土壤石油污染的生物修复技术

采用生物修复技术对土壤石油有机污染进行治理以效率高、安全性好、无二次污染、易于管理而受重视。文章结合国内外的最新研究成果。对生物修复的处理过程、技术工艺等方面进行了论述。     

石油类污染场地土壤与地下水污染调查实例分析

以冀中平原某石油类污染场地为例,从污染源分布勘察、场地水文地质模型建立、土壤及地下水的现场调查入手,采用物探、坑探、钻探综合调查技术和定深取样等一些取样方法,对不同深度土壤及地下水的有机污染进行调查和样品分析。结果表明:整个场地的土壤和地下水受到不同程度的污染,30m深度内包气带和饱水带已被污染,50m深度的地下水中有有机污染物检出,石油类场地的污染特征主要表现为土壤及其地下水中含有高浓度单环芳烃和卤代烃。且单环芳烃在土壤与地下水中的浓度高于其它有机污染物。     

土壤石油微生物降解影响因子的正交实验分析

利用微生物来降解土壤中的石油类污染物，是当前应用前景最好的土壤石油处理方法。多种因素同时制约着石油类污染物的生物降解。为了定量化各因素对彼此的影响，探求促进正向作用、抑制负向作用的途径，为各因素制定适宜的施用时间顺序以及施用量，以最大限度地加快降解速度，笔者设计了本文中的生物降解实验。结果表明，使用多因素复合处理方法可以在土壤石油处理中收到很好的效果；在实验的不同阶段，各影响因素的重要性及最优水平也会不同程度地变化。     

地下水曝气工程技术研究——以德州胜利油田地下水石油污染治理为例

为了研究地下水石油污染现场曝气治理效果,在胜利油田石油开采区进行了地下水现场曝气治理技术研究。采用溶解氧浓度法研究了曝气操作条件(曝气深度、曝气压力和曝气流量)对地下水石油污染曝气治理技术的影响。实验结果表明:在相同曝气压力和流量下,曝气深度越大,影响半径越大,但影响区内的气流分布越稀疏;相反,曝气深度越小,则曝气影响半径越小,但在影响区内空气流线分布越密。气流分布密度和曝气影响半径随曝气压力和流量增大而增大,但存在一个最佳限值;现场曝气存在气流分布不对称现象,是由于土壤介质的渗透性不均匀所致。地下水曝气技术对地下水石油污染治理效果显著,但曝气操作条件对该技术影响较大,需根据地质条件通过现场曝气试验确定。     

广西岩溶区土壤修复对策研究——以桂林奶牛场为例

土壤是人类生存的基本资源,土壤在岩溶区生态重建中有着重要的地位。通过实验数据分析探讨了土壤肥力、土壤含水率、土壤酸碱度等变化对广西岩溶区土壤生物多样性和土壤修复的影响。试验发现,优良牧草可在短期内快速修复岩溶区的土壤环境,不同牧草和灌木品种对土壤修复的作用不同,采用牧草与灌木混种的方式进行土壤修复是今后值得重视的途径。     

秸秆还田对岩溶区与非岩溶区土壤酶活性影响的对比研究

通过室内模拟试验,研究了岩溶区棕色石灰土与非岩溶区红壤对玉米秸秆有机物料降解过程中土壤pH值、秸秆降解率和酶活性的变化特征.结果表明:秸秆降解期间,土壤pH值在前期有下降的趋势,后期慢慢回升;秸秆降解速度最快主要集中在降解的最初30 d,之后呈缓慢上升趋势,到98d基本达到平衡,降解速度大大减慢;过氧化氢酶的变化不明显,土壤蔗糖酶、脲酶、纤维素酶和蛋白酶活性都在不同程度上呈现"前期上升,中期下降,后期上升" 的变化趋势.因素比较结果表明:除蛋白酶的活性是非岩溶区的大于岩溶区外,其它的基本上都是岩溶区的大于非岩溶区;从降解率来看也是岩溶区的要稍高于非岩溶区.由此认为,秸秆在岩溶区土壤中的降解作用比非岩溶区更强.     

