中原油田石油污染土壤的微生物生态现场修复

李华耀，陈 立，张发旺，宋白雪，李 备

(1.河北地质大学，河北石家庄 050000；2.中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北石家庄 050061；3.中国地质科学院岩溶地质研究所，广西桂林 541004)

中原油田石油污染土壤的微生物生态现场修复

李华耀1，陈 立2*，张发旺3，宋白雪1，李 备1

(1.河北地质大学，河北石家庄 050000；2.中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北石家庄 050061；3.中国地质科学院岩溶地质研究所，广西桂林 541004)

[目的]采用最优微生物菌群和植物(玉米)相结合的微生态技术，进行污染物的降解修复研究。[方法]供试植物为玉米，将研究场地分为添加固定化颗粒玉米区(球前玉米区)、添加游离态菌液玉米区(液前玉米区)、纯玉米区和空白对照区4个区，采集样品9次，研究不同地区土壤中降解菌总数、石油烃含量和石油降解率的变化。[结果]随着采样时间的推延，4个区的降解菌总数呈先增长后降低的趋势；添加固定化颗粒区和添加游离态菌液区的石油烃含量下降率较大，第20天纯玉米区的石油烃含量下降明显；添加固定化颗粒区和添加游离态菌液区的石油降解率较高，且降解稳定，纯玉米区对石油的降解率不稳定。[结论]游离态菌液与玉米相结合的微生态技术对土壤石油污染修复效果最好，降解速度快。

石油；污染土壤；修复；菌群；降解率

随着我国经济的发展和社会的进步，石油作为一种不可再生资源，在现代化建设中有着举足轻重的作用，但同时也带来一系列环境问题。如濮阳中原油田在长期开采石油资源过程中，对周边地区的土壤和地下水造成了严重污染，使土壤结构发生改变，使用功能下降，对土壤生态系统造成了严重威胁[1-3]。同时石油开采污染物进入水、土、大气后，被植物吸收，通过食物链富集到人体和动物体，危害人畜健康[4]。1980年以后，石油污染土壤的环境问题引起世界各国的广泛关注[4]。目前，对石油污染已有一系列修复技术，如蒸汽修复技术、水力冲洗修复技术、微生物修复技术、植物修复技术、有机溶剂修复技术、氨氮废水降解技术等[5-7]。孙东平等[8]研究认为，在污染土地培养的降解菌对降解石油污染物有显著效果；刘继朝等[9]通过盆栽试验确立了植物在石油污染土地修复中的重要地位；陈立等[10]在石油污染土壤原位修复试验中运用微生物法取得了显著效果。笔者运用微生物与植物(玉米)相结合的方法，开展了石油土地污染现场修复工作，探索微生态技术在该领域的重要地位，以期为土壤中石油污染物治理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况 现场修复区位于河南省濮阳胡壮乡附近化工厂东南方向场地。该区总体地势西高东低，海拔高61.8～44.5 m。濮阳油田于20世纪末发生井喷爆裂事故，致使周边土壤受到严重污染。通过调查，污染土地0.70 hm2，泄漏原油和高浓度盐水200～300 m3，土壤中平均石油烃含量在586.86 mg/kg以上。该研究修复土质为黄色亚砂土，含少量2～10 mm小砾石或小姜石，容重为1.61 g/cm3，自然含水量16.3%，pH为7.4，含盐量1 239.00～1 866.00 mg/kg，石油含量2 896.36 mg/kg，总修复面积为1.76 hm2。

1.2 试验条件

1.2.1 修复植物。玉米。

1.2.2 富集培养基。葡萄糖20 g/L，尿素3 g/L，KH2PO43 g/L，NaCl 5 g/L，酵母粉1 g/L，pH 7.0～7.5，于115 ℃灭菌15 min。

1.2.3 菌种制备。从石油污染土壤中富集具有降解油污的土著微生物，并在培养基中逐渐增大原油和Cl-的比例，使菌种适应高盐的油污环境。分别利用添加1.0%～5.0%石油烃和2.0%～2.5%盐度的富集培养基对样品的微生物进行分离培养，每次分离培养在上次培养的基础上提高1.0%的石油烃含量，同时增加0.5%的盐度。分离培养时每样品分装为90 mL的4个平行样，同时加入10 mL上次培养的菌液，30 ℃培养5 d。分离筛选的降解菌群分别保存于平板和培养液中，待测。

