aes
应用与环境土壤科学
1687-7675
1687-7667
Hindawi
10.1155 / 2020/4614286
4614286.
研究文章
利用有机肥加强南苏丹苏德湿地烃类污染土壤的植物修复
https://orcid.org/0000-0002-4795-2055
Ruley
j . A。
1
2
Amoding
一个。
1
Tumuhairwe
j·B。
1
Basamba
t。
1
opolot.
E。
1
oryem-Origa.
H。
3.
椰树
克劳迪奥。
1
农业生产部
Makerere大学
邮政信箱7062
坎帕拉
乌干达
mak.ac.ug.
2
农业科学系
朱巴大学
邮政信箱82
朱巴
南苏丹
jubauni.net
3.
自然科学系
Makerere大学
邮政信箱7062
坎帕拉
乌干达
mak.ac.ug.
2020
11
3.
2020
2020
25
08
2019
18
12
2019
06
02
2020
11
3.
2020
2020
版权所有©2020 J. A. Ruley等。
这是一篇在知识共享署名许可下发布的开放存取的文章,它允许在任何媒体上无限制地使用、传播和复制,只要原始作品被适当地引用。
碳氢化合物污染土壤的植物化是一个具有挑战性的过程。为了增强植物修复,土壤以已知的含有总石油烃(TPH)的已知浓度的浓度为75 Gkg,土壤污染了已知的浓度−1 土壤。采用4种植物(
长穗稻、高粱、杂花泰藤 , 和
Hyparrhenia温泉 )加上没有植物作为自然衰减的控制。用0、5和10 gkg的浓度对这些植物修复剂进行了修正−1 土壤)有机粪肥(牛粪)。结果在种植后120天,显示肥料在5和10 GKG的浓度下施用−1 与自然衰减或单独使用粪肥或植物修复剂相比,与有效的植物修复剂结合的土壤可显著提高TPH的降低(
p
<
0.05
).研究还表明,一个处理组合肥料5 gkg−1 土壤中,植物修复剂的TPH降低率与粪肥10gkg相似−1 土壤(
p
>
0.05
).因此,本研究认为,植物修复剂和肥料的用量为5 gkg−1 土壤可以促进南苏丹苏丹苏达德地区TPH污染土壤的恢复。
北美防空司令部
SSD-13/0021
1.介绍
原油活动经常导致土壤生态系统的运作变化[
1 ,
2 ].原油产品污染土壤,导致植物正常功能所需的营养物质缺乏。
1 ,
3. ].研究例如[
3. ,
4 提供的证据表明,受原油污染的土壤中氮和磷含量较低。此外,它的拒水特性阻止了水渗入土壤[
5 ,导致水和营养不足。这对植物的生长和微生物种群产生了不利影响,因此在石油毒性持续存在的地方,土壤就不适合植物生长[
4 ].
多年来,在石油资源丰富和开采石油的国家,越来越多的人努力修复受污染的地点[
6 ].不同的方法;物理的,化学的和生物的已经进行。然而,其中一些是昂贵的,而另一些则损害了环境,特别是土壤健康和人类生计[
3. ,
7 ,
8 ].例如,挖掘(物理方法)有物流和运输约束[
9 - - - - - -
12 而焚烧(化学方法)增加了大气中的温室气体,导致全球变暖。这使得生物方法的使用,如植物修复,成为最安全、可行和可取的[
13 ].植物修复利用植物和微生物[
13 ].然而,如前所述,受污染的土壤营养不足。为了纠正这一缺陷,补充营养物,如有机肥是必要的[
14 ,
15 ].