土壤覆盖区划分地质单元的化探方法探讨——以云南易门地区为例

选择云南易门地区作为研究试验区, 采用微量元素主成分因子-泛克里格模型对地球化学弱信息进行增强, 建立了判识隐伏断裂或地质单元界线的地球化学标志, 对在土壤覆盖区划分不同地质单元的地球化学依据进行了初步探讨。经与地质填图结果对比, 证明该方法在实践工作中是可行的, 对指导土壤覆盖率高、地表地质工作难度较大的地区的地质工作具有重要的指导意义。     

浅覆盖区土壤化学成分与基岩化学成分的关系及其意义——以大兴安岭北部地区为例

以大兴安岭北部地区为例，研究了浅覆盖区土壤与基岩化学成分的关系。指出浅覆盖区残积型土壤主要造岩元素组合继承了基岩元素组合特征；在岩石风化成土过程中，元素再分配和迁移使土壤中大多数元素（氧化物）含量产生明显的“均一化”。在此基础上，对土壤地球化学异常的识别与评价问题进行了讨论并提出了建议。     

岩溶地下河污染物运移特征及自净能力 ——以广西里湖地下河为例

以广西里湖地下河为研究对象,通过观测地下河系统中污染物的运移行为来研究其自净过程。于不同季节沿着地下河的径流方向进行一个水文年的调查取样。结果发现地下河主要受到NO₂-N、NH₄+-N、COD和As、Cd、Hg等重金属的污染。污染物从地表进入岩溶含水层,到达地下河出口时部分污染物浓度衰减明显,说明一些离子有明显的自净能力。因地下河的结构和部分管道半充水状态、明暗流交替等水文地质条件,地下河的自净机制主要是物理过程的稀释作用和化学过程的氧化还原反应。通过对比地下河主要离子的衰减量和衰减速率,发现衰减比例最高的为铵态氮,最低为保守元素氯离子。根据衰减速率,将水中的离子和微量元素分为4种衰减特征类型:TFe、Al和Zn一旦进入岩溶含水层后全部衰减;K、Na、Mg、F、Cl、HPO₄和TP在洞穴伏流段具有最高的衰减速率;来自生活和工业污染的NH₄-N、COD_Cr、BOD₅从上游至下游逐渐减少;Mn、 Ba和Hg从明流转为伏流时衰减速率最快,但在洞穴伏流内存在二次悬浮。     

贫Cd碳酸盐岩发育土壤Cd的富集与超常富集现象——以贵州岩溶区为例

通过对贵州岩溶区19条风化剖面Cd分布特征的研究, 初步揭示了贫Cd碳酸盐岩发育的土壤中Cd的富集机制及Cd含量的约束因素。①贫Cd基岩发育的土壤同样可以导致Cd的明显富集, 甚至超常富集, 且含量峰值通常位于土壤层底部(T1)。②Cd在基岩中通常优先赋存在酸不溶相, 另一方面, 由于基岩酸不溶物含量一般极低, 酸溶相的Cd占全岩Cd的比例仍处于绝对优势。在富Cd的基岩酸不溶物基础上, 叠加了来自酸溶相中Cd的贡献, 是岩溶区土壤Cd普遍富集的原因。③土壤中Cd的含量与其在基岩或基岩酸不溶物中的含量均不相关。T1中Cd的含量受制于Cd在基岩酸不溶物中的含量、基岩酸溶相Cd占全岩中Cd的质量百分数、T1中Cd的亏损率的共同约束。有利于Cd在T1中超常富集的最佳条件是: Cd在基岩酸不溶物中含量高、基岩酸溶相Cd占全岩中Cd的比例大、T1中Cd的亏损率小。另外, 对于由基岩酸不溶物残余累积形成的土壤层, T1为其发育起点, Cd在T1中含量高, 通常在土壤层中也高, 反映出一般风化剖面的发育特征。研究结果可以深化对岩溶环境Cd地球化学行为的认识, 为区域上基于地质成因开展Cd污染风险评价及建立其清洁水平提供参考。     

基于地统计学烟区土壤养分及pH值空间异质性分析——以重庆市酉阳县岩溶区为例

调查了解土壤养分及pH值空间异质性特征是制定烟区土壤养分管理与施肥决策的前提。本研究基于经典统计学和地统计学方法,分析了酉阳烟区土壤表层pH值及土壤养分要素的空间异质性特征。结果表明:酉阳烟区土壤有机质含量丰富,有效磷较缺乏;土壤养分指标的变异系数在13.11%～71.46%之间,有效磷的变异系数最大,而有机质、全氮、碱解氮在土壤中比较稳定;土壤有机质和全氮、全磷、碱解氮和有效磷呈极显著的正相关,pH值和有效磷和速效钾呈极显著的负相关;有机质、全氮、全磷及速效钾的变异函数曲线理论模型符合指数模型,而pH值和碱解氮则与球状模型拟合较好;全氮、碱解氮、全磷及有效磷表现出中等空间相关性,而有机质、全钾及速效钾的空间相关性表现较弱;分维数大小表现为:全钾的分维数最大,pH值、速效钾、有机质其次,全氮、碱解氮最少;土壤养分及pH值空间分布在东西和南北方向具有显著性差异,且在东西方向上的变异要高于南北方向。酉阳烟区土壤养分空间相关性不强,说明地形、施肥及耕作等随机性因素能够显著影响烟区土壤养分空间异质性。      

