基本信息
- 項目名稱：
- 植物用于化學修復受污染土壤的毒性分析
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 該作品是國家863重點資助項目，主要針對石油污染土壤的植物修復問題展開討論，主要目的是篩選出適合的植物品種，清除土壤中的石油烴。實驗利用溶劑萃取法、紫外分光光度法等化學方法，統(tǒng)計法、類比推理等數(shù)學方法，得到最終結(jié)論：在修復輕度石油烴污染土壤時，優(yōu)選綠豆作為修復植物，而在修復較高濃度的石油烴污染土壤時，則優(yōu)選蠶豆作為修復植物。 對于目前亟需解決的土壤石油污染問題，該實驗結(jié)果有著重要的參考價值。
- 詳細介紹：
- 植物用于化學修復受污染土壤的毒性分析 自然科學類學術論文 申請人： 劉錫洋 指導教師：廉景燕 論文提綱 由于在石油的開采、使用過程中會引起一系列的環(huán)境問題，石油污染越來越受到人類的關注。實驗證明：石油污染土壤化學修復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。 為對化學修復后污染土壤效果進行檢測，選擇幾種適宜在石油污染土壤環(huán)境中生長植物進行實驗；并采用溶劑修復法修復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照。利用高等植物獨立試驗方法，以植物的植株高度、生物量、根系長度及污染土壤中石油濃度的變化作為生態(tài)指標對石油污染土進行毒理分析。主要結(jié)論如下： 1. 不同的作物種子對石油污染表現(xiàn)出不同的耐受性. 對比無污染土壤，大多數(shù)豆科植物都表現(xiàn)出對石油有一定的耐受性,其中受石油烴污染影響最嚴重的是黑麥草和蒲公英。 2. 與相同濃度原油污染不同，使用有機溶劑洗過土壤長勢普遍較相同濃度原油污染土壤差。 3. 豆科類植物較之禾科類植物黑麥草、及菊科類植物蒲公英受到石油污染物的影響更小。本實驗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 隨著石油類污染土壤面積的迅速擴大,如何經(jīng)濟有效地加以修復和控制已成為當今環(huán)境保護領域一大技術難點。鑒于石油污染的危害性及石油污染的全球性，近年來，世界各國開始重視污染土壤的治理技術的研究，污染土壤的修復技術研究成為當前環(huán)境保護工程科學和技術研究的一個新熱點。歐美國家先后投入大量的人力物力進行被污染土壤的修復和治理，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行常規(guī)的石油治理和應付突發(fā)性石油泄漏事故。而在我國，有關土壤中石油污染處理的研究目前還處在起步階段，形勢相對比較緊迫?，F(xiàn)有的修復方式包括物理修復、化學修復和生物修復等。 化學修復技術是利用污染物與修復劑的化學反應對土壤中的污染物進行固定、氧化、分離、提取，來降低土壤中污染物含量的一種環(huán)境化學技術。石油污染土壤的化學修復技術主要有萃取法、土壤洗滌法、化學氧化法等?；瘜W修復技術是利用污染物與修復劑的化學反應對土壤中的污染物進行固定、氧化、分離、提取，來降低土壤中污染物含量的一種環(huán)境化學技術。石油污染土壤的化學修復技術主要有萃取法、土壤洗滌法、化學氧化法等。實驗證明采用多級逆流萃取流程，脫油率可達85%以上，土壤含油濃度理論上可達植物修復濃度。因此需對不同植物進行相關毒性分析，以便對化學修復方法進行評估，并為后續(xù)植物修復階段提供一定實驗基礎。 1.2 植物的篩選 進行植物毒理分析及修復的一個重要問題就是要選擇適宜的植物種類。在植物選擇上，植物對污染物的同化能力是需要優(yōu)先考慮的一個重要方面。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，理想的修復植物應具有易存活、生長快、適應性強、根系發(fā)達等特點。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，在選擇修復植物時，根及根圈的物理形態(tài)要重點考慮。但鑒于豆科植物對溫度要求低，易成活，有強大的須根系，可以最大可能地提供微生物活動的根表面積，能夠適應多種有機污染物，并且生長旺盛，有較大的生物量，根系深，能夠穿透較深的土層，所以本實驗主要對黃豆、綠豆、蠶豆、青豆等豆科植物進行了研究。 1.3 高等植物毒理實驗 目前已建立的高等植物毒理實驗的3種方法分別為：種子發(fā)芽實驗、根伸長實驗和早期植物幼苗生長實驗。這些實驗通過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污染進行診斷。最初這類實驗主要用于純化學品的毒性檢驗，但隨著土壤污染生態(tài)毒理評價的需求，該方法的應用范圍已擴展到廢物傾倒點，土壤污染現(xiàn)場以及土壤生物修復過程中。有關這方面的研究已有較多報道，關于有機污染物的植物毒性相應已受到研究者的關注，但選用多種植物進行植物毒性的劑量-效應關系及符合污染效應研究的報道甚少。 以高等植物種子發(fā)芽抑制率、生物量及對石油的吸收程度進行土壤污染生態(tài)毒理效應研究,是從生態(tài)毒理學角度衡量土壤環(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植物，污染土壤中種子的發(fā)芽實驗已得到廣泛的應用。 1.4植物修復石油污染土壤的機理 植物修復即利用植物修復和消除由有機毒物和無機廢物造成的土壤環(huán)境污染, 而實際上植物修復是利用土壤- 植物- 微生物組成的復合體系來共同降解污染物的。 