一種利用野生觀賞植物大濱菊修復石油汙染土壤的方法

2023-05-20 13:12:46

一種利用野生觀賞植物大濱菊修復石油汙染土壤的方法
【專利摘要】一種利用野生觀賞植物大濱菊修復石油烴汙染土壤的方法，利用植株本身的吸收、根際微生物及其根系分泌物對石油烴的降解作用，實現降解土壤中石油烴，步驟如下：採用幼苗移植的方法，將大濱菊種植於質量濃度為4%的石油烴汙染的土壤中，當其長到成熟期時可將其整體移走作為觀賞花卉即商品出售，也可移走其地上部分待根系生長為新一茬植株；重複在上述種植過程，直至土壤中的石油烴含量達到國家環境標準或生態安全指標為止。本方法的優點是：利用大濱菊修復石油烴汙染土壤，費用低、不產生二次汙染、不進入食物鏈、不破壞土壤理化性質、治理汙染的同時美化化境、適合大面積操作且工程量小、野生花卉管理粗放、見效快，利於推廣應用。
【專利說明】一種利用野生觀賞植物大濱菊修復石油汙染土壤的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及有機汙染土壤的環境修復技術，具體地說是一種利用野生觀賞植物大濱菊修復高濃度石油汙染土壤的方法。
【背景技術】
[0002]伴隨著工業化發展和城市化進程加快，石油能源在經濟運行中的地位越來越重要，已成為各國的能源支柱產業之一，相應地，石油開採活動也愈演愈烈，參見文獻1:藺昕，李培軍，臺培東等.石油汙染土壤植物-微生物修復研究進展[J].生態學雜誌，2006，25(1): 93-100。據統計，中國目前處於運營中的油田約400多個，主要的工作範圍達20萬平方公裡，覆蓋的地區面積為32萬平方公裡，參見文獻2:藺昕，李培軍，臺培東等.石油汙染土壤植物-微生物修復研究進展[J].生態學雜誌，2006，25(1): 93-100。然而石油在滿足人類需求，為其提供可利用能源的同時，也不可避免地產生大量汙染。在石油的開採、煉製、貯存以及運輸過程中會產生大量落地原油而將石油烴帶入土壤，油頁巖礦渣的堆放和使用也會使大量石油烴進入土壤，對土壤造成嚴重汙染，參見文獻3:張從，夏立江.汙染土壤的生物修復技術[M].北京:中國環境科學出版社，2000, 246-254，264— 268。石油烴是混合的碳氫化合物，包括烷烴、芳香烴、浙青質、極性物質等,質地多粘稠、易燃，參見文獻 4: ZHOU Qixing, CAI Zhang, ZHANG Zhineng and LIU ffeita0.Ecological Remediation of Hydrocarbon Contaminated Soils with Weed Plant.Journal of Resources and Ecology, 2011，2 (2):97_105。土壤中的石油經不僅影響土壤的物理化學性質，阻礙植物的正常生長，參見文獻5:Liste H.H., Felgentreu D., Cropgrowth, culturable bacteria, and degradation of petrol hydrocarbons (PHCs)in a long-term contaminated field soil.Applied Soil Ecology, 2006,31:43-52,而且能通過滲透作用汙染地下水，參見文獻6:N.Sawatsky, X.L1.1mportance ofsoi1-water relations in the endpoint of bioremediation soils.Plant andSoil, 1997，192:227-236,通過生物鏈對整個生態系統及人類健康造成重大威脅。因而對石油烴汙染土壤進行有效治理已經刻不容緩。
[0003]植物修復，是指通過植株本身的吸收、根際微生物及其根系分泌物的降解、吸收、固定或鈍化作用，將有毒有害的汙染物質從環境中移除、降解或轉變成為毒性較小甚至無毒的物質，實現汙染土壤的原位修複方法，參見文獻7:S.P.Pradhan, J.R.Conrad, J.R.Paterek, et al.Potential of phytoremediation for treatment of PAHs in soilat MGP sites [J].Journal of Soil Contamination, 1998, 7(4): 467-480 ;文獻 8:周啟星，宋玉芳.汙染土壤修復原理與方法[Μ].2004,北京:科學出版社.22-42。植物修復作為一項新興的綠色修復技術，自20世紀90年代以來漸漸發展，開始成為土壤汙染修復領域最具生命力的技術之一，並迅速步入到到產業化階段。植物修復早期的研究範圍主要針對於特定土壤和汙染水域內的有害元素的去除，隨著汙染物種類的增加，對植物修復的研究逐漸延伸到有機汙染物領域，參見文獻9:焦杏春，陳素華，沈偉然等.水稻根系對多環芳烴的吸著與吸收[J].環境科學，2006，27(4): 760-764。植物修復技術對於淺層(0-20cm)中低濃度的石油烴汙染土壤比較有效，可以應用於物理化學修復技術後期或末端，既可用於對有機汙染物的分解，也可用於對無機汙染物的清理。與傳統的物理、化學方法相比，植物修複方法具有成本低、自然美觀、可進行大面積原位操作、無二次汙染等特點，參見文獻 10: Macek T.et al.Biotechnology Advances.2000，18:23;文獻 11: Cai Z., et al., Promoted biodegradation and microbiological effects ofpetroleum hydrocarbons by Impatiens balsamina L.with strong endurance.Journalof Hazardous Materials, 2010，183(1 - 3):731-737,因此逐漸成為石油汙染土壤修復的最有效而可行的方法之一。
