本发明涉及污染土壤修复、修复技术安全领域技术领域，特别是涉及一种当地土壤的植物-微生物修复技术的应用优化方法。
背景技术：
利用植物-微生物联合修复污染土壤的研究已有很多。例如，石油烃残留于土壤中不易降解，去除难度大。利用植物-微生物修复石油烃污染土壤具有无二次污染等优势，但通常耗时长久，降解效果差于其它物理化学方法。因此，根据不同环境与修复技术因素，确定污染土壤中待修复污染物和植物、菌株的时空变化，找出影响修复污染物降解效果的关键因子，提出与当地条件匹配的优化修复技术方案，对提高修复效率具有重要的应用价值。
生物可利用度和匹配当地条件程度是影响生态修复，提高污染物降解性的关键。本专利以优化石油烃污染土壤的植物-微生物联合修复技术为例，给出如何找出控制污染物降解效果的关键因子，提出与当地条件匹配的优化修复技术方案的选择方法。
技术实现要素：
基于上述现有技术和存在的问题，本发明提出了一种当地土壤的植物-微生物修复技术的应用优化方法，通过确定土壤修复模型，找出石油烃污染物影响，提出达成污染物降解效果的关键因子的修复措施。
本发明提出了一种当地土壤的植物-微生物修复技术的应用优化方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、确定土壤修复当的气象(自然降雨量)和土壤重要参数(土壤深度、含水率)；
步骤2、建立土壤修复模型
土壤修复模型一、选择土壤下边界深度，若石油烃浓度超过了预设的污染背景值，表示在高浓度石油烃污染情况下，下边界深度以下的土壤受污染，结合进一步的验证深层土壤石油烃污染程度和范围，采用土壤掺混降低污染物浓度的修复措施；
土壤修复模型二、当检测到石油烃浓度峰值降为初始浓度的一半时，表明在现有的修复条件下，低浓度初始石油烃污染达到修复效果；
土壤修复模型三、结合试验区降雨条件，为达成石油烃降解率，采用调整灌溉量和设计灌溉方式的修复措施；
土壤修复模型四、结合试验区当地特点，为达到优化的微生物降解量，采用调整土壤翻耕深度的修复措施；
步骤3、根据当地特点，结合上述的土壤修复模型，模拟不同条件下修复技术的应用效果；
步骤4、选择适应当地条件的土壤修复模型，采用适合的修复措施；
步骤5、合理确定初始污染浓度、灌溉和翻耕深度的优化参数，确定植物和微生物降解能力，实施优化的修复技术方案。
与现有技术相比，本发明技术方案的优点在于：通过确定污染土壤中待修复污染物和植物、菌株的时空变化，找出影响修复污染物降解效果的关键因子，提出与当地条件匹配的优化修复技术方案，提高修复效率和修复效果。
附图说明
图1为高浓度情况土壤中石油烃浓度分布示意图；
图例说明：(－－－)表示第0天；(－·－)表示第30天；(——)表示第60天；(—·—)表示第90天；(……)表示第120天；(------)表示第150天；(——)表示第180天；
图2为低浓度污染情况土壤中石油烃浓度分布示意图；
图例说明：(－－－)表示第0天；(－·－)表示第30天；(——)表示第60天；(—·—)表示第90天；(…)表示第120天；(---)表示第150天；(——)第表示180天；
图3为灌溉与未灌溉情况下第180天石油烃浓度分布对比示意图；
图例说明：(－－－)表示10次/每次10mm灌溉；(------)表示10次/每次20mm灌溉；(——)表示未灌溉)；
图4为不同设计情景下第180天石油烃浓度分布对比示意图；
图例说明：(－－)表示情景1；(—·—)表示情景2；(---)表示情景3；(——)表示自然降雨。
图5为不同翻耕深度下第180天石油烃浓度分布对比示意图；(－－)表示5cm；(—·—)表示10cm；(---)表示15cm；(——)表示20cm；
图6为本发明的一种当地土壤的植物-微生物修复技术的应用优化方法的整体流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式，进一步详述本发明的技术方案。
