題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 植物用于化學(xué)修復(fù)受污染土壤的毒性分析
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 能源化工
- 大類(lèi)：
- 自然科學(xué)類(lèi)學(xué)術(shù)論文
- 簡(jiǎn)介：
- 該作品是國(guó)家863重點(diǎn)資助項(xiàng)目，主要針對(duì)石油污染土壤的植物修復(fù)問(wèn)題展開(kāi)討論，主要目的是篩選出適合的植物品種，清除土壤中的石油烴。實(shí)驗(yàn)利用溶劑萃取法、紫外分光光度法等化學(xué)方法，統(tǒng)計(jì)法、類(lèi)比推理等數(shù)學(xué)方法，得到最終結(jié)論：在修復(fù)輕度石油烴污染土壤時(shí)，優(yōu)選綠豆作為修復(fù)植物，而在修復(fù)較高濃度的石油烴污染土壤時(shí)，則優(yōu)選蠶豆作為修復(fù)植物。 對(duì)于目前亟需解決的土壤石油污染問(wèn)題，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果有著重要的參考價(jià)值。
- 詳細(xì)介紹：
- 植物用于化學(xué)修復(fù)受污染土壤的毒性分析 自然科學(xué)類(lèi)學(xué)術(shù)論文 申請(qǐng)人： 劉錫洋 指導(dǎo)教師：廉景燕 論文提綱 由于在石油的開(kāi)采、使用過(guò)程中會(huì)引起一系列的環(huán)境問(wèn)題，石油污染越來(lái)越受到人類(lèi)的關(guān)注。實(shí)驗(yàn)證明：石油污染土壤化學(xué)修復(fù)法處理含油污泥比較徹底，可將大部分石油物質(zhì)提取回收，但引起土壤部分物理性質(zhì)的變化。 為對(duì)化學(xué)修復(fù)后污染土壤效果進(jìn)行檢測(cè)，選擇幾種適宜在石油污染土壤環(huán)境中生長(zhǎng)植物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；并采用溶劑修復(fù)法修復(fù)石油污染土壤作為受試土壤；配制相同濃度原油污染土壤作為對(duì)照。利用高等植物獨(dú)立試驗(yàn)方法，以植物的植株高度、生物量、根系長(zhǎng)度及污染土壤中石油濃度的變化作為生態(tài)指標(biāo)對(duì)石油污染土進(jìn)行毒理分析。主要結(jié)論如下： 1. 不同的作物種子對(duì)石油污染表現(xiàn)出不同的耐受性. 對(duì)比無(wú)污染土壤，大多數(shù)豆科植物都表現(xiàn)出對(duì)石油有一定的耐受性,其中受石油烴污染影響最嚴(yán)重的是黑麥草和蒲公英。 2. 與相同濃度原油污染不同，使用有機(jī)溶劑洗過(guò)土壤長(zhǎng)勢(shì)普遍較相同濃度原油污染土壤差。 3. 豆科類(lèi)植物較之禾科類(lèi)植物黑麥草、及菊科類(lèi)植物蒲公英受到石油污染物的影響更小。本實(shí)驗(yàn)采用了索氏提取法萃取土壤中的石油烴，并用紫外分光光度儀測(cè)量出石油的具體含量，得出幾種豆科植物吸收的石油量。相比之下，七組濃度處理下蠶豆具有較高的耐受性和生物量，因而具有修復(fù)石油污染土壤的潛力。 第一章 前言 1.1 選題意義 隨著石油類(lèi)污染土壤面積的迅速擴(kuò)大,如何經(jīng)濟(jì)有效地加以修復(fù)和控制已成為當(dāng)今環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域一大技術(shù)難點(diǎn)。鑒于石油污染的危害性及石油污染的全球性，近年來(lái)，世界各國(guó)開(kāi)始重視污染土壤的治理技術(shù)的研究，污染土壤的修復(fù)技術(shù)研究成為當(dāng)前環(huán)境保護(hù)工程科學(xué)和技術(shù)研究的一個(gè)新熱點(diǎn)。歐美國(guó)家先后投入大量的人力物力進(jìn)行被污染土壤的修復(fù)和治理，石油污染土壤處理己經(jīng)形成了一種環(huán)保產(chǎn)業(yè)，許多大型公司致力于快速而高效地進(jìn)行常規(guī)的石油治理和應(yīng)付突發(fā)性石油泄漏事故。而在我國(guó)，有關(guān)土壤中石油污染處理的研究目前還處在起步階段，形勢(shì)相對(duì)比較緊迫。現(xiàn)有的修復(fù)方式包括物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)等。 化學(xué)修復(fù)技術(shù)是利用污染物與修復(fù)劑的化學(xué)反應(yīng)對(duì)土壤中的污染物進(jìn)行固定、氧化、分離、提取，來(lái)降低土壤中污染物含量的一種環(huán)境化學(xué)技術(shù)。石油污染土壤的化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要有萃取法、土壤洗滌法、化學(xué)氧化法等?；瘜W(xué)修復(fù)技術(shù)是利用污染物與修復(fù)劑的化學(xué)反應(yīng)對(duì)土壤中的污染物進(jìn)行固定、氧化、分離、提取，來(lái)降低土壤中污染物含量的一種環(huán)境化學(xué)技術(shù)。