一種利用禾本科植物火鳳凰修復多環芳烴汙染土壤的方法
2023-12-04 16:24:51 1
一種利用禾本科植物火鳳凰修復多環芳烴汙染土壤的方法
【專利摘要】本發明涉及多環芳烴（PAHs）汙染土壤植物修復【技術領域】，具有地說是一種利用禾本科植物火鳳凰修復多環芳烴汙染土壤的方法。在PAHs汙染土壤中種植禾本科植物火鳳凰，促使該植物在發芽、生長至成熟過程中，通過植物的生長過程及其根系分泌物質的聯合作用，從而降解、除去或顯著降低土壤中的PAHs。本發明方法將火鳳凰種植於多環芳烴汙染土壤中，採用觀賞性植物火鳳凰來修復多環芳烴汙染土壤。該方法與傳統的汙染土壤治理方法相比，具有投資少、工程量小、技術要求不高等優點。同時，作為一種觀賞性和經濟植物，種植火鳳凰不僅能有效降解環境土壤中多環芳烴汙染，而且還可以避免汙染植物進入食物鏈，最大限度減少其治理帶來生態風險。
【專利說明】一種利用禾本科植物火鳳凰修復多環芳烴汙染土壤的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及多環芳烴(PAHs)汙染土壤植物修復【技術領域】，具有地說是一種利用禾本科植物火鳳凰修復多環芳烴汙染土壤的方法。
【背景技術】
[0002]多環芳烴(PAHs)是一類具有生物蓄積性、毒性、致癌和致突變特性的典型持久性有機汙染物。早在上世紀70年代，美國環保署就已列出了 16種優先控制的PAHs，其中7種被國際癌症研究中心認定為動物致癌物。PAHs主要產生於化石燃料和有機物質的不完全燃燒過程。研究表明，進入環境中的PAHs有94%都積累在土壤環境中，使土壤成為PAHs最主要的儲存庫。土壤富含的有機物質可以有效吸附這類脂溶性較強的化合物，並且難以降解。更令人擔憂的是，PAHs對環境的汙染和對生態系統的危害是無法短期獲知的，一旦發生毒害作用必將導致無法挽回的後果。因此，對PAHs汙染土壤進行必要的修復是降低其生態風險，解決土壤環境問題及消減農產品致癌風險的重大需要。
[0003]長期以來，國內外均把PAHs在水體、大氣、土壤中的環境效應研究作為環境科學研究的前沿，把這類汙染物的化學行為、環境毒理及降解等方面作為研究的重點。其中，關於PAHs汙染土壤的修復已成為當下研究的熱點。目前，治理PAHs汙染土壤的方法主要有物理修復、化學修復和生物修復。物理、化學修復技術成本昂貴，易造成地下水源的次生汙染，不適合大規模應用。生物修復主要指微生物修復，微生物修復是研究得最早、最深入、應用也最為廣泛的一種生物修複方法。由此產生了一系列生物修復技術如現場處理、就地處理、堆肥、生物反應器等。這些修復技術的主體均是微生物，應用這些技術處理PAHs汙染土壤已有廣泛研究。近年來，國外對苯並[a]芘汙染土壤的生物處理及其微生物降解有較多報導，大多認為一些白腐真菌對苯並[a]芘有較強的降解能力。許多研究表明，這是因為它們能產生多種酶類，如:木素過氧化物酶、錳過氧化物酶、漆酶等。近幾年，我國科研工作者在分離篩選PAHs高效降解菌方面開展了很多研究，已取得了諸多成果。微生物修復有其獨特的優點:其成本低，其處理費用約為熱處理的1/3-1/4、理化處理的1/2-1/3 ;對環境影響小。但微生物修復中所引入的外源微生物(專性降解菌、基因工程菌)的降解效果易受到土著微生物競爭的影響，同時也存在潛在的生態風險。相比之下，植物修復操作簡便，投資成本低、效果好，無二次汙染，環境友好，是目前最具潛力的修復技術。
