受柴油汙染的溼地的茈菰修複方法

2023-05-31 09:26:06

專利名稱：受柴油汙染的溼地的茈菰修複方法
技術領域：
本發明涉及一種受柴油汙染的溼地的植物修複方法，特別是一種受柴油汙染的溼地的茈菰修複方法。
背景技術：
隨著我國對外開放和海洋經濟的迅速發展、海洋石油勘探開發規模不斷加大、海上石油、燃料油運輸日益繁忙，加之我國未來對石油需求的不斷增加、油運市場的不斷壯大，我國的海域可能是未來溢油事故的多發區和重災區。據不完全統計，1976 2006年，我國沿海平均每4天發生一起溢油事故，這期間溢油量在50噸以上的溢油事故60多起；近年頻發的溢油事件導致每年都有大量的油汙進入海洋生態環境中，岸邊脆弱的溼地生態環境極易受到影響，而這些有毒的有機汙染物會通過物質遷移對大氣等其他環境產生不利影響；油類汙染物進入土壤後，會改變土壤有機質的組成和機構，使得土壤中碳/氮比嚴重失調，也影響到土壤微生物的生長繁殖，對微生物群落的結構和種類都造成不同程度的影響。 並且油類汙染物由於粘度較大，可以堵塞土壤的空隙，增大土壤的氧化還原電位，使其處於缺氧狀態，從而對微生物產生抑制作用，還會影響到植物的根系分泌物以及土壤植物根際的酶類物質，油類汙染物會抑制這些酶類的活性。油類汙染物還可以隨食物鏈進入人體，對人類的健康構成嚴重威脅。因此，岸邊沉積物中油汙的處理處置與油汙環境修復日益受到重視。現有的油汙沉積物修複方法有物理修復、化學修復和生物修復等，傳統的物理化學修複方法成本高且容易帶來二次汙染，微生物修復的方法可能會導致細菌等微生物對土壤和地下水的生物性汙染。植物修復是繼微生物修復之後提出的一種綠色原位修復技術， 所收穫的植株可以進行集中處理，不會造成二次汙染，同時植物修復進程不僅不會破壞土壤生態環境，還有助於改善因油汙染而引起的土壤退化和生產力下降，恢復並提高其生物多樣性。利用植物來修復油汙土正逐步成為未來油汙治理研究的一個重要方向，所以關於可富集油汙植物的篩選及其修複方法是該領域面臨的重要課題之一。

發明內容
本發明的目的是提供一種受柴油汙染的溼地的茈菰修複方法。為實現上述目的，本發明的技術方案為
一種受柴油汙染的溼地岸邊沉積物的茈菰修複方法，其特徵在於該方法的具體步驟為在受柴油汙染的溼地中種植野茈菰幼苗，或將野茈菰的球莖在室內催芽後，點播於受柴油汙染的溼地中，其種植密度控制在10(Γ250株/m2範圍；當野茈菰長到果實期的時候，將其地上部分刈割移出，並通過反覆刈割過程，連續減少汙染沉積物中的過量油汙，直到汙染物的含量達到環境安全標準。上述的受柴油汙染的溼地的柴油濃度在20000mg/kg以內。在含柴油的溼潤沉積物中種植野茈菰，通過茈菰的吸收與代謝，及植物根際的分泌物、酶的化學作用和微生物攝入，實現降解消除土壤中油汙的目的。收穫的茈菰地上部分，可以進行集中處理，或者衛生填埋，焚燒等，也可以作為沼氣發酵及生產生物柴油等的生物質原料實現資源循環利用，還可以降低二次汙染的可能性。本發明所採用的野茈菰為茈菰的變種，為多年生挺水植物，高達5(Γ100釐米，根狀莖橫生，較粗壯，頂膨大呈球莖，長2、釐米，徑約1釐米，土黃色。基生葉簇生，葉形變化極大。多數為狹箭形，通常頂裂片短於側裂片，頂端裂片長4、釐米，寬廣2釐米，基部裂片長Γ18釐米，寬6 11毫米。頂裂片與側裂片之間縊縮，葉柄粗壯，長2(Γ40釐米，基部擴大成鞘狀，邊緣膜質。