石油污染土壤的化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要有萃取法、土壤洗滌法、化學(xué)氧化法等。實(shí)驗(yàn)證明采用多級(jí)逆流萃取流程，脫油率可達(dá)85%以上，土壤含油濃度理論上可達(dá)植物修復(fù)濃度。因此需對(duì)不同植物進(jìn)行相關(guān)毒性分析，以便對(duì)化學(xué)修復(fù)方法進(jìn)行評(píng)估，并為后續(xù)植物修復(fù)階段提供一定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 1.2 植物的篩選 進(jìn)行植物毒理分析及修復(fù)的一個(gè)重要問(wèn)題就是要選擇適宜的植物種類(lèi)。在植物選擇上，植物對(duì)污染物的同化能力是需要優(yōu)先考慮的一個(gè)重要方面。研究表明，不同植物之間同化有毒物質(zhì)的能力存在顯著差異。其次，理想的修復(fù)植物應(yīng)具有易存活、生長(zhǎng)快、適應(yīng)性強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)等特點(diǎn)。植物的根是植物與污染物最密切接觸的部分,根系的發(fā)育狀況在很大程度上決定了根圈的降解效率。從以往研究看，單子葉植物的纖維狀根系統(tǒng)比雙子葉植物粗大的根系統(tǒng)覆蓋的表面積更大，因而降解效率更高。因此，在選擇修復(fù)植物時(shí)，根及根圈的物理形態(tài)要重點(diǎn)考慮。但鑒于豆科植物對(duì)溫度要求低，易成活，有強(qiáng)大的須根系，可以最大可能地提供微生物活動(dòng)的根表面積，能夠適應(yīng)多種有機(jī)污染物，并且生長(zhǎng)旺盛，有較大的生物量，根系深，能夠穿透較深的土層，所以本實(shí)驗(yàn)主要對(duì)黃豆、綠豆、蠶豆、青豆等豆科植物進(jìn)行了研究。 1.3 高等植物毒理實(shí)驗(yàn) 目前已建立的高等植物毒理實(shí)驗(yàn)的3種方法分別為：種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)、根伸長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)和早期植物幼苗生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)通過(guò)植物在污染條件下根系發(fā)育的狀況、生物量減少的程度或植物的耐污特性等對(duì)污染進(jìn)行診斷。最初這類(lèi)實(shí)驗(yàn)主要用于純化學(xué)品的毒性檢驗(yàn)，但隨著土壤污染生態(tài)毒理評(píng)價(jià)的需求，該方法的應(yīng)用范圍已擴(kuò)展到廢物傾倒點(diǎn)，土壤污染現(xiàn)場(chǎng)以及土壤生物修復(fù)過(guò)程中。有關(guān)這方面的研究已有較多報(bào)道，關(guān)于有機(jī)污染物的植物毒性相應(yīng)已受到研究者的關(guān)注，但選用多種植物進(jìn)行植物毒性的劑量-效應(yīng)關(guān)系及符合污染效應(yīng)研究的報(bào)道甚少。 以高等植物種子發(fā)芽抑制率、生物量及對(duì)石油的吸收程度進(jìn)行土壤污染生態(tài)毒理效應(yīng)研究,是從生態(tài)毒理學(xué)角度衡量土壤環(huán)境質(zhì)量和土壤污染的重要方法。為了篩選出適合的修復(fù)植物，污染土壤中種子的發(fā)芽實(shí)驗(yàn)已得到廣泛的應(yīng)用。 1.4植物修復(fù)石油污染土壤的機(jī)理 植物修復(fù)即利用植物修復(fù)和消除由有機(jī)毒物和無(wú)機(jī)廢物造成的土壤環(huán)境污染, 而實(shí)際上植物修復(fù)是利用土壤- 植物- 微生物組成的復(fù)合體系來(lái)共同降解污染物的。 A. 直接吸收與代謝 B. 植物揮發(fā)和吸附 C. 根系釋放的酶和根系分泌物的催化降解 1.5本實(shí)驗(yàn)研究的主要內(nèi)容如下： 1.同種植物在不同石油濃度的土壤中的生長(zhǎng)比較，通過(guò)測(cè)量種子發(fā)芽率、植株高度、生物量、根系長(zhǎng)度等參數(shù)研究石油對(duì)植物的生長(zhǎng)影響； 2.不同植物種類(lèi)在相同石油濃度的土壤中的生長(zhǎng)，觀察植物的生長(zhǎng)狀況，確定石油對(duì)不同植物的影響大??； 3.通過(guò)測(cè)量不同植物修復(fù)的土壤石油含量，判斷各種植物修復(fù)效果的大小。 第二章 實(shí)驗(yàn)部分 2.1實(shí)驗(yàn)材料、儀器與試劑 2.1.1實(shí)驗(yàn)材料 1.實(shí)驗(yàn)用土： 無(wú)污染土壤采自天津理工大學(xué)主校區(qū)0-20cm旱地表層土，土壤為粉砂壤土。 2.供試原油： 采自山東勝利油田。 3.供試植物： 豆科植物的選擇主要是由于石油污染土壤中的C/N較高，而C/N是影響微生物活性的一個(gè)重要指標(biāo)，豆科植物具有固氮的功能，能夠調(diào)節(jié)C/N，從而提高微生物活性，促進(jìn)污染物的降解，并且可以減少氮肥的施入，也是從處理費(fèi)用考慮。禾本科植物具有較大的須根系，能夠?yàn)槲⑸锾峁└蟮母砻婷娣e。