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本實驗研究的主要內(nèi)容如下： 1.同種植物在不同石油濃度的土壤中的生長比較，通過測量種子發(fā)芽率、植株高度、生物量、根系長度等參數(shù)研究石油對植物的生長影響； 2.不同植物種類在相同石油濃度的土壤中的生長，觀察植物的生長狀況，確定石油對不同植物的影響大?。? 3.通過測量不同植物修復的土壤石油含量，判斷各種植物修復效果的大小。 第二章 實驗部分 2.1實驗材料、儀器與試劑 2.1.1實驗材料 1.實驗用土： 無污染土壤采自天津理工大學主校區(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重要指標，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，促進污染物的降解，并且可以減少氮肥的施入，也是從處理費用考慮。禾本科植物具有較大的須根系，能夠為微生物提供更大的根表面面積。并且實驗植物常選用受污染區(qū)內(nèi)代表性較強的糧食作物和經(jīng)濟作物，在進行植物修復的同時，能夠帶來一定的經(jīng)濟效益。本實驗選擇的豆科植物是黃豆、綠豆、蠶豆及青豆。 通過查閱文獻知黑麥草黑麥草、蒲公英能促進根際土壤中菲等多環(huán)芳烴的降解，且有良好的效果；蔥具有生長快，發(fā)芽率高，對環(huán)境要求低，因此也被選為實驗植物。 供試植物種子購自天津市華苑綜合市場及津沽老農(nóng)，見表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 實驗儀器 本實驗使用的儀器及其型號如表2.2所示： 表2.2 實驗儀器 器材 型號或規(guī)格 來源或產(chǎn)地 電子天平 JJ200 常熟雙杰測試儀器廠 循環(huán)水多用真空泵 SHB-Ⅲ 鞏義市英裕高科儀器廠 標準篩 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 電熱鼓風干燥箱 DL-101-3 天津市中環(huán)實驗電爐有限公司 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-可見分光光度計 U-3310 日立HITACHI 2.1.3 實驗試劑 本實驗中使用的試劑如表2.3所示： 表2.3 實驗試劑 試劑名稱 規(guī)格 來源或產(chǎn)地 石油醚（30℃-60 ℃） 分析純 天津市江天技術有限公司 丙酮 分析純 天津大學科威公司 2.2 實驗步驟 2.2.1污染土壤的制備 取一定量的過20目篩的無污染土壤，將其放入四個1000ml的大燒杯中，向每個燒杯分別加入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125g，置于放有紙墊的花盆中待用（貼上標簽，注意區(qū)分濃度）。 取一定量的油田污染土壤置于四個錐形瓶中，向每個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小時，溫度設為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干燥箱中干燥，取出干燥過的污染土壤，用研缽將洗過的土壤研細后分別與無污染土壤按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墊有紙墊的花盆中待用（貼上標簽，注意區(qū)分濃度）。 因此本實驗共有20g/kg、10g/kg、5g/kg、1g/kg，洗土比無污染土為1:2、1:4、1:9這七種濃度的土壤。 2.2.2盆栽實驗 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，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栽培后管理及實驗記錄 及時適量的保證土壤中水分（每天澆一次水），每天對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（后來枯萎的不算）。發(fā)芽后觀察植物的生長變化，并測量其植株高度（取平均值）。 實驗現(xiàn)場如圖2.1所示： 2.3分析指標及測定方法 2.3.1 分析指標 1. 土壤中石油含量對植物存活率、植株高度的影響 2. 土壤中石油含量對植物生物量的影響 3. 土壤中石油含量對植物根系長度的影響 4. 不同植物對石油污染土壤的修復效果 2.3.2 測定方法 1. 植株高度 從種子出土開始，每天定時測量植物的莖高度，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高度在不同環(huán)境下的變化趨勢。以此來了解石油污染土壤對各種植物生長的影響大小。 2. 植物生物量的測定 生長一段時間后，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，其他花盆的以此類推，研碎后用電子天平稱其重量即為植物的生物量。再統(tǒng)計出不同植物在含有不同石油濃度土壤中生長一段時間所具有的生物量，定性的了解石油污染土壤對各種實驗植物生長的影響。 第三章 結(jié)果與討論 3.1 土壤中石油含量對植物成活率、植株高度的影響 觀察結(jié)果顯示，不同植物種類之間對同一濃度的石油烴污染有不同的響應，同種植物在不同石油濃度的污染土壤中響應也不同。 