黄丘区自然植被对暴雨的拦蓄作用——以坊塌小流域为例

植被对暴雨的拦蓄是调控全球变暖进程中频发的雨洪灾害的重要手段。为探究黄丘区大规模退耕后自然植被坡面对暴雨的拦蓄作用,针对陕西省延安市安塞区坊塌小流域2019—2022年全部发生的6场暴雨事件,使用土壤水分自动监测系统对1个灌丛和3个草本群落坡面10 m土层进行逐小时监测。分析结果表明：暴雨对草本群落最大补给深度可达200 cm,但对灌丛群落仅为100 cm;灌丛的拦蓄效果优于草本群落,草本群落的拦蓄效果随退耕年限增长而提高;自然灌草植被坡面对低雨量短历时暴雨的拦蓄率可达60.8%,而对高雨量长历时暴雨仅可拦蓄40.8%。因此,建议在黄丘区合理保护和布局灌-草生态系统,以提升植被-土壤对暴雨的容蓄减灾作用。     

喀斯特峡谷区不同经济林地土壤水分变化特征——以贵州花江示范区为例

选择喀斯特高原峡谷关岭—贞丰花江示范区为研究对象,在2018年5-9月采用土壤水分传感器对0~40 cm土层的土壤含水率进行监测,以分析花椒地、金银花地、火龙果地3种不同经济林地土壤储水量的季节变化特征及土壤含水量的剖面变化特征.结果表明:(1)3种经济林地土壤储水量随着降雨的季节变化明显,与降水随时间的变化趋势一致,但在时间上滞后于降水量.在观测期内不同经济林地0~40 cm土层土壤储水量表现为火龙果地(478.97 mm)>金银花地(372.64 mm)>花椒地(322.15 mm);(2)随着土层的加深,含水率总体呈增加趋势,观测期火龙果地、金银花地、花椒地的土壤含水率分别为35.97%、27.36%、23.55%,整体变异系数分别为9.64%、19.53%、24.27%,火龙果地为弱变异,花椒地和金银花地为中等变异.火龙果地的持水效果最好,金银花地和花椒地次之,因此在贵州省花江喀斯特高原峡谷区的石漠化治理过程中可适量种植火龙果以达到生态恢复效果,并推动当地产业发展.     

流域尺度的岩溶区土壤pH值空间变异研究——以云南小江流域为例

以云南小江流域为例,利用地统计学与GIS相结合研究流域尺度上岩溶区土壤pH的空间变异.结果表明,流域土壤pH平均值为6.74,变异系数为9.9%;半方差函数分析表明,流域土壤pH的空间变异符合指数模型,其变程为12 km,反映了流域尺度上岩溶区土壤的连续性较差.纯块金方差与基台值的比值为50%,土壤pH具有中等的空问相关性,由空问自相关部分引起的空问变异性的程度较大;全局趋势分析和Kriging插值分析结果表明,流域土壤pH整体明显地呈条带状分布,但在流域中西部地区为斑块状分布,空间变异明显,土壤pH值在东西、南北方向上呈明显的倒U形;地质背景的异质性和地形起伏以及复杂的土地利用方式是土壤pH空间变异较大的主要因素.     

不同放牧方式对岩溶区土壤养分的影响——以广西桂林岩溶区实验基地为例

根据实验数据,探讨了不同放牧方式对岩溶区土壤的肥力、微量元素含量、水涵养性等的影响。结果表明,在正常放牧的情况下,能迅速提高牧草区土壤的养分和水的涵养性,减少水土流失,灌木种植初期不宜进行放牧;而在人为破坏和过度放牧的情况下,可在短期内导致岩溶区生态环境向着恶化的方向演替,土壤养分的各项指标下降到甚至低于未修复前的状态。     