并且實(shí)驗(yàn)植物常選用受污染區(qū)內(nèi)代表性較強(qiáng)的糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物，在進(jìn)行植物修復(fù)的同時(shí)，能夠帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。本實(shí)驗(yàn)選擇的豆科植物是黃豆、綠豆、蠶豆及青豆。 通過(guò)查閱文獻(xiàn)知黑麥草黑麥草、蒲公英能促進(jìn)根際土壤中菲等多環(huán)芳烴的降解，且有良好的效果；蔥具有生長(zhǎng)快，發(fā)芽率高，對(duì)環(huán)境要求低，因此也被選為實(shí)驗(yàn)植物。 供試植物種子購(gòu)自天津市華苑綜合市場(chǎng)及津沽老農(nóng)，見(jiàn)表2.1。 表2.1 供試植物一覽表 種子 發(fā)芽率 產(chǎn)地 純度 黃豆 ≥90% 天津 ≥95% 綠豆 ≥85% 天津 ≥95% 蠶豆 ≥85% 天津 ≥95% 青豆 ≥85% 天津 ≥95% 黑麥草 ≥85% 北京 ≥98% 蒲公英 ≥85% 北京 ≥95% 蔥 ≥85% 北京 ≥95% 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器 本實(shí)驗(yàn)使用的儀器及其型號(hào)如表2.2所示： 表2.2 實(shí)驗(yàn)儀器 器材 型號(hào)或規(guī)格 來(lái)源或產(chǎn)地 電子天平 JJ200 常熟雙杰測(cè)試儀器廠 循環(huán)水多用真空泵 SHB-Ⅲ 鞏義市英裕高科儀器廠 標(biāo)準(zhǔn)篩 20目 上虞市五星沖壓篩具廠 索氏提取器 150ml 天津市北辰區(qū)光明玻璃儀器廠 電熱鼓風(fēng)干燥箱 DL-101-3 天津市中環(huán)實(shí)驗(yàn)電爐有限公司 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 RE-52AA 上海亞榮生化儀器廠 磁力加熱攪拌電熱套 DHT 山東華魯電熱儀器有限公司 臺(tái)式恒溫振蕩器 QE-1 天津市歐諾儀器儀表有限公司 U-3310紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì) U-3310 日立HITACHI 2.1.3 實(shí)驗(yàn)試劑 本實(shí)驗(yàn)中使用的試劑如表2.3所示： 表2.3 實(shí)驗(yàn)試劑 試劑名稱(chēng) 規(guī)格 來(lái)源或產(chǎn)地 石油醚（30℃-60 ℃） 分析純 天津市江天技術(shù)有限公司 丙酮 分析純 天津大學(xué)科威公司 2.2 實(shí)驗(yàn)步驟 2.2.1污染土壤的制備 取一定量的過(guò)20目篩的無(wú)污染土壤，將其放入四個(gè)1000ml的大燒杯中，向每個(gè)燒杯分別加入20g、10g、5g、1g的石油，加入石油醚，用玻璃棒攪拌10分鐘左右靜置，使土壤與石油混合均勻，將配制好的土置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上蒸發(fā)回收石油醚， 取出處理好的土壤，把每種濃度的土壤分為七份，每份大約稱(chēng)125g，置于放有紙墊的花盆中待用（貼上標(biāo)簽，注意區(qū)分濃度）。 取一定量的油田污染土壤置于四個(gè)錐形瓶中，向每個(gè)錐形瓶中加入約四倍體積的石油醚，搖勻后放入恒溫振蕩器中振蕩半個(gè)小時(shí)，溫度設(shè)為25攝氏度，然后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸將石油醚回收，蒸干后再將錐形瓶放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥，取出干燥過(guò)的污染土壤，用研缽將洗過(guò)的土壤研細(xì)后分別與無(wú)污染土壤按1:2、1:4、1:9比例混合均勻，再將每種比例的土壤分別放入七個(gè)墊有紙墊的花盆中待用（貼上標(biāo)簽，注意區(qū)分濃度）。 因此本實(shí)驗(yàn)共有20g/kg、10g/kg、5g/kg、1g/kg，洗土比無(wú)污染土為1:2、1:4、1:9這七種濃度的土壤。 2.2.2盆栽實(shí)驗(yàn) 先將黃豆、綠豆、蠶豆、青豆、黑麥草、蒲公英、蔥種子浸泡在水中24小時(shí)，待種子發(fā)出嫩芽后取出晾干，然后再將種子分別種植到八種濃度的土壤中，總計(jì)五十六盆。黃豆每盆種10粒種子，綠豆每盆20粒，蠶豆每盆5粒，青豆每盆10粒，黑麥草、蒲公英、蔥都是50粒（第一次澆足水）。 2.2.3栽培后管理及實(shí)驗(yàn)記錄 及時(shí)適量的保證土壤中水分（每天澆一次水），每天對(duì)所有的花盆中的植物種子觀察并記錄其發(fā)芽狀況，直到所有的花盆都不再發(fā)芽為止（后來(lái)枯萎的不算）。發(fā)芽后觀察植物的生長(zhǎng)變化，并測(cè)量其植株高度（取平均值）。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖2.1所示： 2.3分析指標(biāo)及測(cè)定方法 2.3.1 分析指標(biāo) 1. 土壤中石油含量對(duì)植物存活率、植株高度的影響 2. 土壤中石油含量對(duì)植物生物量的影響 3. 土壤中石油含量對(duì)植物根系長(zhǎng)度的影響 4. 不同植物對(duì)石油污染土壤的修復(fù)效果 2.3.2 測(cè)定方法 1. 