7^10月開花，花梗直立，高2(Γ70釐米，粗壯，總狀花序或圓錐形花序，花白色，雌雄同株。l(Tll月結果實，同時形成地下球莖。種子褐色。霜凍後地上部分枯死。 多年生草本，泥地生或水生，具有地下匍匐莖，匍匐莖的末端為小球莖，圓球形。葉基生，葉片箭形，先端尖銳；花序總狀，花莖長約3(Γ70釐米，花3飛朵輪生，雌花在下，萼片形花被片反卷，花瓣長於萼，白色，心皮多，聚合成球形；雄花在上，雄蕊多數。瘦果斜倒卵形，扁平，背腹均有翅。茈菰一般在春節期間可直接播種，有條件的可以用營養液在室內育苗，成苗後再移植於修複目標地。研究表明，茈菰是一種高效的油汙修復植物，對土壤中的柴油汙染物具有很強的耐受和降解能力。用植物來修復油汙土，與傳統方法相比，投資少、工程量小、專業技術要求不高，而且作為一種綠色原位修復技術，所獲得的生物量可以集中處理，降低了二次汙染的可能性， 同時修復過程不會破壞所修復地點的生態環境，反而有助於改善因汙染引起的土壤退化和生產力下降等一系列問題，從而恢復當地的生物多樣性，在一定程度上，茈菰還可以提高溼地岸邊的景觀效應。另外若將茈菰的生物量部分能源再利用，則其資源效益更佳。


圖1不同濃度柴油對茈菰的葉綠素含量的影響； 圖2不同濃度柴油下茈菰的降解修復效果；
圖3不同濃度柴油下茈菰根的活力特徵。
具體實施例方式供試柴油
供試柴油為0號柴油上海市寶山區中石化明和加油站購買。實施例野茈菰修復柴油汙染沉積物露天盆栽試驗
試驗研究在2009年 2010年完成，共計50天，試驗地點選在上海大學環境與化工學院實驗樓內進行。試驗所用的野茈菰採自上海市黃浦江下遊的吳淞口，清潔土壤取自上海大學校園內，自行配製柴油汙染土壤。土壤經自然風乾後過40目篩，加入一定比例的沙後按比例配置成所需濃度，平衡一周後使用。研究試驗共設5個處理濃度的柴油汙染土壤，濃度分別為0mg/kg、1000mg/kg、5000mg/kg、10000mg/kg、15000mg/kg、20000mg/kg，每個處理設三個平行樣和一組空白。野茈菰植物樣在引種於汙染土壤前應緩苗5天，每個盆中種植2顆植物(保持最初的生物量相似)，設3個平行樣，露天栽培，無遮雨設施。根據試驗盆中的缺水情況，不定期澆水，保持盆內具有一定的水面高度，所用的水為自然晾曬M小時後的自來水。試驗初期一周內，採用黑色遮陽網避免太強的陽光輻射，以促使移植的植物更好的適應油汙環境。培養50天後，收穫植物及土樣用於檢測分析。植物樣用自來水充分衝洗以去除粘附於植物樣品上的泥土和汙物，然後用去離子水衝洗，用濾紙吸除水分，測定其鮮重後在_80°C的冰箱內保存待分析。實驗結果如下
(1) 不同柴油濃度下茈菰的葉綠素含量的變化
葉綠素是一類與光合作用相關的最重要的植物色素。其含量的變化在一定程度上反映了植物光和作用的強弱及生長發育情況。圖1顯示茈菰植株的葉綠素含量隨著柴油濃度的增加而逐漸增加後又逐漸降低，在1000mg/kg的柴油汙染濃度下出現了葉綠素a和葉綠素b的最高值。說明低濃度的柴油汙染對茈菰的光合作用有一定的促進作用，高濃度的柴油則會抑制茈菰的光合作用。柴油中的有機汙染物在低濃度下可以充當植物及其根際微生物的碳源，當柴油濃度增大時，土壤的空隙會被堵塞，降低土壤的透氣性，使得植物根部處於缺氧狀態，不利於植物和好氧微生物的生長。總之，茈菰葉綠素的含量的變化情況一定程度上反映了茈菰對柴油一定的耐受能力。(2) 不同柴油濃度下茈菰的降解率