有机粪肥的使用是环境更安全的选择,因为它以较慢的速率释放营养物,并充当土壤调节剂[
4 ,
8 ,
16 ].此外,有机肥料含有支持植物生长的氮,镁,硫,磷和钾和钾[
17 - - - - - -
20. ].有机肥料改善了土壤或化学条件,进一步保持了具有高微生物载荷的充分供应土壤有机物[
4 ].这可以更快地降解碳氢化合物污染物[
8 ,
16 ].证据由Kaimi等人提供。[
21 ]在他们对黑麦草的研究中,向土壤添加堆肥粪肥增加了obasi等人的移除碳酸烃(PHC)。[
22 ]报告说,经过粪肥和城市生物垃圾堆肥处理的土壤中60% - 65%的碳氢化合物被去除。与这些不同的是,本研究是利用牛粪对植物修复剂进行生物刺激,因为牛粪在不同的环境中普遍存在,使其几乎免费[
23 ].在南苏丹,由于有大量的牛,当地可以获得牛粪。根据卡特利[
24 ];在南苏丹,包括苏德地区,一个普通家庭拥有四头奶牛。
南苏丹是非洲第三大产油国,仅次于尼日利亚和安哥拉[
25 ].苏丹苏丹苏丹苏达区原油活动影响了地下草药和灌木,也是破坏的微生物生物[
26 - - - - - -
29 ].随着该地区原油开采活动的持续,这些环境危害预计将进一步恶化。
28 ].因此,考虑到原油污染土壤的有效性,用牛粪对其进行生物刺激是必要的。牛粪和其他生物刺激剂的用途以前曾有过报道。在尼日利亚,Essien等人[
30. )使用
牛筋面 建立了牛粪强化原油污染土壤的修复潜力,从而实现了污染土壤的修复。Njoku等[
31 ]发现了相同的效果
大豆 ;艾萨克(
32 )使用
Panicum最大值 和
Talinum triangulare ;Oyedele和Amoo [
33 ]利用玉米植物证实了类似的结果,而Omara等人[
34 )使用
高粱二色的 L. (Moench)在石油掺假的土壤从坎帕拉市的一个汽车修理厂,乌干达。
据鉴于牛粪的普遍率
24 和丰富的优良植物修复剂。Ruley等人[
35 )建立了
长穗稻、高粱、杂花泰藤 , 和
Hyparrhenia温泉 作为苏德湿地重要的植物修复剂。此外,Ruley等人的一项早期研究[
28 ]在地区建立了丰富。在2019年的研究中,浓度TPH 75 GKG的植物物种在污染的土壤中减少了50%以上,这些植物物种在污染的土壤中减少了TPH。−1 土壤。尽管这些植物修复剂(如
h .温泉) 由RUSTY等人确认。[
35 ]和牛粪在该地区的可用性,没有研究评估用牛粪种植上述植物修复剂增加原油污染土壤的潜力。因此,本研究的目的是确定在南苏丹Sudd地区,牛粪能增强植物修复烃类污染土壤的最佳浓度。
2.材料和方法
2.1.实验场地及设计
该研究在受以下治疗的温室中进行;牛粪浓度(0,5和10 Gkg−1 TPH值分别为0和75 gkg−1 土壤。实验所用的原油(光)来自南苏丹Paloch行动基地营地Dar Petroleum Operating Company Ltd.。从南苏丹Sudd地区获得了4种有效植物修复剂的种子(见表)
1 ).在自然衰减过程中去除TPH,不使用植物(即控制)。在Sudd地区评估的四种植物修复剂对污染土壤中超过50%的TPH具有很高的去除潜力(见表)
1 ).
表1
苏德地区石油烃类植物修复剂。
Phytoremediator
TPH从75 gkg浓度降低的百分比−1 土壤
共同/地方名称
学名
茅屋草
Hyparrhenia温泉
74.40
野生稻
选用longistaminata
56.17
虚假的向日葵
Tithonia diversifolia
55.92
苏丹草
高粱arundinaceum
50.12
没有植物(控制)
没有植物(控制)
14.80
资料来源:Ruley等[
35 ].
本试验采用完全随机设计(CRD),共30个处理,Genstat重复3次。共90个处理池(5个植物× 2 TPH浓度× 3个牛粪浓度× 3个重复)。
营养成分比为1.7:0.6:0.8(NPK)的部分分解牛粪用于实验,而在苏达德地区的未污染自然土地中收集土壤,在0-30厘米的深度下的复合顶部土壤样品。SUDD区域位于纬度60 30'-90 30'N和长度300 10'-310 45'e内,海拔320米的升高。桌子
2 显示使用土样品的特性。
表2
温室试验土壤的理化特性。
参数
沙子
粘土
淤泥
STC)
博士
P
TN
SOC
CEC
K
Na
毫克
Ca
单位
(%)
(H2 O)
mg / kg.
(%)
(CMOL(+)/ kg土壤)
测试值
24.2
61.3
14.5
粘土
6.71
15.64
0.27
5.01
26.6
1.69
0.94
1.25
9.92
临界值一个
- - - - - -
- - - - - -
- - - - - -
- - - - - -
5.5
15
0.2
3.