植株高度 從種子出土開(kāi)始，每天定時(shí)測(cè)量植物的莖高度，由種子的發(fā)芽數(shù)，算出各種植物在不同石油濃度的土壤中植株高度的平均值，剛出土的植物植株高度可視為零，然后繪出不同植物的生長(zhǎng)高度在不同環(huán)境下的變化趨勢(shì)。以此來(lái)了解石油污染土壤對(duì)各種植物生長(zhǎng)的影響大小。 2. 植物生物量的測(cè)定 生長(zhǎng)一段時(shí)間后，將植物從花盆中取出，并將根部的粘土洗干凈后放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥，待植物體中的水分蒸發(fā)完之后用研缽將其研碎，其他花盆的以此類(lèi)推，研碎后用電子天平稱(chēng)其重量即為植物的生物量。再統(tǒng)計(jì)出不同植物在含有不同石油濃度土壤中生長(zhǎng)一段時(shí)間所具有的生物量，定性的了解石油污染土壤對(duì)各種實(shí)驗(yàn)植物生長(zhǎng)的影響。 第三章 結(jié)果與討論 3.1 土壤中石油含量對(duì)植物成活率、植株高度的影響 觀察結(jié)果顯示，不同植物種類(lèi)之間對(duì)同一濃度的石油烴污染有不同的響應(yīng)，同種植物在不同石油濃度的污染土壤中響應(yīng)也不同。 圖3.1展示出不同植物在石油烴污染脅迫下的植物成活率。其中橫向表示土壤中的石油含量，縱向表示不同種類(lèi)植物在不同石油烴濃度脅迫下植物成活率。 圖3.1 不同石油濃度對(duì)植物存活率的影響 由圖3.1可以看出，在用原油直接配制的污染土壤中，植物在10g/kg的土壤中成活率最大，而且相對(duì)于空白濃度的土壤來(lái)說(shuō)，加入一定量石油的土壤對(duì)這七種植物都起到了促進(jìn)作用，成活率大都較空白濃度的偏高，說(shuō)明這個(gè)濃度的石油污染土壤對(duì)植物的生長(zhǎng)起到了一定的促進(jìn)作用。其中綠豆成活率最高，說(shuō)明綠豆受這個(gè)濃度的污染土壤的影響最小。蒲公英的成活率最低，幾乎為零，可能存在兩種原因，一是其受石油的影響最大，不適合做植物修復(fù)石油污染土壤的候選植物；二是種子質(zhì)量存在問(wèn)題，可能由于種子保存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，影響發(fā)芽。 其次，在經(jīng)石油醚洗過(guò)的油田污染土壤與無(wú)污染土壤混合的情況下，實(shí)驗(yàn)植物總體長(zhǎng)勢(shì)較差，黑麥草、蒲公英幾乎沒(méi)長(zhǎng)出來(lái)，有可能在洗土過(guò)程中一部分有機(jī)質(zhì)被石油醚溶解而脫離土壤，致使土壤養(yǎng)分流失，導(dǎo)致其生長(zhǎng)受限。從下圖看出黃豆、綠豆的成活率隨著石油濃度的減少而增大，蠶豆、青豆和蔥受石油的影響程度最小，長(zhǎng)勢(shì)最旺盛，尤其在1:4的土壤中達(dá)到了100%，說(shuō)明在這種石油濃度下，污染土壤對(duì)蠶豆、青豆、蔥其到了促進(jìn)作用。 8種石油烴濃度污染土對(duì)7種作物生長(zhǎng)發(fā)育影響效果圖及植株高度在不同石油濃度的污染土壤中隨生長(zhǎng)時(shí)間的變化趨勢(shì)（兩種不同配制的土壤石油烴濃度從左至右依次減小,左邊四盆為用石油直接配制的污染土壤，右邊四盆為油田土壤經(jīng)石油醚洗過(guò)后與無(wú)污染土壤混合污染土壤）如下： 圖3.2不同石油烴濃度污染土對(duì)黃豆生長(zhǎng)發(fā)育的影響 圖3.3 黃豆植株高度在不同石油濃度的污染土壤中隨生長(zhǎng)時(shí)間的變化趨勢(shì) 圖3.4不同石油烴濃度污染土對(duì)綠豆生長(zhǎng)發(fā)育的影響 圖3.5 綠豆植株高度在不同石油濃度的污染土壤中隨生長(zhǎng)時(shí)間的變化趨勢(shì) 圖3.6不同石油烴濃度污染土對(duì)蠶豆生長(zhǎng)發(fā)育的影響 圖3.7 蠶豆植株高度在不同石油濃度的污染土壤中隨生長(zhǎng)時(shí)間的變化趨勢(shì) 圖3.8不同石油烴濃度污染土對(duì)青豆生長(zhǎng)發(fā)育的影響 圖3.9 青豆植株高度在不同石油濃度的污染土壤中隨生長(zhǎng)時(shí)間的變化趨勢(shì) 圖3.10不同石油烴濃度污染土對(duì)黑麥草生長(zhǎng)發(fā)育的影響 圖3.11 黑麥草植株高度在不同石油濃度的污染土壤中隨生長(zhǎng)時(shí)間的變化趨勢(shì) 圖3.12不同石油烴濃度污染土對(duì)蒲公英生長(zhǎng)發(fā)育的影響 圖3.13 蒲公英株高度在不同石油濃度的污染土壤中隨生長(zhǎng)時(shí)間的變化趨 圖3.14不同石油烴濃度污染土對(duì)蔥生長(zhǎng)發(fā)育的影響 圖3.15 蔥植株高度在不同石油濃度的污染土壤中隨生長(zhǎng)時(shí)間的變化趨勢(shì) 圖3.16 不同植物在不同石油濃度的污染土壤中最終植株高度比較 由圖3.16可以看出豆類(lèi)植物受石油污染土壤的的影響較小，甚至生長(zhǎng)比一般的土壤更為茂盛。在用原油直接配制的污染土壤種植的植物生長(zhǎng)趨勢(shì)呈現(xiàn)波浪形，10g/kg的土壤中植物生長(zhǎng)最為茂盛，其次為20g/kg、1g/kg、5g/kg，說(shuō)明在這四種濃度的土壤中10g/kg的石油濃度最適合豆類(lèi)生長(zhǎng)，并且對(duì)豆類(lèi)植物生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用，尤其是蠶豆和黃豆最適合在石油污染土壤種植。