盆栽試驗結束後，種植野茈菰組的柴油的降解率是空白對照組的1. 5^3. 2倍，儘管土壤中柴油汙染物的降解是土壤物理、化學和生物共同作用的結果，但是相同的處理條件下空白的設定排除了光照、揮發、微生物等的影響。圖2顯示出土壤本身對柴油雖然具有一定的降解作用，但相比較看來，野茈菰的修復效果是更加顯而易見的。在1000mg/kg的處理濃度下，柴油的降解百分比高達85%;其次是在5000mg/kg，其降解百分比為65%。實驗說明， 野茈菰對柴油汙染物有提取和降解的作用，其根系分泌物和酶等可以改善土壤及微生物的結構，提高微生物的活性，促進沉積物土壤中柴油汙染物的降解作用。(3) 不同濃度下茈菰根活力的變化特徵
圖3顯示了在不同濃度柴油汙染的沉積物土壤中培養50天後，野茈菰根的活力的變化情況。根的活力是一個用於確定植物的生長狀況的直觀指標，從圖3中可以看出茈菰根的活力隨柴油濃度的逐漸增加呈現出先增大後減小的變化趨勢。具體變化特徵是在5000mg/ kg的柴油汙染處理樣中，出現最大值(757. 3g/gFW/h)，隨後又逐漸降低。茈菰根活力的變化特徵表明野茈菰確實對5000mg/kg濃度以內的柴油汙染物具有較強的耐受性，它是一種可以用於修復油汙沉積物的有效植物。研究證明利用茈菰作為修復植物，在20000mg/kg以內的油汙溼地土壤中栽植茈菰幼苗，密度控制在10(Γ250株/m2範圍內，通過茈菰生長及反覆刈割過程，即可除去岸邊沉積物中的過量油汙。這種溼地岸邊沉積物柴油汙染的茈菰植物修複方法具有修復效率高、費用低、可操作性強、環境風險小等特點，且具有良好的環境效益、經濟效益和景觀效益。
權利要求
1.一種受柴油汙染的溼地岸邊沉積物的茈菰修複方法，其特徵在於該方法的具體步驟為在受柴油汙染的溼地中種植野茈菰幼苗，或將野茈菰的球莖在室內催芽後，點播於受柴油汙染的溼地中，其種植密度控制在10(Γ250株/m2範圍；當野茈菰長到果實期的時候，將其地上部分刈割移出，並通過反覆刈割過程，連續減少汙染沉積物中的過量油汙，直到汙染物的含量達到環境安全標準。
2.根據權利要求1所述的受柴油汙染的溼地岸邊沉積物的茈菰修複方法，其特徵在於所述的受柴油汙染的溼地的柴油濃度在20000mg/kg以內。
全文摘要
本發明涉及一種受柴油汙染汙染的溼地的茈菰修複方法。本發明的主要技術方案為將從野外採來的茈菰幼苗，栽植於柴油汙染濃度為20000mg/kg以內的岸邊沉積物土壤中；採用室外盆栽試驗方法培養野茈菰，每天根據氣候變化保持一定的液面，進行岸邊溼地油汙沉積環境的模擬植物修復。實驗研究證明利用茈菰作為修復植物，在油汙溼地土壤中栽植茈菰幼苗，密度控制在100~250株/m2範圍內，通過茈菰生長及反覆刈割過程，即可除去岸邊沉積物中的過量油汙。這種溼地岸邊沉積物柴油汙染的茈菰植物修複方法具有修復效率高、費用低、可操作性強、環境風險小等特點，且具有良好的環境效益、經濟效益和景觀效益。
文檔編號B09C1/00GK102179400SQ20111006504
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月18日 優先權日2011年3月18日
發明者劉發輝, 劉曉豔, 劉珊珊, 夏軼歡, 張新穎, 王君, 王珍珍, 鍾曉晨, 陳麗莎 申請人:上海大學