本发明的微生物包括BrevibacilluspanacihumiStrainW25和GordoniaalkanivoransStrainW33，植物为碱蓬。
运用Hydrus软件对盐地碱蓬-微生物联合修复石油烃污染土壤的过程进行优化模拟，即模拟石油烃污染物主要烷烃组分C16、Pr、Ph、C22、C24、C26、C28和C30的时空迁移与降解过程，再通过excel进行数据处理。
1、石油烃初始污染浓度影响
设定石油烃污染的初始浓度为低浓度500mg/kg和高浓度10000mg/kg，并与中浓度2000mg/kg的降解效果进行对比，假设土壤翻耕深度均为20cm。图1给出了高浓度污染情况下石油烃浓度随土壤翻耕深度的变化。选40cm深度处作为下边界，石油烃浓度已达到1120.03mg/kg，超过了污染背景值，可见在高浓度石油烃污染情况下，40cm以下土壤受污染影响不容忽视，石油烃可能对地下水产生污染，此时需要进一步验证深层土壤石油烃污染程度和范围，确定修复措施。
图2给出了低浓度污染情况下石油烃浓度随土壤深度的变化。可见在第180天，石油烃浓度峰值已经降为初始浓度的一半，在现有的修复条件下，低浓度初始石油烃污染可以达到较好的效果。这也提示，在修复高浓度土壤污染时，可采用土壤掺混降低污染物浓度的办法修复。
从低浓度到高浓度污染，石油烃降解量增加，但降解率减小，石油烃去除率分别为50.74％，37.94％和29.32％。而微生物降解率分别为19.50％，22.62％和24.41％，呈增大趋势，这是因为增加了可供微生物利用的石油烃量。碱蓬对石油烃的去除率分别为30.73％，14.82％和4.14％，呈递减趋势，说明石油烃浓度超过碱蓬对其利用潜力。
从低浓度、中浓度到高浓度情况下，石油烃浓度峰值分别出现在26.4cm，24.8cm以及23.2cm土壤深度处，说明随着石油烃浓度的增加，其整体迁移速率减缓。不论石油烃浓度高低，地表下25cm左右土壤石油烃残留量始终处于峰值，可以在此处附近适当增加微生物的数量，提高微生物降解能力。
2、灌溉方式的影响
设计不同灌溉处理，增加土壤含水量，以获得石油烃在不同土壤水条件下的归宿。设计两种灌溉方式为：灌溉10次、每次10mm，灌溉10次、每次20mm，并与未灌溉的降解效果进行对比。石油烃初始浓度为2000mg/kg。
从未灌溉、10mm灌溉和20mm灌溉，石油烃去除率分别为37.94％，37.96％和37.13％。微生物降解率分别为22.62％，23.11％和23.72％，呈增大趋势，说明灌溉使石油烃的生物可利用度增加了，而碱蓬对石油烃的去除率分别为14.82％，14.00％和10.27％，呈递减趋势，这是由于灌溉促进石油烃随水分淋溶而下渗到根系不发达区或无根系区。可见，适当灌溉能够促进石油烃降解，但由于植物根系较浅，随水分下渗的石油烃得不到植物利用。图3为不同情况下第180天石油烃浓度分布对比，增加灌溉，石油烃浓度峰值明显向下迁移。可见，虽然适当灌溉可以提高石油烃降解率，但同时增加其向下迁移量。不适当灌溉将导致石油烃污染深层土壤，甚至危及地下水。在试验区降雨条件下，在旱季增加10mm灌溉量较为适宜。
由于自然降雨集中于7、8月份，为研究优化的灌溉方式，设计旱区灌溉模式(即不考虑降雨)。考虑到粘土渗透性较差，过多的灌溉会降低土壤透气性，不利于石油烃生物降解，因此，在灌溉设计时要控制土壤含水量。
忽略自然降雨，每隔3天灌溉一次，每次灌溉量10mm。在此灌溉情景下，石油烃浓度峰值向下迁移较慢，30cm以下土壤几乎不受污染。到第180天，土壤中微生物降解和碱蓬去除石油烃分别占总量的22.09％、26.27％，石油烃总去除率为48.36％，去除效果明显提高。可见，此灌溉情景设计可行。