喀斯特与非喀斯特区土壤含水量与植物叶片δ13C关系的对比研究—— 以贵州清镇市王家寨小流域为例

通过测定贵州省清镇市王家寨小流域内不同背景区(喀斯特与非喀斯特)土壤的含水量以及16种植物叶片的δ13 C值,比较了不同背景区从退化生态到非退化生态过程中各样地之间,以及石漠化和土山样地不同坡位之间土壤含水量与植物叶片δ13 C值的相关关系。研究结果表明,不管是喀斯特背景区还是非喀斯特背景区从退化到非退化的过程中,随着土壤含水量的逐渐增大,植物叶片的δ13 C值与土壤含水量呈现显著的负相关关系,即土壤含水量越大,植物的水分利用效率就越低;而从不同坡位土壤含水量与植物叶片δ13 C值的相关关系分析表明,石漠化样地植物叶片δ13 C值并不随坡位土壤含水量的不同呈现出规律性的变化,而坡位自上而下土山样地植物叶片的δ13 C值则表现出随土壤含水量的增大而逐渐趋负。这些研究结果均反映了植物叶片的δ13 C值对不同生境土壤水分条件的适应机制,其中石漠化样地上的植物对土壤含水量变化的响应最迅速和最敏感。      

基于深层土壤数据的多维分形成矿异常识别研究 ——以铜陵矿集区Cu元素为例

以铜陵矿集区Cu元素为例,开展基于深层土壤数据的多维分形成矿异常识别研究。结果表明,在土壤采样密度相对较低、元素含量空间分布差异不大的情况下,多维分形克里格插值法较普通克里格插值法对于成矿异常的识别具有极大的优势。对于铜陵矿集区这类矿床开采、开发程度已较高,表层土壤元素分布主要受控于外源污染的老矿集区,基于深层土壤样品数据的多维分形克里格方法可以有效地进行成矿异常识别,服务于老矿集区的深部、外围隐伏矿床找矿。而对于空白研究区,无论是基于深层土壤数据还是表层土壤数据,多维分形克里格方法应同样有效。多维分形方法下土壤元素成矿预测的异常下限值确定尚无标准,文中采用元素含量 矿床数目累积频率的计算方法,基于该方法提取的成矿异常区域较好地识别出了绝大多数已知矿床,同时识别出了值得作进一步异常查证的空白异常区域。     

短期原油污染致使冻土活动层细菌群落显著改变——以加格达奇冻土活动层为例

生物降解与土著微生物群落结构、功能及其变化密切相关. 目前, 对于东北冻土土壤中的适冷降解菌了解不足. 新建成的中俄输油管道穿越中国东北的多年冻土区, 为相关研究提供了契机. 实验利用454高通量测序分析了加格达奇冻土活动层土壤在受控原油污染前后的微生物群落结构. 结果显示: 污染后的Proteobacteria和Firmicutes相对丰度显著升高, 优势类群包括Alicyclobacillus、Sphingomonas、Nevskia以及Bacillus. 群落以芳烃降解菌或者耐受油污环境的细菌为主. 这种变化与原油(尤其是芳烃)组分的生态毒害作用有关. 较高浓度的原油污染下, 群落中可耐受油污环境的细菌丰度相对更高.     

水系沉积物和典型土壤剖面地球化学试验——以江西九岭钨铜多金属矿集区为例

为了在成矿区带和矿集区找矿工作中有所突破,开展工作区内水系沉积物和土壤剖面地球化学的试验是一项不容忽视的工作。江西九岭钨铜多金属矿集区水系沉积物、典型土壤剖面地球化学试验表明:①在赣北九岭地区寻找岩浆热液型钨、铜多金属矿床的最佳指示元素是W、Sn、Cu、Mo、Bi、Ag、Cd、F;②地球化学普查(1∶25万—1∶5万)水系沉积物的采样位置应以一级水系的采样为主,辅以少量二级水系,采样粒度以10~60目的水系沉积物为宜;③地球化学详查(1∶5000—1∶10000)土壤地球化学测量采样层位为残积土壤B层,采样深度为20~40cm,采样粒度20~40目,或小于40目均可显示出较好的异常。     

水系沉积物和典型土壤剖面地球化学试验——以江西九岭钨铜多金属矿集区为例

为了在成矿区带和矿集区找矿工作中有所突破,开展工作区内水系沉积物和土壤剖面地球化学的试验是一项不容忽视的工作。江西九岭钨铜多金属矿集区水系沉积物、典型土壤剖面地球化学试验表明：①在赣北九岭地区寻找岩浆热液型钨、铜多金属矿床的最佳指示元素是W、Sn、Cu、Mo、Bi、Ag、Cd、F;②地球化学普查（1∶25万—1∶5万）水系沉积物的采样位置应以一级水系的采样为主,辅以少量二级水系,采样粒度以10~60目的水系沉积物为宜;③地球化学详查（1∶5000—1∶10000）土壤地球化学测量采样层位为残积土壤B层,采样深度为20~40cm,采样粒度20~40目,或小于40目均可显示出较好的异常。