25
0.5
< 1.0
0.6
10
资料来源:Ruley等[
35 ].STC:土壤纹理课程;SOC:土壤有机碳;CEC:阳离子交换能力;一个 根据Okalebo等人[
36 对东非大部分农作物来说。
土壤样品风干,筛除碎屑,然后分成5公斤一罐,用于后续实验。土壤、牛粪和原油在金属片上彻底混合,然后再放回8升的罐子里。聚丙烯罐在底部穿孔,以便排水和通气。在种植前,将其标记成相应的处理,放置一周。为方便滤水罐的排水,每个有孔的滤水罐下方均设有盖子,以收集浸出的水。这些水被再利用来灌溉花盆,以控制TPH的损失。此外,定期用去离子水冲洗壶盖,并将由此产生的洗涤液倒回各自的壶中,进一步减少TPH的损失。
通过浮选技术测定种子活力,其中剩余的污水被认为是可能可行的水底部。每个植物的10种种子都在每个锅中播种并建立;将幼苗稀释至每罐的三个植物,并在两天间隔下通过去离子水灌溉,直到实验结束(种植后四个月)。从一些盆中出现的杂草被手动拉动。此外,粉底粉末由二甲酯(0.05%)的叶面喷雾控制。
2.2.数据收集
株高、总干物质和TPH降低率数据在播后120 d采集一次。在测量株高时,将植株的上述地面部分(芽)从土壤表面剪掉,然后破坏花盆。小心碾碎的花盆被摇进一个大桶里,小心地收集根部,然后在流动的自来水下冲洗,然后风干以去除地表水。测定了分区植株的鲜重。为了确定植株总干物质产量,植株的每个部分在65°C恒温干燥至恒重。去除根系后,每个花盆(种植和未种植)的土壤首先均质,然后取样并在−4°C下存储,直到TPH的进一步处理和分析。用10 mL二氯甲烷(DCM)提取5 g土壤样品,测定TPH浓度。提取液经过滤、蒸发、硅胶注入气相色谱仪。Varian CP-3800气相色谱仪配备了火焰离子化检测器(GC-FID)和无分流进样器,采用100%聚二甲基硅氧烷(30 m × 0.25 mm I.D × 0.25)的DB-5毛细管柱
µ 米膜厚度)。载气为氦气,流速为1.5 mL/min,进样器和检测器温度分别为300℃和320℃。柱顶压力为175 kPa。烤箱温度设定在初始温度35°C,初始保持时间8°C/min,温度速率27°C/min至100°C,温度速率35°C/min至300°C,最终保持时间5分钟。气相色谱- fid的标定标准为:2,10,25和1000mg /L。TPH的计算使用程序集成事件时间表。采用美国环境保护局(USEPA) SW-846系列,9071Bd5方法计算TPH浓度。从收获后的土壤样品的最终气相色谱结果中减去TPH的降解百分比,并乘以100%的产量。通过加入空白样品来提高数据的评价,保证了所使用的一批土壤提取物的质量。用无烃土壤制备空白样品,然后用相同的萃取技术对已知数量的正构烷烃进行处理,以检查回收率。 The hydrocarbon components were analyzed by gas chromatography techniques. The data were displayed as Total Ion Chromatogram (TIC). The information obtained from TIC was used to identify or classify individual components contained in the sample. The reference material was obtained from Petroleum Laboratories, Research and Studies of Sudanese Petroleum Corporation (SPC).
2.3.统计分析
使用Genstat分析植物高度,总干重和TPH百分比减少土壤中的TPH百分比,以产生使用Fisher最低差异(LSD)试验的治疗方法以5%的意义。
3.结果
3.1.株高和干重
对照牛粪处理的平均株高高于所有TPH浓度为75 gkg的处理组合−1 土壤。一般来说,正如预期的那样,在没有施用肥料但TPH浓度为75 gkg的土壤中,观察到的植株最短−1 土壤(表
3. ).植物生长(在高度方面)在含有TPH浓度的组合75 Gkg的组合的治疗中明显改善−1 土壤施用5或10千克有机肥−1 土壤。对于植物高度,粪肥5和10 Gkg的治疗组合之间没有观察到显着差异−1 土壤TPH浓度为75 gkg−1 土壤(
p
>
0.05
)(表
3. ).