青豆、黑麥草、蔥的生長(zhǎng)狀況與一般土壤相差不大，對(duì)石油也有一定的抵抗力，也是適合做石油污染土壤的修復(fù)植物種類(lèi)；在這七種植物中，蒲公英的長(zhǎng)勢(shì)最差，說(shuō)明石油對(duì)蒲公英的影響比較大，石油污染土壤中不適合種植蒲公英，因此不能做為植物修復(fù)的候選植物。 在用石油醚洗過(guò)的油田污染土壤與一般土壤混合的花盆中，除了蠶豆之外其他的長(zhǎng)勢(shì)普遍較差，而且隨著石油濃度的減少生物量呈遞增趨勢(shì)，說(shuō)明在經(jīng)洗過(guò)的土壤中植物的生物量是與石油濃度反正比，石油濃度越大生物量越小。另外，在洗土過(guò)程中，石油醚有可能會(huì)溶解土壤中的有機(jī)質(zhì)及其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，導(dǎo)致土壤中養(yǎng)分流失，最終使得植物生長(zhǎng)狀態(tài)不佳。 3.2 土壤中石油含量對(duì)植物生物量的影響 由于實(shí)驗(yàn)進(jìn)度等因素，本實(shí)驗(yàn)對(duì)植物生物量的研究只限于豆科植物。下圖為不同植物在不同石油濃度的污染土壤中生物量比較： 圖3.17 不同植物在不同石油濃度的污染土壤中生物量的比較 從圖3.17可以看出，在用原油直接配制的污染土壤種植的植物生物量比較大，其中黃豆、綠豆的生物量基本上呈現(xiàn)兩邊大中間小的趨勢(shì)，而且這兩種植物的生物量相對(duì)于在一般土壤中較大，顯示了它們對(duì)石油烴污染的較強(qiáng)耐受性；本實(shí)驗(yàn)中受石油烴污染物影響最小的是蠶豆，在這四種土壤中，10g/kg石油含量的土壤是其生長(zhǎng)的最佳濃度，生物量最大，對(duì)石油烴的耐受性最大。青豆則受到了一定的影響，相比較空白濃度土壤生物量減少。 用洗過(guò)的土壤栽培的植物生物量普遍較小，其中黃豆、綠豆在1:2的土壤中生物量特別小，土壤中石油烴對(duì)其抑制作用最大，說(shuō)明在此石油烴濃度的土壤中不適合種植黃豆、綠豆，對(duì)土壤的修復(fù)作用甚微。但蠶豆展現(xiàn)出了很好的生存能力，顯示了對(duì)石油烴污染的較強(qiáng)耐性。也就是說(shuō),本實(shí)驗(yàn)中受石油烴污染物影響較小的是蠶豆，尤其是當(dāng)石油烴濃度為1:4時(shí),其植物的生物量與清潔土壤對(duì)照組生物量相比,不僅沒(méi)有受到影響反而促進(jìn)了其生長(zhǎng)，起到了肥料的作用。青豆在1：2的土壤中生物量接近為零，但在1:4、1:9的土壤中生長(zhǎng)比較好，生物量都比清潔土壤中的要大，說(shuō)明青豆適合在低濃度的石油烴污染土壤中生長(zhǎng)。 3.3土壤中石油含量對(duì)植物根系長(zhǎng)度的影響 目前已建立的高等植物毒理實(shí)驗(yàn)方法有三種。如種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)、根伸長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)及植物早期生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)通過(guò)植物在污染條件下根系發(fā)育的狀況、生物量減少的程度或植物的耐污特性等對(duì)污染進(jìn)行診斷。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)植物根伸長(zhǎng)狀況，確定不同植物毒性的敏感性，該研究可為篩選土壤有機(jī)污染敏感指示植物提供實(shí)驗(yàn)科學(xué)依據(jù)。下圖為不同植物在不同石油濃度的污染土壤中根系長(zhǎng)度的比較： 圖3.18不同植物在不同石油濃度的污染土壤中根系長(zhǎng)度的比較 由圖3.18所示，在用原油直接配制的污染土壤中，黃豆在石油含量為5g/kg的土壤土壤中根系長(zhǎng)度最長(zhǎng)，在石油含量為20g/kg的土壤中最短，而且隨著石油濃度的降低根系長(zhǎng)度也有升高的趨勢(shì)，綠豆在10g/kg的土壤中根系最長(zhǎng)，20g/kg的石油含量對(duì)其抑制最大，然后隨著濃度的降低而降低；蠶豆和青豆的根系長(zhǎng)度隨著石油烴含量的變化趨勢(shì)具有很強(qiáng)規(guī)律性，在這四種石油烴含量不同的土壤中，石油含量越大根系長(zhǎng)度越長(zhǎng)，表明石油烴污染過(guò)的土壤可以刺激幼苗的生長(zhǎng)，使幼苗的根系增加。 在經(jīng)石油醚洗過(guò)的油田污染土壤與無(wú)污染土壤混合的情況下，黃豆在1:4的石油烴含量的土壤中根系較長(zhǎng)，濃度增大或減少相對(duì)于1:4的來(lái)說(shuō)都對(duì)其根的伸長(zhǎng)起到了一定的抑制作用，且都比清潔土壤中的要小。綠豆受石油烴的影響比較大，1:2、1:4的土壤中根系長(zhǎng)度幾乎為零，和前面四種土壤比較，顯然用石油醚洗過(guò)的土壤對(duì)植物的抑制較大，也在一定程度上說(shuō)明土壤中的營(yíng)養(yǎng)成分大部分流失。