1.2.4 固定化颗粒制备。先配制4% CaCl2溶液，高温灭菌，备用。固定化颗粒配制3%海藻酸钠溶液63 mL(微波炉加热溶解)，混匀，待温度降至30～40 ℃时，加入7 mL游离态菌液，混匀，用无菌注射器注入4% CaCl2溶液，于4 ℃交联24 h，用生理盐水冲洗3 遍，4 ℃保存备用。

1.2.5 游离态菌液制备。取菌液4 mL 加入76 mL富集培养基中，培养至对数生长期(照射前混菌28 h，照射后混菌12 h)。取培养后的菌种6 mL用50 mL离心管于2 000 r/min，离心5 min。弃上清，加入60 mL无菌水稀释(稀释10倍)，备用。1.3 试验场地区域划分 把修复场地分为4个区，1区为添加固定化颗粒玉米区(球前玉米区)，0.28 hm2；2区为添加游离态菌液玉米区(液前玉米区)，0.41 hm2；3区为纯玉米区，1.06 hm2；4区为空白对照区(CK)，0.01 hm2。试验区总面积为1.76 hm2。

1.4 试验步骤 ①平整好修复场地，将添加剂按麦糠6 000 kg/hm2、鸡粪22 500 kg/hm2、复合肥600 kg/hm2、尿素300 kg/hm2均匀撒入各修复区，用拖拉机翻耕土地，使添加剂在土壤中混合均匀。②将准备好的游离态菌液，用喷雾器按750 L/hm2均匀喷入2区；将固定化颗粒按750 kg/hm2均匀撒入1区。③用拖拉机进行翻耕，使菌液或固定化颗粒在土壤中混合均匀。④1、2、3区种植玉米，4区保持天然状态，不做任何处理。⑤按照日常种植方法对修复区玉米进行浇水和管理。收割的玉米，晒干后集中焚烧处理。

1.5 样品采集 采样深度25 cm，野外采样原则为小于0.13 hm2的区域采集1组样品，大于0.13 hm2的区域采集3组样品，将其混合并分析。在实验室测定样品的降解菌总数、石油烃含量和石油降解率等指标。修复过程中，分别在第0天、第10天、第20天、第30天、第50天、第70天、第90天、第110天、第130天进行了9次采样，共取得36组样品。

2 结果与分析

2.1 不同采样时间修复区降解菌总数的变化 由表1可知，1区和2区在第10天污染土壤中石油降解菌总数达13.70×105个以上，而3区的降解菌总数明显低于1和2区。这说明加入的固定化颗粒和游离态菌液具有催化剂作用，加快了降解菌的生长速度。3区在第20天时降解菌数量达到13.30×105个，虽然生长速度较慢，但也说明纯植物(玉米)同样可以促进降解菌的生长，起到降解石油的作用。空白对照区在整个修复过程中降解菌总数也有数量上的微弱变化，说明降解菌在充足的氧气和光照条件下能够生长繁殖，天然条件下的土壤具有一定的自净修复能力。4个试验区的降解菌总数变化均呈先增加再逐渐降低的趋势，说明降解菌开始在油污环境中生长并达到一定值，同时发挥降解作用将石油降解，随着降解菌生长环境中石油浓度的降低，降解菌数量逐渐减少。另外，1区在第90天、2区在第110天和3区在第70天降解菌总数发生了突变现象，这可能与取样的不均匀性有关，如取到有油块富集的土壤，也可能与土壤结构和物质成分的复杂程度有关。

表1 不同修复区土壤降解菌总数

2.2 不同采样时间不同修复区石油烃含量的变化 由表2可知，从1和2区的石油烃含量来看，微生物与植物相结合的微生态技术对治理和修复土壤中石油污染物具有明显的效果。尤其是2区，仅20 d石油烃含量就从初始的52.24 mg/kg下降至8.89 mg/kg，下降率达到82.98%，说明液态高效降解菌比固定化高效降解菌更容易与植物结合，降解速度快，且见效快。CK区石油烃含量变化很小，说明石油类污染物自然状态下降解缓慢，土壤自净能力较弱。

植物的生长过程本身是一个小型的微生态系统，它通过根系吸收土壤中的有机污染物，再通过光合作用和分解作用等一系列活动，改变周边土壤。3区在前10 d降解石油的能力较低，但在第20天后土壤中石油含量明显减少。这是由于天然状态下土壤中存在的部分降解菌在加入营养物质和添加剂及充分氧气的环境下，与植物根系共同作用，快速繁殖，降解菌数量迅速激增，对土壤中石油进行降解，从而起到修复作用，这与3区降解菌总数的变化规律一致。

