子拟合到不同修复处理的非度量多维尺度(NMDS)排序图,经Pearson相关性分析,低浓度油污土壤Z和M+Z处理组分布在NMDS排序图分异于其他处理的土壤环境因子主要有土壤UE(R2=0.8027,P=0.014)、全磷(R2 = 0.7364,P=0.019)和碱解氮(R2=0.6416,P=0.037);中度油污土壤DHA、CE、CAS活性、Pielou均匀度指数(J)和Shannon-Winner多样性指数(H)是F、Z处理组明显分异于其他处理组的主要环境因子,Pearson相关性分析结果显示,R2 DHA 活性-Pielou均勾度指数=0.994,R2CE活性-Shannon-Winner多样性指数=0.922,R2CAS活性-Shanno-Winner多样性指数=0.793;其次,造成M、M+F、M+Z和M+Z+F处理组分异的环境因子主要包括速效钾、速效磷、PPO、CAT活性及Patrick丰富度指数(S),CAT活性分别与速效磷、PPO活性和Patrick丰富度指数呈显著性正相关性(P0.05);在高浓度油污土壤中引起M+F、M+Z和M+Z+F处理组分异于其他处理组的环境因子有速效磷、CAT、DHA和PPO活性,结合相关性分析,R2DHA活性-速效磷=0.999(P0.01),R2DHA活性-CAT活性=0.500(P0.05),R2cAT活性-pPO 活性=0.922(P0.01),说明在高浓度油污影响下,石油烃的毒害作用使得土壤环境因子发生较大改变的同时,非洲菊、紫花苜蓿根际作用缓解了重度油污对于土壤环境因子的抑制效应。
【图文】：
逦逦ａ邋ｗａｙｓ邋Ｌ．）、向日葵（／／ｅ／／加／ｚｗｓ逦Ｌ．）逦５００ｄ逦９５．５％、９６．１邋ｖｃ／＞７ｅ邋ｍ似（Ｌ．）邋Ｍｅｒｒ．）逦５００ｄ逦８７．６％【１Ｍｒａｂｉｌｉｓｊａｌａｐａ邋Ｌ．）逦１２７ｄ逦４１．６１％＞６３＿２而（办／0？邋（Ｌｉｎｎ．）邋Ｐｅｒｓ．）逦１２０ｄ逦５８．６７％［４（Ｍｅｃ／ｉ’ｃａｇｏ邋ｓａｆｉｖａ邋Ｌ．）逦－逦９１．０８％－９６．０Ｆｅｓｔｕｃａ邋ａｒｕｎｄｉｎａｃｅａ）逦２４０ｄ逦５５％［４４］逡逑（Ｌｏｌｉｕｎ邋ｐｅｒｅｎｎｅ）逦２２０ｄ逦５６％【４５］逡逑物修复主要机制逡逑段，对植物修复机制的阐述主要有：植物的提取、转化、及挥发等［４６］，具体如表１－３所示。逡逑表１－３植物修复主要机制逡逑Ｔａｂｌｅ邋１－３邋Ｍａｉｎ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｏｆ邋Ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ邋ｏｉｌ邋Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ逦＾＼Ｍ逦代表植物根部摄取土壤油污逦东南景天（Ｓｅｄｕｍ邋ａ！ｆｒｅ植物降解、吸收油污逦美ＸＭＣａｎｎａｓ）逡逑与微生物协同作用降解逦葛属植物根系吸收土壤油污逦养菜（Ｂｒａｓｓｉｃａ邋ｊｉｍｃｅ降低环境中污染物的有效性逦高羊＇茅（ｆｅｓｔｕｃａ邋ａｒｖｅｒｎ吸收油污到体内，，转化为气体形式排放于大气逦梨S玻ǔ撸觯恚┲参
本文编号：2610513
【图文】：
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