石油产品的广泛应用引起了严重的环境问题,尤其是石油污染土壤日益受到关注。当前治理石油污染土壤的技术包括物理、化学、生物修复几大类,诸如土壤清洗,氧化还原,生物堆置法。传统的修复方法存在高耗能,高投入,造成二次污染,对土壤结构造成损害等问题。植物修复的手段可解决上述的问题,被视为一项很有前景的修复技术。以60天生长期的玉米为实验对象,研究玉米植株对原油污染土壤的修复。
实验中的玉米植株的生长和生物积累量
如表一所示,玉米植株的高度和茎秆的直径会随着土壤中含油量的增大先增大后减小。在一定的原油污染范围内,土壤含油量的增大能促进植株的生长。原因在于原油中的成分能为玉米植株根部的微生物起到调节剂的作用,促进了固氮行为的发生。并且,从实验结果来看,高的生物积累量和庞大的玉米根系系统有助于增强原油污染土壤修复的效果。
MDA的含量及叶片中抗氧化酶活性的变化
MDA的含量随土壤中含油量的增大而增大,故叶片中MDA的含量可作为土壤中石油污染物对环境压力很好的指标。
在植物体内,活性氧(ROS)的水平,例如H2O2,超氧自由基(O2-)和羟基自由基(.OH)会对压力条件产生应力。SOD参与ROS将O2-催化为H2O2和O2以及H2O2进一步分解为CAT和POD的过程。氧化应激的诱导,如MDA含量的降低,SOD,POD,CAT以及APX的活动等行为会在玉米叶片中观察到。
根系的活性
在研究中,根的活性作为评价离子吸收如Na+和K+能力的生理参数。从图一来看,玉米根系中的脱氢酶活性没有与含油量有明显的正负相关关系,可见玉米根系对原油污染土壤有很好的耐受性。
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土壤中总石油烃(TPH)的降低
在该实验中,土壤中的TPH明显降低。在60天的种植期内,如表1种植玉米的实验组中,TPH的降低范围是52.21-72.84%,对照组的降低范围是25.85-34.22%。该结果与(Zhang,2010) 使用缠绕性观赏植物种植127天后,TPH的降低范围为27.63-67.42%的趋势相吻合。Zand在2010年使用玉米和高茅草的植物积累的办法修复老化污染土壤去除TPH的结论相吻合。
玉米组织中的碳氢化合物
分析玉米中的烷烃和多环芳烃的积累量可分析从原油污染土壤中的石油烃的积累量。实验中证明,碳优势指数(CPI) 在种植玉米的实验组中的植低于对照组,有助于玉米从土壤中摄取烷烃。更重要的是,烷烃在玉米植株的地上部分积累对于生物燃料的生产有利,尤其对于解决当前国际上的能源匮乏问题有意义。
总结
本文研究了玉米植株在原油污染土壤中的生长状况及生化响应以及玉米植物对碳氢化合物的积累状况。浓度范围小于等于2147mg/kg的原油污染土壤环境有助于玉米的生长,但当浓度高于6673mg/kg是并未产生明显的抑制行为,包括根系活性。MDA的含量和抗氧化酶的活性会产生氧化应激感应,但是玉米具有良好的适应能力以对抗植株损害。相对于自然分解降解率25.85-34.22%,玉米植株修复的TPH去除率高达52.21-72.84%。总而言之,对低浓度原油污染土壤进行玉米植株种植修复不仅能达到修复的目的,还能同时达到生产高产生物燃料的目的。
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原标题:玉米植物积累碳氢化合物法修复原油污染土壤