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，而且相對于空白濃度的土壤來說，加入一定量石油的土壤對這七種植物都起到了促進作用，成活率大都較空白濃度的偏高，說明這個濃度的石油污染土壤對植物的生長起到了一定的促進作用。其中綠豆成活率最高，說明綠豆受這個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，不適合做植物修復石油污染土壤的候選植物；二是種子質(zhì)量存在問題，可能由于種子保存時間過長，影響發(fā)芽。 其次，在經(jīng)石油醚洗過的油田污染土壤與無污染土壤混合的情況下，實驗植物總體長勢較差，黑麥草、蒲公英幾乎沒長出來，有可能在洗土過程中一部分有機質(zhì)被石油醚溶解而脫離土壤，致使土壤養(yǎng)分流失，導致其生長受限。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，長勢最旺盛，尤其在1:4的土壤中達到了100%，說明在這種石油濃度下，污染土壤對蠶豆、青豆、蔥其到了促進作用。 8種石油烴濃度污染土對7種作物生長發(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時間的變化趨勢（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)石油醚洗過后與無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黃豆生長發(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時間的變化趨勢 圖3.4不同石油烴濃度污染土對綠豆生長發(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時間的變化趨勢 圖3.6不同石油烴濃度污染土對蠶豆生長發(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時間的變化趨勢 圖3.8不同石油烴濃度污染土對青豆生長發(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時間的變化趨勢 圖3.10不同石油烴濃度污染土對黑麥草生長發(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時間的變化趨勢 圖3.12不同石油烴濃度污染土對蒲公英生長發(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時間的變化趨 圖3.14不同石油烴濃度污染土對蔥生長發(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時間的變化趨勢 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可以看出豆類植物受石油污染土壤的的影響較小，甚至生長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趨勢呈現(xiàn)波浪形，10g/kg的土壤中植物生長最為茂盛，其次為20g/kg、1g/kg、5g/kg，說明在這四種濃度的土壤中10g/kg的石油濃度最適合豆類生長，并且對豆類植物生長有一定的促進作用，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、蔥的生長狀況與一般土壤相差不大，對石油也有一定的抵抗力，也是適合做石油污染土壤的修復植物種類；在這七種植物中，蒲公英的長勢最差，說明石油對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的候選植物。 在用石油醚洗過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勢普遍較差，而且隨著石油濃度的減少生物量呈遞增趨勢，說明在經(jīng)洗過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，在洗土過程中，石油醚有可能會溶解土壤中的有機質(zhì)及其他營養(yǎng)物質(zhì)，導致土壤中養(yǎng)分流失，最終使得植物生長狀態(tài)不佳。 3.2 土壤中石油含量對植物生物量的影響 由于實驗進度等因素，本實驗對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，而且這兩種植物的生物量相對于在一般土壤中較大，顯示了它們對石油烴污染的較強耐受性；本實驗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的最佳濃度，生物量最大，對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，土壤中石油烴對其抑制作用最大，說明在此石油烴濃度的土壤中不適合種植黃豆、綠豆，對土壤的修復作用甚微。但蠶豆展現(xiàn)出了很好的生存能力，顯示了對石油烴污染的較強耐性。也就是說,本實驗中受石油烴污染物影響較小的是蠶豆，尤其是當石油烴濃度為1:4時,其植物的生物量與清潔土壤對照組生物量相比,不僅沒有受到影響反而促進了其生長，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的土壤中生長比較好，生物量都比清潔土壤中的要大，說明青豆適合在低濃度的石油烴污染土壤中生長。 