[0004]植物對PAHs汙染土壤的修復主要表現為3種機制:根部直接吸收PAHs，隨後被代謝成無害物質；根部釋放分泌物和酶分解PAHs ;根際強化微生物群體對PAHs的降解。已有較多研究表明，通過上述途徑植物可以有效地刺激PAHs的降解。目前世界範圍內植物修復已被廣泛應用到PAHs汙染土壤治理中，直到現在，已報導能促進PAHs去除的植物有40多種，如楊樹、柳樹、鸚鵡毛等，但在植物修復中利用觀賞性植物修復土壤的報導還較少，因為觀賞性植物修復有其獨特的優點:如進行土壤修復的同時，能美化環境；觀賞性植物，不會進入食物鏈，可減少人體的危害；同時人類在長期的生產實踐中積累了豐富了品種選育、觀賞性植物栽培以及病蟲害防治等，所以目前觀賞性植物修復汙染土壤正方興未艾。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種利用觀賞性植物火鳳凰(Festucaarundinacea)修復多環芳烴汙染土壤的方法。
[0006]為實現上述目的本發明採用的技術方案為:
[0007]一種利用禾本科植物火鳳凰修復多環芳烴汙染土壤的方法:在PAHs汙染土壤中種植禾本科植物火鳳凰，促使該植物在發芽、生長至成熟過程中，通過植物的生長過程及其根系分泌物質的聯合作用，從而降解、除去或顯著降低土壤中的PAHs。
[0008]所述汙染土壤中多環芳烴濃度為50-100mg/kg。將火鳳凰種植於無汙染土壤中，種植有火鳳凰的無汙染土壤置於汙染土壤中間，即種植方式從上至下，上層汙染土壤-種植有火鳳凰的無汙染土壤-下層汙染土壤。每200g自然無汙染土壤中植物5g火鳳凰。所述上層汙染土壤與種植有火鳳凰的無汙染土壤重量比為1:1。
[0009]具體為:將植物種子5g種於200g自然無汙染土壤中，其種植有火鳳凰的200g自然無汙染土壤上方為200g多環芳烴汙染土壤，下方為ISOOg多環芳烴汙染土壤。
[0010]火鳳凰的種植採用在網室中栽培，不定期澆水，使土壤含水量經常保持在田間持水量的25-35% (田間持水量是指土壤所能穩定保持的最高土壤含水量，以佔土壤體積的百分數表示)。
[0011]在多環芳烴汙染土壤中種植或連續種植火鳳凰，火鳳凰利用其自身的生長過程、根系分泌的酶、小分子有機酸、糖類、胺基酸、吲哚乙酸以及根際促生菌體系聯合降解、修復或去除土壤中多環芳烴含量，直至土壤中的多環芳烴含量達到環境安全標準。
[0012]本發明所採用的觀賞性植物火鳳凰，禾本科。火鳳凰是專門為炎熱和乾旱地區成功建植草坪而設計組配的草坪型高羊茅組合，由多個最新型的耐熱、抗病的高羊茅品種組合而成。它對其它禾草和雜草有較強的競爭能力，葉色深綠，抗病、耐熱，夏季病蟲害少，冬季綠色期長。它能耐受嚴酷的生態環境，即在北方乾旱氣候和南方溼熱氣候條件下均能良好生長。
[0013]本發明所具有的優點如下:
[0014]1.本發明方法將火鳳凰種植於多環芳烴汙染土壤中，採用觀賞性植物火鳳凰來修復多環芳烴汙染土壤。該方法與傳統的汙染土壤治理方法相比，具有投資少、工程量小、技術要求不高等優點；而且作為一種綠色原位修復技術，不會造成二次汙染，同時觀賞性植物修復不僅不會破壞土壤生態環境，還有助於改善有機汙染而引起的土壤退化和生產力下降，恢復並提高生物多樣性。同時，作為一種觀賞性和經濟植物，種植火鳳凰不僅能有效降解環境土壤中多環芳烴汙染，而且還可以避免汙染植物進入食物鏈，最大限度減少其治理帶來生態風險。
[0015]2.本發明方法是將火鳳凰種植於多環芳烴汙染土壤中，當土壤中多環芳烴濃度為50-100mg/kg，植物的生長量基本沒有受到抑制，同時火鳳凰利用其發達的根系及根系微生物聯合作用有效的降解了汙染土壤中多環芳烴的含量。在種植150d後，其根際土壤中四環PAHs包括(熒蒽、芘、苯並(a)蒽、屈)降解率分別為:86.56%,93.27%, 100%, 100% ;五環PAHs包括(苯並(b)熒蒽，苯並(k)熒蒽，苯並(a)芘，二苯並(a，h))也都有較高的降解率，分別為100%，100%,99.53%, 100%。實驗證明，火鳳凰利用其發達的根系及根系微生物聯合作用有效的降解了汙染土壤中多環芳烴的含量。種植火鳳凰150天後其汙染土壤中多環芳烴(四環和五環)總量降解率可達99.40 %，遠遠高於其對照組降解率(54.06 % )，說明了火鳳凰對多環芳烴汙染具有較強的耐性和有較高的降解能力。