表3
处理对四种植物修复体的高度有影响。
植物症(植物物种)
TPH energy, 0 gkg−1 土壤
TPH energy, 75 gkg−1 土壤
m,0 gkg−1 土壤cm.
5米,gkg−1 土壤
10 M, gkg−1 土壤
m,0 gkg−1 土壤cm.
5米,gkg−1 土壤
10 M, gkg−1 土壤
h .温泉
160
163
164.4
129
141
142
o . longistaminata
97.1.
102.0
102.2
40.1
60.0
62.7
T. Diversifolia.
116.1
121.2
123.6
90.3
107.2
109.4
美国arundinaceum
130.1
134.3.
135.9
70.5
100.5
103.3
CV %
1.9
LSD (5%)
3.08
TPH =总石油碳氢化合物;m =粪便。
对照植株的干重含量高于所有TPH浓度为75 gkg的处理组合−1 土壤。一般来说,正如预期的那样,在没有施用肥料但TPH浓度为75 gkg的土壤中观察到轻重植株−1 土壤(表
4 ).在75 gkg处理组合中,四种植物修复剂的植株总干重均有较明显的降低−1 土壤粪便和TPH浓度。这种加入粪5和10 Gkg改进−1 土壤到tph污染土壤(75 gkg−1 土壤)导致所有被研究植物的生物量产量增加。但厩肥5和厩肥10 gkg处理组合间差异不显著−1 土壤TPH浓度为75 gkg−1 土壤在
美国arundinaceum (
p
<
0.05
),而在
h .温泉 ,
O. longistaminata. , 和
T. Diversifolia. (
p
>
0.05
)(表
4 ).
表4
处理对四种植物修复剂的总干重有影响。
植物症(植物物种)
TPH energy, 0 gkg−1 土壤
TPH energy, 75 gkg−1 土壤
m,0 gkg−1 土壤(g)
5米,gkg−1 土壤
10 M, gkg−1 土壤
m,0 gkg−1 土壤(g)
5米,gkg−1 土壤
10 M, gkg−1 土壤
h .温泉
13.5
15.1
15.9
7.1
10.1
10.9
o . longistaminata
7.8
8.2
9.2
4.2
6.1
6.7
T. Diversifolia.
12.1
15.2
16.5
9.0
11.3
12.0
美国arundinaceum
15.5
20.2
20.9
10.1
12.1
13.2
CV %
2.8
LSD (5%)
0.9
TPH =总石油碳氢化合物;m =粪便。
3.2.有机肥对烃类污染土壤植物修复的影响
在种植后120天测定了四种植物修复剂施用有机肥处理后TPH的平均下降百分比(图)
1 ).对照(即,没有植物症的土壤种植的土壤)的减少低于0,5和10 Gkg的治疗方法−1 土壤肥料浓度。因此,很明显,存在的处理粪便5和10 gkg−1 与没有粪肥的植物肿瘤治疗,土壤改善了TPH的减少百分比。没有显着差异(
p
>
0.05
)对TPH的平均降低百分率有显著影响−1 所有四种植物物种的土壤处理(图
1 ).
图1
粪肥施肥对烃污染土壤植物化的影响;条形图显示了TPH的平均百分比的标准误差(SE),
n = 3。
控制组和处理组烃馏分的总离子色谱图如图所示
2 .色谱图提供了样品中碳氢化合物组成变化的定性和半定量信息。对照烃馏分的化合物范围为n-C13 ~ n-C40, n-C26最大。单植物处理,n-C20 ~ n-C40。两种处理均施5和10克肥料−1 n-C29 ~ n-C32。
图2
在120天后生物修复试验期间对照和治疗过程中TPH提取物的总离子色谱图(TIC)。(a)没有治疗。(b)用植物治疗。(c)用植物治疗,粪肥5 Gkg−1 土壤。(d)用10克植物和肥料处理−1 土壤。
(一)
(b)
(c)
(d)
4。讨论
利用牛粪生物刺激苏德湿地烃类污染土壤具有通过生物修复恢复烃类污染土壤的潜力。这是由丰富的
长雄蕊草、arundinaceum、多叶草 , 和
h .温泉 作为自然存在的植物修复剂的植物种类[
