大慶濕地石油污染及其生物修復(fù)研究

潘福強(qiáng)，李志文，曹 迪，董 程

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) a.生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院； b.工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163319)

0 引言

石油是支撐一個國家工業(yè)的基礎(chǔ)，是一種重要的能源、戰(zhàn)略資源。我國大慶油田就位于大慶濕地中，如果石油開采不當(dāng)就會導(dǎo)致濕地鹽堿化，濕地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的生物多樣性和數(shù)量也會急劇減少。需加強(qiáng)對石油污染環(huán)境的修復(fù)和無害化治理。石油污染的土壤修復(fù)技術(shù)主要分為物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)，其中生物修復(fù)技術(shù)有著較好的發(fā)展前景，因?yàn)樗到饪?，不會造成二次污染，不需要回收。一般情況下，對于開采出土壤中的原油會采用原位降解，它較為經(jīng)濟(jì)。

1 濕地石油污染現(xiàn)狀及其危害

濕地被譽(yù)為“地球之腎”，對大氣有很大的影響。濕地物種多樣性，物產(chǎn)較一般生態(tài)系統(tǒng)更豐富。我國濕地石油污染主要在大慶濕地及黃河三角洲濱海濕地。

大慶年均氣溫在-4℃左右，濕地區(qū)別于其他生態(tài)系統(tǒng)，有著獨(dú)特的特征，其土壤鹽堿化十分嚴(yán)重，但土壤營養(yǎng)水平較高，淺層土壤中的有機(jī)物含量在50 g/kg以上。隨著土壤深度的增加，土壤的有機(jī)物含量也逐漸減少。淺層土壤的pH值平均為中性，土壤表面黏粒含量較高，通透性較弱，但保水性較強(qiáng)。隨著深度的增加，土壤的黏粒含量在減少[1]。

石油會堵塞土壤的空隙，導(dǎo)致土壤通透性和含水量降低。細(xì)菌降解石油會產(chǎn)生有毒金屬元素，破壞其本身的平衡，隨著食物鏈危害到動物和人類的生命健康。每一口油井大約可以污染其周圍的200～500 m2的土地[2]。微生物種類也有很大變化。正常土壤中，石油降解菌類的微生物所占比例微乎其微，但在石油污染的土壤中達(dá)到近乎100%，這造成了植物根系易因長期處于水分含量較高的情況而死亡或腐爛，一旦石油附著植物根系，就會造成植物因缺水缺氧吸收不到營養(yǎng)而死亡。

2 石油污染濕地土壤的生物修復(fù)

生物修復(fù)對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)恢復(fù)有很大的幫助。生物修復(fù)技術(shù)的主要原理是利用生物的新陳代謝活動將石油等有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為二氧化碳、有機(jī)物和水，對土壤沒有破壞力，不會造成二次污染。生物修復(fù)技術(shù)可分為微生物修復(fù)、植物修復(fù)及二者相結(jié)合。

2.1 微生物修復(fù)技術(shù)

微生物技術(shù)是應(yīng)用范圍最廣、綠色環(huán)保高效、可徹底修復(fù)石油污染的技術(shù)。隨著研究的不斷深入，已由最初的細(xì)菌修復(fù)拓展到真菌修復(fù)，適用于石油質(zhì)量濃度在3 000～7 000 mg/kg的污染土壤的修復(fù)。

2.1.1 微生物治理石油污染

由于大慶氣溫較低，導(dǎo)致有效生物修復(fù)時間較短。基于大慶特殊的地理情況，石油污染治理一般采用提取土著微生物，以降解能力、耐鹽堿為標(biāo)準(zhǔn)，挑選出高效耐鹽堿的石油降解菌。張寶良[3]在大慶某濕地油井中濕地石油污染的土壤里檢測出了一些優(yōu)勢菌屬，如微球菌屬、醋酸細(xì)菌屬、黑曲霉和?，F(xiàn)青霉等。對比發(fā)現(xiàn)，真菌的石油降解率在20%以上，細(xì)菌為15%以上。由于石油成分極其復(fù)雜，一種降解菌很難達(dá)到理想的降解效果，一般添加外源微生物來促進(jìn)修復(fù)石油污染土壤的過程，尋找一些對環(huán)境無害的外源菌株。李玟[4]利用兩株烷烴降解菌和芳香烴降解菌構(gòu)成復(fù)合菌系，其石油的降解率達(dá)到了51.2%。除上述方法以外，還有研究者利用產(chǎn)表面活性菌株、真菌和細(xì)菌協(xié)同作用，可對石油降解菌降解石油起輔助作用[5]。

2.1.2 影響微生物修復(fù)效果的因素

土壤類型。土壤一般可分為砂土、壤土和黏土，其中以黏土的吸附力最高。土壤中的黏土含量越多，說明土壤吸附力越強(qiáng)，那么微生物治理難度越大。

土壤孔隙率。因?yàn)楹芏嘈迯?fù)土壤的微生物菌株都需氧型微生物，一旦缺少氧氣可能會導(dǎo)致微生物新陳代謝減弱甚至死亡，進(jìn)而影響降解石油的效果。

土壤含水量。其對微生物修復(fù)效果有一定影響，但是在濕地中影響不大。

溫度。低溫有利于微生物菌種的保存時間更長，但它降低了微生物的降解活動，使得小鏈烷烴變得更加黏稠不易降解。高溫則使長鏈烴類可以從微生物中浮現(xiàn)出來，但影響了微生物的酶活性。

土壤pH和鹽濃度。石油降解菌一般都適合在中性土壤中存活，但被石油污染的濕地土壤多數(shù)為鹽堿地。

2.2 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)濕地中的石油污染一般是靠萃取、固定或者通過根部吸收過濾等手段來清除石油烴類、重金屬物質(zhì)和其他有害物質(zhì)。濕地中含水量較高，所以必須選擇耐澇的植物。修復(fù)后的植物一般都含有有害物質(zhì)，不能被利用，所以農(nóng)產(chǎn)品植物或經(jīng)濟(jì)作物不可取。通過栽種適于北方濕地生長的植物，利用其根基的吸附作用與植物-微生物聯(lián)合修復(fù)作用，進(jìn)一步降低石油烴含量，最終達(dá)到土壤可以利用的目的[6]。一般采用濕地的生長植物如蘆葦，在大慶濕地中基本到處可見。生長蘆葦?shù)臐竦貙Σ煌康氖投季哂忻黠@的修復(fù)作用。含有石油的蘆葦還可以用于復(fù)耕或者造紙，避免隨著食物鏈傳播。目前發(fā)現(xiàn)的對石油降解能力比較好的有楊樹和紫花苜蓿[7]等植物。孫景欣[8]針對不同土壤選出了降解率最高的植物，在濕地中蘆葦?shù)慕到饴矢哌_(dá)78.5%。

2.3 生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

聯(lián)合修復(fù)手段主要是微生物-植物修復(fù)技術(shù)。微生物可以附著在植物根部給植物提供碳和水等營養(yǎng)物。聯(lián)合修復(fù)時，植物和微生物對修復(fù)效果有著顯著的影響，但目前在大慶濕地治理方面的研究還是很少。

3 展望

基于大慶特殊的地理環(huán)境，微生物修復(fù)技術(shù)是較為有效的，同時可以緩慢地修復(fù)整個生態(tài)系統(tǒng)。應(yīng)通過基因工程等技術(shù)使微生物和植物修復(fù)技術(shù)更加適應(yīng)大慶石油污染土壤的修復(fù)，縮短降解時間，從而更加高效地降解石油，修復(fù)濕地環(huán)境。