[0016]3.本發明利用觀賞性植物修復降解多環芳烴汙染土壤，其不僅可以有效改善汙染土壤的土質，降低多環芳烴汙染濃度，而且還能起到實現美化環境的作用，更重要的是用於修復土壤的觀賞性植物有效避免了汙染物再次進入食物鏈，最大限度的減少了修復土壤中可引起的二次汙染。與其他修復技術相比，具有成本低、對環境影響小、能使地表長期穩定，並且在消除土壤汙染的同時，消除汙染土壤周圍的大氣和水體中的汙染物，有利於改善生態環境等優點。因此，從觀賞性植物中篩選能降解多環芳烴植物並將其推廣應用是切實可行的。
[0017]總之，本發明將火鳳凰種植在多環芳烴汙染土壤中，通過植物的生長過程及其根系分泌的酶、小分子有機酸、糖類、胺基酸、吲哚乙酸以及根際促生菌的聯合作用，可達到有效除去土壤中多環芳烴的目的。通過連續種植該種植物，重複上述步驟，就可連續降解汙染土壤中多環芳烴，直到其含量達到環境安全標準。該方法具有工程量小，有效改善土壤的理化性質，無二次汙染，且可以在治理汙染土壤的同時美化環境等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明實施例提供的將火鳳凰種植60d後其根際土壤中四環多環芳烴和五環多環芳烴分別的降解率圖。圖中，FL表示熒蒽，Pyr表示芘，BaA表示苯並(a)蒽，CHR表示屈，BbF表示苯並(b)突蒽,BkF表示苯並(k)突蒽,Bap表示苯並(a)花,DBA表示二苯並(a,h)。
[0019]圖2為本發明實施例提供的將火鳳凰種植120d後其根際土壤中四環多環芳烴和五環多環芳烴分別的降解率情況。圖中，FL表示熒蒽，Pyr表示芘，BaA表示苯並(a)蒽，CHR表示屈，BbF表示苯並(b)突蒽，BkF表示苯並(k)突蒽，Bap表示苯並(a)花，DBA表示二苯並(a, h)。
[0020]圖3為本發明實施例提供的將火鳳凰種植150d後其根際土壤中四環多環芳烴和五環多環芳烴分別的降解率情況。圖中，FL表示熒蒽，Pyr表示芘，BaA表示苯並(a)蒽，CHR表示屈，BbF表示苯並(b)突蒽，BkF表示苯並(k)突蒽，Bap表示苯並(a)花，DBA表示二苯並(a, h)。
[0021]圖4為本發明實施例提供的不同種植時間火鳳凰對根際土壤中PAHs總量(四環和五環PAHs )的降解率變化情況圖。
【具體實施方式】
[0022]一種利用觀賞性植物火鳳凰(Fire Phoenix)修復多環芳烴汙染土壤的方法，主要包括:
[0023]在多環芳烴(PAHs)汙染土壤中種植植物，促使該植物在發芽、生長至成熟過程中，通過植物的生長過程及其根系分泌的酶、小分子有機酸、糖類、胺基酸、吲哚乙酸以及根際促生菌的聯合作用，從而降解、除去或顯著降低土壤中的PAHs，該所述植物為:火鳳凰，屬禾本科植物。[0024]將火鳳凰種植於無汙染土壤中，種植有火鳳凰的無汙染土壤置於汙染土壤中間。
[0025]所述的利用觀賞性植物火鳳凰修復多環芳烴汙染土壤的方法，在多環芳烴汙染土壤中種植的火鳳凰採用在網室中栽培，不定期澆水，使土壤含水量經常保持在田間持水量的25-35% (田間持水量是指土壤所能穩定保持的最高土壤含水量，以佔土壤體積的百分數表不)。
[0026]所述的利用觀賞性植物火鳳凰修復多環芳烴汙染土壤的方法，在多環芳烴汙染土壤中種植或連續種植火鳳凰，火鳳凰利用其自身的生長過程、根系分泌的酶、小分子有機酸、糖類、胺基酸、吲哚乙酸以及根際促生菌體系聯合降解、修復或去除土壤中多環芳烴含量，直至土壤中的多環芳烴含量達到環境安全標準。
