鹽池采油區(qū)污染土壤修復(fù)技術(shù)研究

王春霞 代金霞

摘要：鹽池地處毛烏素沙地向黃土高原過(guò)渡地帶，生態(tài)環(huán)境十分脆弱，是寧夏重要的石油儲(chǔ)藏和生產(chǎn)區(qū)。研究區(qū)屬于鹽池縣較為集中的油田開(kāi)采區(qū)之一，且開(kāi)采時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)土壤環(huán)境造成了一定的影響。本文采用生物修復(fù)技術(shù)對(duì)鹽池采油區(qū)污染土壤進(jìn)行修復(fù)，篩選出了適合鹽堿地區(qū)的高效石油降解菌，并選育出了在石油污染鹽堿土壤中生長(zhǎng)的適地植物堿蓬，建立了適宜鹽堿地區(qū)石油污染土壤生物修復(fù)的技術(shù)，對(duì)寧夏地區(qū)石油污染土壤修復(fù)具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：鹽池;采油區(qū);生物修復(fù);鹽堿地區(qū);石油降解菌;堿蓬

中圖分類(lèi)號(hào)：X741 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）12-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.12.046

Research on remediation technology of contaminated soil in oil producing region of YanChi

Wang Chunxia1，Dai Jinxia2

（1.Ningxia Environmental Science Research Institute Co.，Ltd.，Yinchuan Ningxia 750002，China;

2.School of Life Sciences，Ningxia University，Yinchuan Ningxia 750021，China）

Abstract：Yanchi is located in the transition zone from Maowusu sandy land to loess Plateau，and its ecological environment is very fragile.Also，Yanchi county is an important oil storage and production area in Ningxia.The study area belongs to one of the more concentrated oilfield exploitation areas in Yanchi County，and the exploitation time is long，which has caused certain influence on the soil environment. In this paper，bioremediation technology was used to remediation contaminated soil in YanChi county.Highly efficient oil-degrading bacteria were screened out for saline-alkali area.And than，plants grown in oil-contaminated saline soil were bred-Suaeda glauca Bge.The bioremediation technology of petroleum contaminated soil in saline and alkaline areas was established，which can be used for reference for the remediation of petroleum contaminated soil in Ningxia.

Key words：YanChi;Oil producing region;Bioremediation;Saline-alkali area;Oil-degrading bacteria;Suaeda glauca Bge

鹽池縣地處鄂爾多斯臺(tái)地向黃土丘陵區(qū)的過(guò)渡地帶，境內(nèi)地形地貌較為復(fù)雜，中北部為緩坡丘陵風(fēng)沙區(qū)，南部為黃土丘陵區(qū)。鹽池縣屬典型的溫帶大陸性氣候，年降水量200mm左右，年蒸發(fā)量達(dá)2 100mm，由于自然條件較差，生態(tài)環(huán)境十分脆弱。

鹽池縣是寧夏重要的石油儲(chǔ)藏和生產(chǎn)區(qū)，石油儲(chǔ)量總資源量1.5億t，中石油、中石化在鹽池登記勘探區(qū)塊總面積為8 445km2，基本覆蓋了鹽池全境。研究區(qū)屬于鹽池縣較為集中的油田開(kāi)采區(qū)之一，且開(kāi)采時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)土壤環(huán)境造成了一定的影響。經(jīng)查閱資料，全區(qū)在該區(qū)域開(kāi)展石油污染土壤生物修復(fù)技術(shù)的研究較少見(jiàn)諸報(bào)道。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究成果[1]，土壤修復(fù)方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法，由于物理和化學(xué)技術(shù)修復(fù)成本高，操作困難，存在二次污染等問(wèn)題，限制了其應(yīng)用。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，在生物降解基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的生物修復(fù)技術(shù)取得了很大進(jìn)步并逐漸走向成熟，成為土壤污染最具潛力的修復(fù)技術(shù)之一。生物修復(fù)技術(shù)主要包括微生物修復(fù)和植物修復(fù)及多種修復(fù)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，提高協(xié)同修復(fù)作用。研究結(jié)果表明，微生物和植物在自身生長(zhǎng)繁殖及去除污染物之間具有良好的協(xié)同互利作用，是一種經(jīng)濟(jì)有效的修復(fù)技術(shù)[2]。

目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)石油污染土壤生物修復(fù)的報(bào)道較多，其中向石油污染土壤中投加環(huán)境適應(yīng)強(qiáng)、降解效能高的菌種或菌群是提高石油污染土壤生物修復(fù)效率的主要手段，因此篩選高效石油降解菌株以研制新型土壤修復(fù)劑成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。同時(shí)，一些植物也被用來(lái)進(jìn)行土壤修復(fù)，國(guó)際上Khorshid Razmjoo選擇10個(gè)品種的狗牙根進(jìn)行植物修復(fù)，結(jié)果表明：6個(gè)月后土壤中石油烴有明顯降低。Zhang ZN等概述了西方麥草、大須芒草、側(cè)燕麥格蘭馬草、格蘭馬草、野牛草、鐘形無(wú)芒虎尾草、高羊茅等27中植物均具有修復(fù)石油污染土壤的潛力。