蠶豆的受抑制程度則較小，根系長(zhǎng)度也是在1:4的土壤中最大，且比清潔土壤中的更長(zhǎng)，對(duì)蠶豆的生長(zhǎng)起到的積極作用；青豆則比較適合在洗過(guò)的油田污染土壤與無(wú)污染土壤混合環(huán)境下生長(zhǎng)，根系最為發(fā)達(dá)，呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，就是隨石油烴含量的減少根系長(zhǎng)度增大，且增幅較高。 3.4 不同植物對(duì)石油污染土壤的修復(fù)效果 在植物根際土壤中，由于植物積極改變或調(diào)節(jié)土壤環(huán)境來(lái)促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)和活動(dòng)，同時(shí)隨著根的延伸，土壤集合體變疏松，污染物氧化所需要的氧將沿著根渠進(jìn)入更深的土壤層，加上植物根系本身分泌的有機(jī)質(zhì)和酶，這些因素?zé)o疑將有利于土壤中石油烴的降解。另外，不同植物根際環(huán)境中石油的降解率差異可能主要與植物根際及其分泌物特別是酶類(lèi)的不同有關(guān)。圖3.19展示了不同植物在不同石油濃度的污染土壤中降解石油烴量： 圖3.19不同植物在不同石油濃度的污染土壤中降解石油烴的效果對(duì)比 從圖3.19可以直觀地看出，在用原油直接配制的污染土壤中，綠豆的降解效果最好，在石油含量為10g/kg的污染土壤中效果尤為明顯，說(shuō)明在這個(gè)濃度下最能最大發(fā)揮綠豆的降解能力，高于或低于這個(gè)濃度的污染土壤，綠豆單位生物量降解的石油烴都會(huì)有所下降，低濃度的降解效果最差；黃豆對(duì)石油烴的降解量是隨著石油烴濃度的增加而增加的，且增幅較大，對(duì)高石油烴濃度的污染土壤有較好的修復(fù)效果；蠶豆在這種土壤中的石油烴降解效果則最差，但也有明顯的規(guī)律性，就是隨著石油烴濃度的增大降解的量就越大，在高石油烴濃度的污染土壤中有很大的潛力；青豆的情況與綠豆比較相似，都是在10g/kg的污染土壤中降解石油烴最多，且高于或低于這個(gè)濃度的污染土壤，其單位生物量降解的石油烴都會(huì)有所下降，低濃度的降解效果最差，但總體效果不如綠豆好。 由于其他豆科植物在經(jīng)石油醚洗過(guò)的油田污染土壤與無(wú)污染土壤混合的環(huán)境中生長(zhǎng)狀況比較差，生物量比較小，所以在此僅討論蠶豆的修復(fù)效果。蠶豆單位生物量降解的石油烴的量尤為突出，在洗土比清潔土壤為1:2的污染土壤中，蠶豆降解石油烴的量達(dá)到了10.6mg，為本實(shí)驗(yàn)所有豆科植物降解石油烴量的最大值，說(shuō)明在這個(gè)濃度下，蠶豆最適合作為石油污染土壤修復(fù)的候選植物。 3.5 結(jié) 論 本文選用黃豆、綠豆、蠶豆、青豆四種豆科植物與黑麥草、蒲公英、蔥及天津地表土壤為研究對(duì)象進(jìn)行室內(nèi)盆栽實(shí)驗(yàn)。以作物種子的存活率、植株高度、植株生物量作為生態(tài)指標(biāo)對(duì)石油污染進(jìn)行毒理分析，以此評(píng)價(jià)不同濃度石油烴污染土壤對(duì)供試植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響及不同植物對(duì)石油烴污染土壤的響應(yīng)，并對(duì)四種豆科植物做了進(jìn)一步的研究，對(duì)經(jīng)這些豆科植物修復(fù)過(guò)的土壤進(jìn)行檢測(cè)，定量地確定各種植物對(duì)石油烴的降解效果，從而篩選能夠適應(yīng)高濃度石油烴污染土壤的植物品種。得出主要結(jié)論如下: 黃豆在用原油直接配制的污染土壤中的存活率、植株高度、生物量、根系長(zhǎng)度普遍比在清潔土壤中的要高，說(shuō)明黃豆對(duì)石油烴具有較強(qiáng)的耐受性，但經(jīng)過(guò)紫外光譜儀分析，其降解石油烴的能力較其他豆科植物要小，因此黃豆雖然對(duì)石油烴污染的土壤具有一定耐受性，但不適合作為修復(fù)污染土壤的植物；綠豆的存活率、植株高度、生物量、根系長(zhǎng)度也普遍比在清潔土壤中的要高，且綠豆單位生物量所降解的石油烴的量較其他三種的要大，因此適合作為低濃度石油污染土壤修復(fù)的植物；蠶豆在石油濃度較低的污染土壤中，存活率、植株高度、生物量及根系長(zhǎng)度受抑制程度都比較小，對(duì)石油烴也有一定的耐受能力，但其在低濃度的石油污染土壤中降解的石油烴量相對(duì)在高濃度的要小的多，在洗土比清潔土壤為1:2的受污染土壤中，蠶豆單位生物量所降解的石油烴量為四種豆科植物中最大，適合作為深度石油烴污染土壤的修復(fù)植物。 綜上所述，在修復(fù)輕度石油烴污染土壤時(shí)，選擇綠豆比較合適，而在修復(fù)較高濃度的石油烴污染土壤時(shí),則可以選擇蠶豆作為修復(fù)植物。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 本作品是針對(duì)日益嚴(yán)重的土壤石油污染問(wèn)題展開(kāi)的。在已知化學(xué)修復(fù)法可將受污土壤中石油大部分提取的前提下，本作品旨在通過(guò)對(duì)多種植物的多種生態(tài)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和分析，進(jìn)而得到能夠使土壤恢復(fù)原有理化特征的再修復(fù)植物。