3.3土壤中石油含量對植物根系長度的影響 目前已建立的高等植物毒理實驗方法有三種。如種子發(fā)芽實驗、根伸長實驗及植物早期生長實驗，這些實驗通過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污染進行診斷。本實驗通過植物根伸長狀況，確定不同植物毒性的敏感性，該研究可為篩選土壤有機污染敏感指示植物提供實驗科學依據(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度最長，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度也有升高的趨勢，綠豆在10g/kg的土壤中根系最長，20g/kg的石油含量對其抑制最大，然后隨著濃度的降低而降低；蠶豆和青豆的根系長度隨著石油烴含量的變化趨勢具有很強規(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度越長，表明石油烴污染過的土壤可以刺激幼苗的生長，使幼苗的根系增加。 在經(jīng)石油醚洗過的油田污染土壤與無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，濃度增大或減少相對于1:4的來說都對其根的伸長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的土壤中根系長度幾乎為零，和前面四種土壤比較，顯然用石油醚洗過的土壤對植物的抑制較大，也在一定程度上說明土壤中的營養(yǎng)成分大部分流失。蠶豆的受抑制程度則較小，根系長度也是在1:4的土壤中最大，且比清潔土壤中的更長，對蠶豆的生長起到的積極作用；青豆則比較適合在洗過的油田污染土壤與無污染土壤混合環(huán)境下生長，根系最為發(fā)達，呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，就是隨石油烴含量的減少根系長度增大，且增幅較高。 3.4 不同植物對石油污染土壤的修復效果 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)境來促進微生物的生長和活動，同時隨著根的延伸，土壤集合體變疏松，污染物氧化所需要的氧將沿著根渠進入更深的土壤層，加上植物根系本身分泌的有機質(zhì)和酶，這些因素無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的不同有關。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，說明在這個濃度下最能最大發(fā)揮綠豆的降解能力，高于或低于這個濃度的污染土壤，綠豆單位生物量降解的石油烴都會有所下降，低濃度的降解效果最差；黃豆對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，對高石油烴濃度的污染土壤有較好的修復效果；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，且高于或低于這個濃度的污染土壤，其單位生物量降解的石油烴都會有所下降，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)石油醚洗過的油田污染土壤與無污染土壤混合的環(huán)境中生長狀況比較差，生物量比較小，所以在此僅討論蠶豆的修復效果。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到了10.6mg，為本實驗所有豆科植物降解石油烴量的最大值，說明在這個濃度下，蠶豆最適合作為石油污染土壤修復的候選植物。 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象進行室內(nèi)盆栽實驗。以作物種子的存活率、植株高度、植株生物量作為生態(tài)指標對石油污染進行毒理分析，以此評價不同濃度石油烴污染土壤對供試植物生長發(fā)育的影響及不同植物對石油烴污染土壤的響應，并對四種豆科植物做了進一步的研究，對經(jīng)這些豆科植物修復過的土壤進行檢測，定量地確定各種植物對石油烴的降解效果，從而篩選能夠適應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、根系長度普遍比在清潔土壤中的要高，說明黃豆對石油烴具有較強的耐受性，但經(jīng)過紫外光譜儀分析，其降解石油烴的能力較其他豆科植物要小，因此黃豆雖然對石油烴污染的土壤具有一定耐受性，但不適合作為修復污染土壤的植物；綠豆的存活率、植株高度、生物量、根系長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、生物量及根系長度受抑制程度都比較小，對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植物。 綜上所述，在修復輕度石油烴污染土壤時，選擇綠豆比較合適，而在修復較高濃度的石油烴污染土壤時,則可以選擇蠶豆作為修復植物。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本作品是針對日益嚴重的土壤石油污染問題展開的。在已知化學修復法可將受污土壤中石油大部分提取的前提下，本作品旨在通過對多種植物的多種生態(tài)指標進行實驗和分析，進而得到能夠使土壤恢復原有理化特征的再修復植物。
科學性、先進性及獨特之處