[0027]實施例
[0028]實驗地點設在中國科學院瀋陽應用生態研究所網室內，盆栽實驗土壤採用配製後多環芳烴汙染土壤，即為山東省東營市勝利油田採集的原多環芳烴汙染土壤(0-20cm)與瀋陽市萬柳塘公園內採集的自然無汙染土壤(0-20cm)，通過重量配比(1:1)成PAHs濃度為50-100mg/kg的配製後多環芳烴汙染土壤，土壤理化指標見表1。種植火鳳凰是將植物種子種於200g自然無汙染土壤中，其200g自然無汙染土壤下方是1800g多環芳烴汙染土壤,上方是200g多環芳烴汙染土壤中間(多環芳烴濃度為80mg/kg)。實驗同時設有對照組(即沒有種植植物的配製後多環芳烴汙染土壤樣品)。實驗用盆是高16cm、直徑為25cm的圓形塑料盆,每盆土的質量為2.2kg,實驗每盆種植土壤表面積分為9個等份，每等份播種10顆種子，待其生長穩定後間苗為5株/等份，生長期間用自來水澆灌，每個處理水平做4個重複。在實驗過程中控制澆灌頻率和澆灌水量，以防止土壤中PAHs汙染物流失。同時，設置3盆未種植物對照盆，平時施予同樣澆灌操作。植物種植後60d、120d、150d後，分別採集植物根際土壤測定其多環芳烴(包括四環和五環)含量及其降解情況。
[0029]採用超聲提取，高效液相色譜儀(HPLC)螢光檢測器進行測定土壤中PAHs的含量。取5g經研磨過Imm篩土壤樣品於25ml玻璃離心管中，加入20ml有機提取劑(按體積比，丙酮/ 二氯甲烷=1:1)並蓋緊，分2次於超聲水浴中提取，每次30min，超聲水浴中的溫度控制在40°C以下。提取後，將離心管放在離心機內，以4000轉/min離心lOmin。記下提取液體積，將上清液轉移到蒸發瓶中，於旋轉濃縮蒸發儀上在30°C、135m bar真空條件下將樣品濃縮至幹。用環己烷定容至1ml，將定溶液轉移至裝有1.0g矽膠的預處理柱中，再用正己烷/ 二氯甲烷(體積比1:1)混合液洗脫，棄去第I組份5ml洗脫液，收集到的洗脫液再以氮氣吹脫，乙腈定容至1ml，待液相色譜(HPLC)分析測定(參見圖1-4)。
[0030]表1.山東採集原多環芳烴汙染土壤及配製後多環芳烴汙染土壤理化指標
[0031]
【權利要求】
1.一種利用禾本科植物火鳳凰修復多環芳烴汙染土壤的方法，其特徵在於:在PAHs汙染土壤中種植禾本科植物火鳳凰，促使該植物在發芽、生長至成熟過程中，通過植物的生長過程及其根系分泌物質的聯合作用，從而降解、除去或顯著降低土壤中的PAHs。
2.按權利要求1所述的利用禾本科植物火鳳凰修復多環芳烴汙染土壤的方法，其特徵在於:所述汙染土壤中多環芳烴濃度為50-100mg/kg。
3.按權利要求1所述的利用禾本科植物火鳳凰修復多環芳烴汙染土壤的方法，其特徵在於:將火鳳凰種植於無汙染土壤中，種植有火鳳凰的無汙染土壤置於汙染土壤中間，即種植方式從上至下，上層汙染土壤-種植有火鳳凰的無汙染土壤-下層汙染土壤。
4.按權利要求3所述的利用禾本科植物火鳳凰修復多環芳烴汙染土壤的方法，其特徵在於:每200g自然無汙染土壤中植物5g火鳳凰；所述上層汙染土壤與種植有火鳳凰的無汙染土壤重量比為1:1。
5.按權利要求1所述的利用禾本科植物火鳳凰修復多環芳烴汙染土壤的方法，其特徵在於:火鳳凰的種植採用在網室中栽培，不定期澆水，使土壤含水量經常保持在田間持水量的 25-35% ο
【文檔編號】B09C1/00GK103769411SQ201210405609
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月22日 優先權日:2012年10月22日
【發明者】劉睿, 周啟星, 魏樹和 申請人:中國科學院瀋陽應用生態研究所