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 1、科學(xué)性：本作品的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作，都在已知理論基礎(chǔ)上進(jìn)行。操作過(guò)程中，小組成員均嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)規(guī)范。2、先進(jìn)性：在先進(jìn)的設(shè)備和實(shí)驗(yàn)條件下，針對(duì)植物種子發(fā)芽率、植株高度、生物量、根系長(zhǎng)度等生態(tài)指標(biāo)進(jìn)行分析，得到準(zhǔn)確的結(jié)論。3、獨(dú)特性：本作品是在對(duì)受污土壤的化學(xué)修復(fù)基礎(chǔ)上，利用植物進(jìn)行再修復(fù)，從而達(dá)到清除土壤中石油烴和恢復(fù)土壤理化特征的效果。在實(shí)驗(yàn)對(duì)照組設(shè)置以及實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備上，也有獨(dú)特的設(shè)計(jì)。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 隨著石油類(lèi)污染土壤面積的迅速擴(kuò)大，如何經(jīng)濟(jì)有效地加以修復(fù)和控制已成為當(dāng)今環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的一大技術(shù)難題。目前普遍運(yùn)用的化學(xué)修復(fù)法，只能將受污染土壤中的石油污染物提取出來(lái)。而本作品所探究的植物修復(fù)則可以在化學(xué)修復(fù)的基礎(chǔ)上，使土壤的理化性質(zhì)得到恢復(fù)。從而根本上清除石油對(duì)土壤的污染，恢復(fù)土壤的生產(chǎn)力。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 由于在石油的開(kāi)采、使用過(guò)程中會(huì)引起一系列的環(huán)境問(wèn)題，石油污染越來(lái)越受到人類(lèi)的關(guān)注。目前主要采用的化學(xué)修復(fù)技術(shù)雖可較徹底地清除土壤污染物，但對(duì)土壤理化性質(zhì)的恢復(fù)沒(méi)有明顯作用。因而，植物修復(fù)技術(shù)以成本低、無(wú)二次污染、自然美觀等特點(diǎn)，正逐步成為未來(lái)石油污染治理研究的重要方向。作品對(duì)化學(xué)修復(fù)后污染土壤效果進(jìn)行檢測(cè)，選擇適宜在石油污染土壤環(huán)境中生長(zhǎng)植物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；并采用溶劑修復(fù)法修復(fù)石油污染土壤作為受試土壤；配制相同濃度原油污染土壤作為對(duì)照。利用獨(dú)立試驗(yàn)方法，以植株高度、生物量、根系長(zhǎng)度及污染土壤中石油濃度的變化作為生態(tài)指標(biāo)對(duì)石油污染土進(jìn)行毒理分析。主要結(jié)論如下：1、不同的作物種子對(duì)石油污染表現(xiàn)出不同的耐受性. 對(duì)比無(wú)污染土壤，大多數(shù)豆科植物都表現(xiàn)出對(duì)石油有一定的耐受性。 2、使用有機(jī)溶劑洗過(guò)土壤長(zhǎng)勢(shì)普遍較相同濃度原油污染土壤差。3、豆科類(lèi)植物較之禾科類(lèi)植物及菊科類(lèi)植物蒲受到石油污染物的影響更小。本實(shí)驗(yàn)采用了索氏提取法萃取土壤中的石油烴，并用紫外分光光度儀測(cè)量出石油的具體含量，得出幾種豆科植物吸收的石油量。七組濃度處理下蠶豆具有較高的耐受性和生物量，因而具有修復(fù)石油污染土壤的潛力。
獲獎(jiǎng)情況
- 論文《石油污染土壤物化修復(fù)前后生物毒性效應(yīng)》于2011年3月發(fā)表于《環(huán)境科學(xué)》第32卷，第3期。 論文《植物用于化學(xué)修復(fù)受污染土壤的毒性分析》在天津理工大學(xué)“第十二屆大學(xué)生課外學(xué)術(shù)作品競(jìng)賽”中，獲得一等獎(jiǎng)。
鑒定結(jié)果
- 該作品研究方向獨(dú)特而具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程嚴(yán)格遵守規(guī)范，所得結(jié)果準(zhǔn)確。對(duì)于目前亟需解決的土壤石油污染問(wèn)題，該作品結(jié)論有著重要的參考價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