1 研究意義

隨著我國(guó)石油工業(yè)的發(fā)展，受石油污染土地的面積不斷擴(kuò)大，污染程度也日益嚴(yán)重。當(dāng)前我國(guó)石油行業(yè)每年產(chǎn)生的含油污泥多達(dá)80×104t。石油的主要成分有烷烴、苯、甲苯等多種復(fù)雜芳香烴，毒性較大，而且石油粘度大 、粘滯性強(qiáng)，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)形成小范圍的高濃度污染，進(jìn)入土壤后難以去除，長(zhǎng)期還會(huì)影響土壤的通透性，減少土壤肥力，阻礙植物生長(zhǎng)。還會(huì)隨著徑流進(jìn)入周?chē)牧饔蚝偷叵滤?，?duì)油田及周?chē)鷳B(tài)環(huán)境的影響是持久的。

隨著石油產(chǎn)品需求量的增加，大量的石油及其加工品進(jìn)入土壤，給生物和人類(lèi)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)危害，造成了土壤石油污染，這也是世界性的環(huán)境問(wèn)題。近幾年干旱與半干旱地區(qū)的石油污染土壤問(wèn)題成為研究的熱點(diǎn)[2]。本次研究參照國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的石油污染土壤修復(fù)技術(shù)，選擇鹽池縣典型區(qū)域開(kāi)展土壤修復(fù)技術(shù)示范研究。鑒于研究區(qū)土壤同時(shí)呈現(xiàn)鹽堿化和板結(jié)化問(wèn)題，本次研究重點(diǎn)以研制耐鹽堿的高效石油烴降解菌劑為主[3]，同時(shí)選育適合當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境條件的鹽堿地修復(fù)植物，以期為寧夏地區(qū)石油污染土壤生物修復(fù)提供借鑒。

2 研究方法

本次研究采用室內(nèi)微生物降解菌分離培養(yǎng)和野外修復(fù)植物培育相結(jié)合的方法，分述如下。

2.1 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)微生物修復(fù)研究

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)以寧夏鹽池縣采油區(qū)石油污染土壤作為樣品來(lái)源，用分離培養(yǎng)基篩石油降解菌，對(duì)篩選出的單一菌株進(jìn)行富集培養(yǎng)，測(cè)定其生理生化特征，并確定其降解石油烴的適宜條件;通過(guò)室內(nèi)搖床培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)各菌株對(duì)原油中不同組分的降解性能[4]，并在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬其對(duì)原油污染土壤的修復(fù)，以期為鹽池地區(qū)石油污染土壤的微生物修復(fù)提供高效菌源和理論依據(jù)。

2.2 野外植物修復(fù)研究

在開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室內(nèi)微生物修復(fù)研究的同時(shí)，選擇芨芨草、駱駝刺、堿蓬和蘇丹草作為供試植物開(kāi)展野外植物修復(fù)研究。通過(guò)前期大量的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和資料分析，野外修復(fù)實(shí)驗(yàn)區(qū)設(shè)置了不同的對(duì)照區(qū)，分別采用翻耕和不翻耕對(duì)照、施肥與不施肥對(duì)照、不同植物種類(lèi)對(duì)照等方式，測(cè)定不同植物對(duì)石油烴的降解率。修復(fù)期間定期對(duì)不同修復(fù)區(qū)進(jìn)行翻土、澆水、施肥，并采樣測(cè)定不同區(qū)域內(nèi)植物生長(zhǎng)期間土壤中石油烴的含量，將降解效果好的作為土壤修復(fù)適地植物。

3 結(jié)果與討論

3.1 結(jié)果

⑴篩選出了適合鹽堿地區(qū)的高效石油降解菌并確定了其降解石油烴的適宜條件，制備了微生物修復(fù)菌劑，測(cè)定了其降解石油的效率。以研究區(qū)土壤作為樣品，以石油烴作為唯一碳源，采用篩選培養(yǎng)基和連續(xù)富集篩選的方法，從研究區(qū)土壤中分離出多個(gè)石油降解菌并從中篩選出8株高效菌，這些菌株表現(xiàn)出相對(duì)較好的降解能力，且具備較強(qiáng)的鹽堿耐受性，隸屬于紅球菌屬的S24和S18菌株降解能力最強(qiáng)。生理生化反應(yīng)和16SrRNA基因序列鑒定結(jié)果顯示，研究區(qū)土壤中石油降解菌多樣性豐富，包括常見(jiàn)的假單胞菌、紅球菌屬、微桿菌屬和諾卡氏菌屬等，其中假單胞菌和鏈霉菌是主要優(yōu)勢(shì)類(lèi)群，而B(niǎo)ordetella 和Isoptericola作為石油降解菌尚未見(jiàn)報(bào)道，這在一定程度上豐富了石油降解菌的資源庫(kù)。土壤微生物修復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，石油污染土壤室溫處理60d后，與不加菌的土壤對(duì)照相比，以篩選出的高效菌株S18和S24制備的單一菌劑對(duì)土壤總石油烴的降解率分別為42.9%和50.0%，而二者制備的復(fù)合菌劑的降解效果要顯著強(qiáng)于單一菌劑，降解率達(dá)到60.7%，可有效去除土壤中的石油污染物，具備進(jìn)一步開(kāi)發(fā)為微生物菌劑的潛能。