- 1、科學性：本作品的實驗設計和操作，都在已知理論基礎上進行。操作過程中，小組成員均嚴格遵守實驗規(guī)范。2、先進性：在先進的設備和實驗條件下，針對植物種子發(fā)芽率、植株高度、生物量、根系長度等生態(tài)指標進行分析，得到準確的結(jié)論。3、獨特性：本作品是在對受污土壤的化學修復基礎上，利用植物進行再修復，從而達到清除土壤中石油烴和恢復土壤理化特征的效果。在實驗對照組設置以及實驗材料的準備上，也有獨特的設計。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 隨著石油類污染土壤面積的迅速擴大，如何經(jīng)濟有效地加以修復和控制已成為當今環(huán)境保護領域的一大技術難題。目前普遍運用的化學修復法，只能將受污染土壤中的石油污染物提取出來。而本作品所探究的植物修復則可以在化學修復的基礎上，使土壤的理化性質(zhì)得到恢復。從而根本上清除石油對土壤的污染，恢復土壤的生產(chǎn)力。
學術論文摘要
- 由于在石油的開采、使用過程中會引起一系列的環(huán)境問題，石油污染越來越受到人類的關注。目前主要采用的化學修復技術雖可較徹底地清除土壤污染物，但對土壤理化性質(zhì)的恢復沒有明顯作用。因而，植物修復技術以成本低、無二次污染、自然美觀等特點，正逐步成為未來石油污染治理研究的重要方向。作品對化學修復后污染土壤效果進行檢測，選擇適宜在石油污染土壤環(huán)境中生長植物進行實驗；并采用溶劑修復法修復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照。利用獨立試驗方法，以植株高度、生物量、根系長度及污染土壤中石油濃度的變化作為生態(tài)指標對石油污染土進行毒理分析。主要結(jié)論如下：1、不同的作物種子對石油污染表現(xiàn)出不同的耐受性. 對比無污染土壤，大多數(shù)豆科植物都表現(xiàn)出對石油有一定的耐受性。 2、使用有機溶劑洗過土壤長勢普遍較相同濃度原油污染土壤差。3、豆科類植物較之禾科類植物及菊科類植物蒲受到石油污染物的影響更小。本實驗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，因而具有修復石油污染土壤的潛力。
獲獎情況
- 論文《石油污染土壤物化修復前后生物毒性效應》于2011年3月發(fā)表于《環(huán)境科學》第32卷，第3期。 論文《植物用于化學修復受污染土壤的毒性分析》在天津理工大學“第十二屆大學生課外學術作品競賽”中，獲得一等獎。
鑒定結(jié)果
- 該作品研究方向獨特而具有實際應用價值，實驗設計科學嚴謹，實驗操作過程嚴格遵守規(guī)范，所得結(jié)果準確。對于目前亟需解決的土壤石油污染問題，該作品結(jié)論有著重要的參考價值。
參考文獻
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同類課題研究水平概述
- 近年來，世界各國開始重視石油污染土壤的治理技術的研究，污染土壤的修復技術研究成為當前環(huán)境保護工程科學和技術研究的一個新熱點。現(xiàn)有的石油污染土壤修復方式包括物理修復、化學修復和生物修復等， 一、物理修復(1)焚燒法：只適于小面積被石油烴類嚴重污染土壤的治理，而且對焚燒過程中可能產(chǎn)生有毒物質(zhì)要進行收集處理。該方法不適用于大面積污染土壤的原因是處理成本過高。(2)隔離法：這一方法沒有破壞石油烴類，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、化學修復(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。 三、生物修復 生物修復具有費用低、處理效果好、對環(huán)境影響低、無二次污染、不破壞植物生長所需要的土壤環(huán)境等優(yōu)點，因此，生物修復技術將成為我國生態(tài)環(huán)境保護領域最有價值和最具生命力的生物處理技術。 1.微生物修復 污染土壤的微生物修復主要利用土壤中的土著微生物或向污染環(huán)境補充經(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，修復被污染的土壤。 (1)原位生物修復：即污染土壤不經(jīng)攪動，在原位和易殘留部位進行處理。包括投菌法、生物培養(yǎng)法、生物通氣法等。(2)異位生物修復：將污染土壤挖出，在場外或運至場外的專門場地進行處理的方法。主要方法有:土壤耕作法、土壤堆腐法、預制床法、生物反應器法等。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，并且廣泛應用于煉油廠廢油污泥的處理。 2.植物修復 植物修復利用植物及其微生物與環(huán)境之間的相互作用，對環(huán)境污染物質(zhì)進行清除、分解、吸收或吸附，使土壤環(huán)境重新得到恢復。植物修復的方式有: ①植物提??；②植物降解；③植物穩(wěn)定化。植物修復技術與其他修復技術相比，具有成本低、對環(huán)境影響小，能使地表長期穩(wěn)定，可在清除土壤污染的同時，清除污染土壤周圍的大氣和水體中的污染物，有利于改善生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點。由于這一環(huán)境處理技術作為一個單獨技術進行研究的時間短(至今只10年左右的時間)，且研究效果的體現(xiàn)時間較長，至今所積累的經(jīng)驗仍然較少，但其發(fā)展和應用前景卻已被世人所矚目。