- [1] 易秀，楊勝科，胡安焱.土壤化學(xué)與環(huán)境[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007 [2] J.M.亨特著，胡伯良譯. 石油地球化學(xué)和地質(zhì)學(xué)[M]. 石油工業(yè)出版社，1986 [3] 趙佶，呂桂芬，趙麗，等. 落地石油對(duì)對(duì)草原土壤微生物群落的影響及評(píng)價(jià)[J]內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1997,28（4）：541-546 [4] 李芳敏，姚金龍，王瓊山. 修復(fù)石油污染土壤的植物篩選. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2006 [5] 劉曉冰，邢寶山，周克琴，王光華，劉居?xùn)|. 污染土壤植物修復(fù)技術(shù)及其機(jī)理研究. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào). 2005 [6] 李紀(jì)云，李麗，馮成武. 超聲提取——紫外分光光度法測(cè)定土壤中含油量. 分析化學(xué)，2000,28:263 [7] 平立鳳，李振，趙華，胡秀卿，吳敏. 土壤樣品中多環(huán)芳烴分析方法研究進(jìn)展. 土壤通報(bào)，2007 [8] 王麗霞，張敬軒，李揮，張巖. 自動(dòng)索氏提取-高效液相色譜法同時(shí)測(cè)定油炸面制品中的16種多環(huán)芳烴.河北省科學(xué)院學(xué)報(bào)，2009 [9] 李小利，劉國(guó)彬，徐明祥，等. 土壤石油污染對(duì)植物苗期生長(zhǎng)和土壤呼吸的影響. 水土保持學(xué)報(bào)，2007,21（3）：95~98 [10] 趙國(guó)錚，李長(zhǎng)波，張洪林，邱峰. 土壤介質(zhì)中有機(jī)物提取方法研究進(jìn)展. 長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009
同類(lèi)課題研究水平概述
- 近年來(lái)，世界各國(guó)開(kāi)始重視石油污染土壤的治理技術(shù)的研究，污染土壤的修復(fù)技術(shù)研究成為當(dāng)前環(huán)境保護(hù)工程科學(xué)和技術(shù)研究的一個(gè)新熱點(diǎn)。現(xiàn)有的石油污染土壤修復(fù)方式包括物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)等， 一、物理修復(fù)(1)焚燒法：只適于小面積被石油烴類(lèi)嚴(yán)重污染土壤的治理，而且對(duì)焚燒過(guò)程中可能產(chǎn)生有毒物質(zhì)要進(jìn)行收集處理。該方法不適用于大面積污染土壤的原因是處理成本過(guò)高。(2)隔離法：這一方法沒(méi)有破壞石油烴類(lèi)，所以只適合于任何石油烴污染土壤的控制，不能作為永久的治理方法。(3)換土法：換土法是用新鮮未受污染的土壤替換或部分替換原污染土壤，以稀釋原污染物濃度，增加土壤環(huán)境容量。 二、化學(xué)修復(fù)(1)萃取法：本法根據(jù)相似相溶原理，適于油污濃度較高的土壤。(2)土壤洗滌法：將污染土壤破碎，混入足夠的水和洗滌劑，得到土壤、水和洗滌劑相互作用的漿液，從水相中將部分脫除污染物的土壤分離出來(lái)。 三、生物修復(fù) 生物修復(fù)具有費(fèi)用低、處理效果好、對(duì)環(huán)境影響低、無(wú)二次污染、不破壞植物生長(zhǎng)所需要的土壤環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，因此，生物修復(fù)技術(shù)將成為我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域最有價(jià)值和最具生命力的生物處理技術(shù)。 1.微生物修復(fù) 污染土壤的微生物修復(fù)主要利用土壤中的土著微生物或向污染環(huán)境補(bǔ)充經(jīng)馴化的高效微生物，在優(yōu)化的環(huán)境條件下，加速分解污染物，修復(fù)被污染的土壤。 (1)原位生物修復(fù)：即污染土壤不經(jīng)攪動(dòng)，在原位和易殘留部位進(jìn)行處理。包括投菌法、生物培養(yǎng)法、生物通氣法等。(2)異位生物修復(fù)：將污染土壤挖出，在場(chǎng)外或運(yùn)至場(chǎng)外的專(zhuān)門(mén)場(chǎng)地進(jìn)行處理的方法。主要方法有:土壤耕作法、土壤堆腐法、預(yù)制床法、生物反應(yīng)器法等。土壤耕作法、土壤堆腐法是就地處理廢物最早使用的方法之一，并且廣泛應(yīng)用于煉油廠廢油污泥的處理。 2.植物修復(fù) 植物修復(fù)利用植物及其微生物與環(huán)境之間的相互作用，對(duì)環(huán)境污染物質(zhì)進(jìn)行清除、分解、吸收或吸附，使土壤環(huán)境重新得到恢復(fù)。植物修復(fù)的方式有: ①植物提??；②植物降解；③植物穩(wěn)定化。植物修復(fù)技術(shù)與其他修復(fù)技術(shù)相比，具有成本低、對(duì)環(huán)境影響小，能使地表長(zhǎng)期穩(wěn)定，可在清除土壤污染的同時(shí)，清除污染土壤周?chē)拇髿夂退w中的污染物，有利于改善生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。由于這一環(huán)境處理技術(shù)作為一個(gè)單獨(dú)技術(shù)進(jìn)行研究的時(shí)間短(至今只10年左右的時(shí)間)，且研究效果的體現(xiàn)時(shí)間較長(zhǎng)，至今所積累的經(jīng)驗(yàn)仍然較少，但其發(fā)展和應(yīng)用前景卻已被世人所矚目。
![超聲-微波輔助超臨界二氧化碳萃取黃柏?fù)]發(fā)油工藝的研究](/media/pro_project/proimage/2011/7/26/cache/f1907a64-c18f-41cc-88e4-be70434e6d26_120_120.jpg)