表2 不同修复区土壤石油烃含量

2.3 不同采样时间不同修复区石油降解率的变化 从图1可见，在第0天至第20天1、2、3区的降解率几乎呈直线增长。2区增长速度最快，第20天降解率达到80%，中后期较稳定，修复效果最好；1区增长速度次之，第20天石油降解率达到57%，但中后期稍有波动，石油降解率平均稳定在50%左右，修复效果较明显；3区的石油降解率的增长速度比1和2区稍慢，第20天达到60%，说明种植玉米也可提高石油降解率，对石油污染物具有修复作用，但降解率不稳定。CK区在整个修复过程中，降解率明显低于1、2、3区，且一直处在3%左右，说明天然状态下土壤对污染物有一定降解功能，但是降解速度较慢，需要较长时间，这与CK区的降解菌总数和石油含量变化规律一致。通过对不同条件下石油降解率的比较，可以看出微生态修复技术可提高石油降解率，且玉米与游离态降解菌结合最好，效果最为显著。

图1 不同采样时间不同修复区石油降解率变化Fig.1 The change of petroleum degradation rate under different restoration zone sampling at different time

3 结论与讨论

(1)通过4个试验区的野外现场修复对比试验，充分肯定了微生物、植物(玉米)和二者联合技术在治理土壤石油污

染物过程中具有明显的修复作用。其中以液态高效降解菌与植物(玉米)相结合的方法效果最为显著，整个修复过程中石油降解率一直保持在80%左右，见效快，是修复和治理大面积石油污染土壤的最佳选择。通过对降解菌总数、石油烃含量及石油降解率进行分析，结果表明，天然状态下，土壤中本身存在少量降解菌，但修复能力较弱，石油降解率在3%以下，因此土壤中污染物很难通过其本身的自净能力得到修复。

(2)初始土壤中平均石油烃含量586.86 mg/kg以上，经过该野外修复，土壤中石油残油含量去除率达75%以上，说明地质微生态技术在治理石油污染土壤方面具有显著效果，是一种经济有效的方法。该技术从根本上修复和阻控了石油大面积污染，为解决石油大面积土壤污染提供了技术支持，应用前景广阔。参考文献

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[3] 陈立，张发旺，张胜，等.石油污染土壤的微生物生态原位修复研究[J].安徽农业科学，2010，38(26)：14573-14575，14578.

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[8] 孙东平，胡凌燕，周伶俐，等.高效石油降解微生物堆制法处理油污土壤[J].环境科学与技术，2007，30(6)：86-89.

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[10] 陈立，张发旺，张胜，等.陕北石油污染土壤原位生物修复技术实验研究[J].水土保持学报，2009，23(2)：162-165.

Microbial Ecological Field Remediation of Oil Contaminated Soil in Zhongyuan Oil Field

LI Hua-yao1, CHEN Li2*, ZHANG Fa-wang3et al

(1.Heibei GEO University, Shijiazhuang, Hebei 050000; 2.The Institute of Hydrogeology and Environmental Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Shijiazhuang, Hebei 050061; 3.Institute of Karst Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Guilin, Guangxi 541004)

[Objective] Using the micro ecological technology of combining the optimal microbial flora and plant (corn), to carry out the pollutants’ degradation and repair work. [Method] The corn was selected as the site repair experiment plant, and the research site was divided into four zones: adding immobilized particles, adding free state of bacteria liquid, pure corn, blank control area, collecting samples for nine times, total number of degrading bacteria, petroleum hydrocarbon content and change of oil degradation rate in soils from various regions were studied. [Result] Total number of degrading bacteria presented the trend of first increasing then decreasing with sampling time delay; the decreasing rate of petroleum hydrocarbon content in zone by adding immobilized particles and free state of bacteria liquid was significant, while in zone of pure corn petroleum hydrocarbon content reduced obviously at the 20thday; the degradation rate of petroleum was high and stable in zone by adding immobilized particles and free state of bacteria liquid, the oil degradation rate of pure corn was not stable. [Conclusion] The micro ecological technology combined with the free state bacteria liquid and corn has the best effect on the remediation of oil contaminated soil with fast degradation rate and remarkable effect.

Petroleum;Contaminated soil; Remediation; Flora;Degradation rate

科技部国际合作重点项目(2005DFA90200)。

李华耀(1992- )，河北正定人，硕士研究生，研究方向：地下水科学与工程。*通讯作者，助理研究员，从事矿山地质环境和土壤修复研究。

2016-09-23

S 182

A

0517-6611(2016)35-0090-02