⑵在野外植物修復(fù)實(shí)驗(yàn)中，4種供試植物都不同程度受到了脅迫，發(fā)芽率分別為：芨芨草40.45%、堿蓬62.33%、駱駝刺45.67%、蘇丹草41.02%，白刺15.11%。植物生長(zhǎng)初期，受到鹽分和石油烴的雙重脅迫，降解效果不明顯，隨著生長(zhǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，堿蓬、駱駝刺、芨芨草長(zhǎng)勢(shì)較好，但蘇丹草成活率較低，呈逐漸發(fā)黃、枯死的變化趨勢(shì)。第145d時(shí)4種供試植物的降解率分別為：堿蓬32.6%、芨芨草27.3%、駱駝刺11.5%、蘇丹草5.6%。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，堿蓬是土著的優(yōu)勢(shì)植物，在發(fā)芽率、長(zhǎng)勢(shì)等方面優(yōu)于其他供試植物，降解效果優(yōu)于其他幾種公式植物。修復(fù)期間補(bǔ)植的芨芨草生長(zhǎng)較緩慢，原有芨芨草修復(fù)期間經(jīng)翻耕、澆水、施肥后長(zhǎng)勢(shì)較好，具有一定的降解效果。駱駝刺種子發(fā)芽率低、幼苗生長(zhǎng)緩慢，降解效果受研究時(shí)間的限制不理想。蘇丹草在初期發(fā)芽率雖優(yōu)于駱駝刺，但受土壤環(huán)境的脅迫影響較大，整個(gè)修復(fù)期長(zhǎng)勢(shì)不好，且生長(zhǎng)期短，8月下旬開(kāi)始出現(xiàn)葉子發(fā)黃、枯死現(xiàn)象，對(duì)石油烴降解效果不明顯，不適宜用于鹽堿環(huán)境中植物修復(fù)。

3.2 討論

⑴篩選的高效石油降解菌群在室內(nèi)環(huán)境中具備較好的石油降解效果，在野外石油污染場(chǎng)地的修復(fù)中能否發(fā)揮積極作用還有待驗(yàn)證。污染場(chǎng)地中存在多種微生物，這些微生物對(duì)所添加的菌劑是促進(jìn)還是抑制，土著微生物的群落結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生什么樣的變化，還有待于深入研究。

⑵植物修復(fù)也存在一定的局限性，如植物修復(fù)的周期過(guò)長(zhǎng)、過(guò)程緩慢;植物修復(fù)對(duì)土壤類(lèi)型、土壤肥力、氣候、水分、鹽度、酸堿度、排水與灌溉等自然和人為條件有一定要求;污染物只能局限在植物根系所能延伸到的區(qū)域內(nèi)，一般不超過(guò)20cm土層厚度，才能被有效清除。因此，開(kāi)展微生物-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)研究是提高修復(fù)效率、縮短修復(fù)時(shí)間的一種有效辦法?，F(xiàn)場(chǎng)修復(fù)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明堿蓬作為鹽堿植被重建的生態(tài)修復(fù)工具，選擇堿蓬修復(fù)鹽堿環(huán)境中的石油污染土壤具有很大的優(yōu)勢(shì)。但堿蓬在修復(fù)過(guò)程中對(duì)土壤pH、含鹽量、有機(jī)質(zhì)、土壤養(yǎng)分、微生物數(shù)量等的影響機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)語(yǔ)

本次研究建立了適宜鹽堿地區(qū)石油污染土壤的生物修復(fù)技術(shù)，制備了微生物復(fù)合菌劑，挑選具備較強(qiáng)產(chǎn)表面活性劑能力的菌株進(jìn)行復(fù)合菌群的構(gòu)建并進(jìn)行土壤修復(fù)實(shí)驗(yàn)。復(fù)合菌劑的降解效率達(dá)到了60.7%，顯著高于單一菌劑，為石油污染土壤的修復(fù)提供更多理論依據(jù)。選育出了在鹽池地區(qū)石油污染鹽堿土壤中生長(zhǎng)的適地植物—堿蓬，形成的研究成果可為寧夏地區(qū)石油污染鹽堿土壤生物修復(fù)提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2020-09-12

作者簡(jiǎn)介：王春霞（1981-），女，漢族，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)。