28 虽然它们在土壤中高浓度的TPH抑制了它们的生长。在本研究中,在没有粪肥的治疗中,与用粪肥的对照和治疗相比,植物物种增长短而记录了轻盈的重量含量。抑制归因于由原油污染(如防水性引起的无知条件,所述防水性导致植物可降低水和氧气。这部分解释了植物干重的植物短缺和亮度。另一方面,原油污染物改变了土壤物理性质,如渗透性影响植物物种的生长。Akinwumi等人支持的发现。[
37 ]和纳粹[
38 他们一致认为,原油污染土壤改变了土壤的物理性质,影响了土壤中总有机碳和钾、硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐等矿物养分的自由流动。Akubugwo等人则洒下了更多的光[
39 Wang等人[
40 ]营养缺陷抑制碳氢化合物污染土壤中植物种类的生长。
尽管Ruley等人[
35 ]确定了四种植物(
长雄蕊草、arundinaceum、多叶草 , 和
h .温泉 )作为主要的植物修复剂,本研究证实了牛粪的增加可显著改善植物的生长特性。无粪处理和有粪处理株高和干重差异均最小(
p
<
0.05
).牛粪具有较高的营养成分,为污染土壤提供了营养元素,从而恢复了土壤中养分的流失,从而提高了土壤的株高和干重。此外,牛粪是有效、经济和生态友好的,可导致碳氢化合物完全矿化[
41 提高植物修复能力。基于TIC的分析提供了这种效应的证据,该分析显示,在120天后烃类化合物逐渐减少,这意味着一些化合物已经被完全生物降解,在色谱图中无法观察到. 基于这一发现,
长雄蕊草、arundinaceum、多叶草 , 和
h .温泉 加入牛粪后成为更有效的植物修复剂。这句话与Oyedele和Amoo押韵[
33 添加牛粪可以提高钙、镁、磷、钾和氮的含量,而这些元素对植物的生长是至关重要的。埃辛等人[
30. ]也注意到牛粪的普遍存在降低了使用无机肥料的成本,从而进一步降低了清理被原油污染的土壤的成本。
在本研究中,施用5 gkg的粪肥之间无显著差异−1 土壤和10千克−1 土壤。研究建议,任何计划都应该满足于5千克−1 土壤作为最佳金额。使用10 Gkg有很高的可能性−1 土壤可以将任何现有的微生物归于原油以喂养原油以喂养牛粪中的营养成分。这种转移减缓了植物修复的过程,如在Essien等人的一些研究中所观察到的那样。[
30. 过量使用牛粪有可能导致现有的微生物放弃原油,转而以牛粪提供的营养物质为食。
5.一般的结论
在不同的环境中,石油和石油衍生产品抑制植物生长和发育。TPH通过干扰来自基材的水和矿物质的过程来抑制植物的正常功能。此外,它会减慢并阻碍许多代谢过程发生。案例在点,当油穿透种子涂层时,它会导致种子胚胎的死亡。虽然TPH受到污染的土壤的修复是一个具有挑战性的任务,但本研究的结果表明,生物刺激原油污染土壤与牛粪的污染土壤显着增强了植物生长参数。因此,这增加了它们作为植物模型的效率。本研究表明,牛粪在5和10 Gkg的浓度下施用−1 与自然衰减或单独使用粪肥或植物修复剂相比,结合有效的植物修复剂可以显著提高TPH的降低。此外,本研究还阐明了5 gkg有机肥的组合−1 使用植物修复剂的土壤TPH平均降低百分比与10gkg相同−1 土壤。本研究结果表明,牛粪提高了南苏丹Sudd湿地植物物种的植物修复潜力,建议使用植物修复剂和5 gkg的组合−1 以牛粪土壤为最佳组合,加强土壤修复效果。与其他修复技术相比,使用牛粪具有成本效益,为南苏丹政府及其开发伙伴在Sudd地区及其周边TPH污染土壤的植物修复提供了理想的解决方案。该地区存在着支持这一战略的便利条件,例如可获得大量牛,平均每户有4头牛。这为该地区以低成本恢复原油污染土壤提供了潜在的机会。
数据可用性
用于支持这项研究结果的数据可从Jane Alexander Ruley (
janenajeb@yahoo.com ;+ 256756352256)
利益冲突
作者声明他们没有利益冲突。
致谢
作者谨此感谢挪亚通过苏达特大学(Makerere University大学)和挪威生命科学大学实施的苏达特项目(挪威项目号)实施了这项研究。作者还承认石油和天然气部的支持,Dar Petroleum公司有限公司,苏丹石油实验室,用于分析土壤样品。
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