忽略自然降雨，每隔3天灌溉一次，每次灌溉量15mm。在此灌溉情景下，石油烃浓度峰值向下迁移加快，40cm处土壤已有污染物出现，污染范围增大。到第180天，土壤中微生物降解和碱蓬去除石油烃分别占总量的24.32％、12.89％，石油烃总去除率为37.28％，去除效果几乎不变。原因有两个，一是总灌溉量过多，将污染物逐渐冲出根系范围，减弱了根系作用，二是忽视了根系生长，考虑到试验前期根系不发达，应适当减少灌溉量。此灌溉情景设计需要进行调整。
在以上两种灌溉设计基础上，考虑保证总石油烃去除率和减少污染峰值等因素，设计灌溉情景如下：忽略自然降雨，每隔3天灌溉一次，前30天每次灌溉量10mm，以后每次灌溉量15mm。在此灌溉情景下，石油烃浓度峰值向下迁移速度介于以上两种情景之间，40cm处土壤已有污染物出现，但浓度很低。到第180天微生物降解和碱蓬去除石油烃分别占量的23.67％、17.54％。土壤中石油烃总去除率为41.22％，石油烃去除效果较好。
图4为不同灌溉设计下第180天石油烃浓度分布对比，由图可见，通过灌溉设计，整体修复效果都是优于自然降雨情况的。在情景3灌溉设计下，土壤中石油烃浓度峰值低于情景1，污染范围和迁移速度又小于情景2，其修复效果较好。通过合理灌溉控制土壤含水量，能够减少土壤水分和污染物流失，并提高修复效果。
3、土壤污染翻耕深度的影响
石油烃污染浓度对降解影响很大，而植物根系对降解效果的影响也很明显，翻耕深度同时影响石油烃污染浓度和根系作用，因此，确定合适的翻耕深度很重要。设石油烃初始污染深度为5cm，浓度为2000mg/kg，分别设计土壤翻耕深度为：5cm，10cm，15cm和20cm。土壤翻耕后污染深度分别变为5.8cm，11.6cm，17.4cm和23.2cm，石油烃初始污染浓度分别为2000mg/kg，1000mg/kg，666.67mg/kg和500mg/kg。
将污染土壤翻耕5cm，在第120天时，土壤中石油烃浓度已经基本能够达到土壤本底值500mg/kg。土壤30cm以下基本不受石油烃污染。到第180天，土壤中微生物降解和碱蓬去除石油烃分别占总量的18.09％、48.44％。可见，由于碱蓬根系在地下5cm内较发达，且根系深度远大于翻耕深度，碱蓬对石油烃的累积去除量大大增加。石油烃总去除率为66.53％，去除效果良好。
将污染土壤翻耕10cm，在第120天时，土壤中石油烃浓度已经全部达到本底值500mg/kg。土壤30cm以下基本不受污染。到第180天，土壤中微生物降解和碱蓬去除石油烃分别占总量的18.42％、38.56％。可见，由于翻耕深度的增加，碱蓬对石油烃的累积去除量稍有减少。石油烃总去除率为56.98％。
将污染土壤翻耕15cm，在第90天时，土壤中石油烃浓度已经全部达到本底值500mg/kg。土壤40cm以下开始受到轻微污染。到第180天，土壤中微生物降解和碱蓬去除石油烃分别占总量的19.66％、31.38％。石油烃总去除率为51.20％。
将污染土壤翻耕20cm，翻耕虽然使土壤中石油烃浓度达到本底值500mg/kg，但是土壤40cm以下受到石油烃污染加重。到第180天，土壤中微生物降解和碱蓬去除石油烃分别占总量的20.20％、26.62％。可见，随着翻耕深度的增加，碱蓬对石油烃的累积去除量继续减少。土壤中石油烃总去除率为48.69％。
图5为不同翻耕深度下第180天土壤中石油烃浓度分布，翻耕5cm和10cm的修复效果明显优于其他两种情况。随着翻耕深度的增加，微生物降解量提高，而根系作用较弱，综合来看，在初始浓度为2000mg/kg情况下，5cm为最好的翻耕深度。在这种翻耕条件下，石油烃污染物长时间处于植物根系的作用下，能够使植物根系发挥最大作用。
总之，影响石油烃降解效果的关键因子包括石油烃污染浓度、土壤含水量和污染土壤翻耕深度等。模拟可合理确定初始污染浓度、灌溉和翻耕深度的优化参数，确定植物和微生物降解能力，提出适合当地特点的土壤修复技术优化应用方法，提高土壤污染物降解和修复效果。