[0004]迄今為止，應用於修復石油汙染土壤的植物多為牧草類和作物類，少見花卉植物來修復石油汙染土壤的報導，參見文獻12:G.Malallah, M.Afzal, M.Kurian, et al.1mpact of oil pollution on some desert plants[J].Environment International,1998，24(8): 919-924。花卉植物與普通植物相比，具有美化環境、不進入食物鏈等優點，因此作為修復植物具備更大的優勢和應用潛力。但是，由於植物生長受到氣候條件、地形地貌、土壤性質等的深刻影響，參見文獻13:Χ.Li, Y.Feng, N.Sawatsky.1mportance ofsoi1-water relations in assessing the endpoint of bioremediated soils: 1.Plantgrowth [J].PLANT AND SOIL, 1997，192(2): 219-226，具有良好修復效果的植物進入到另一個環境未必能得到同樣理想的修復效果，所以更好地適應於汙染環境的本土觀賞物種的篩選成為植物修復的首選工作。
[0005]野生種花卉與普通花卉植物相比，具有諸多優點。野生花卉由於多生長於山坡、野地等較為苛刻的環境，因而往往更耐貧瘠、抗性更好、生物量更發達，其對環境要求也不像人類培育出的花卉那樣對環境要求高；野生花卉對營養的要求低，不需要過多的培育和養護，管理粗放簡單，因而實際場地施用時可以減少培育成本和人工管理成本；野生花卉植物往往可以通過幼苗直接移栽,幼苗的成活率也高,能夠大大縮短植物從種子到成苗的生長時間，最終達到縮短植物修復周期的目的，從而克服植物修復時間長的弊端，參見文獻14:程立娟，周啟星.野生觀賞植物長藥八寶對石油烴汙染土壤的修復研究[J].環境科學學報，2014，34(4): 980-986。根據以上所述的種種野生觀賞植物的優點，選擇野生花卉植物進行汙染場地的修復，將為植物修復打開一條全新的路徑。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在於針對上述技術分析，提供一種利用野生觀賞植物大濱菊[Leucanthemum maximum (Ramood) DC.]修復石油汙染土壤的方法,野生觀賞植物作為本土物種具有對汙染物更耐貧瘠、抗性更好、種質更豐富、生物量更發達、不進入食物鏈、管理更簡單、能美化環境等優點；野生觀賞植物可通過幼苗直接種植，縮短植物從種子到成苗的生長時間，最終達到縮短植物修復時間的目的。
[0007]本發明的技術方案:
1.一種利用野生觀賞植物大濱菊修復石油烴汙染土壤的方法，利用植株本身的吸收、根際微生物及其根系分泌物對石油烴的降解作用，實現降解土壤中石油烴，步驟如下:
I)採用幼苗移植的方法，將大濱菊種植於石油烴汙染的土壤中，每日早晨定時澆水一次，使土壤持水量保持在最大持水量的60%，以使其生物量生長最大、汙染物降解率最高，當其長到成熟期或開花期時，可將其整體移走作為觀賞花卉即商品出售；
2)重複在上述土壤中幼苗移植大濱菊，直至土壤中的石油烴含量達到國家環境標準或生態安全指標為止。
[0008]所述石油烴汙染的土壤的質量百分比濃度為小於4%。
[0009]本發明所採用的大濱菊隸屬於菊科濱菊屬，為多年生草本。植株高15-80釐米，莖直立，通常不分枝，被絨毛或捲毛至無毛；基生葉花期生存，長橢圓形、倒披針形、倒卵形或卵形，長3-8釐米，寬1.5-2.5釐米；基部楔形，漸狹成長柄，柄長於葉片自身，邊緣圓或鈍鋸齒；中下部莖葉長橢圓形或線狀長橢圓形，向基部收窄，耳狀或近耳狀擴大半抱莖，中部以下或近基部有時羽狀淺裂；上部葉漸小，有時羽狀全裂；全部葉兩面無毛，腺點不明顯；頭狀花序單生莖頂，有長花梗，或莖生2-5個頭狀花序，排成疏鬆傘房狀；總苞徑10-20毫米。全部苞片無毛，邊緣白色或褐色膜質；舌片長10-25毫米，瘦果長2-3毫米，無冠毛或舌狀花瘦果有長達0.4毫米的側緣冠齒；花果期5-10月。
[0010]本方法的優點是:大濱菊是一種高效修復石油烴汙染的植物，對高濃度的石油烴汙染土壤具有較強的忍耐力和降解能力；利用大濱菊修復石油烴汙染土壤，具有成本低、美化環境、不產生二次汙染、不進入食物鏈、能夠改善土壤的理化性質、適合大面積操作等優點，充分實現了生態效益、環境效益及經濟效益的統一。
【具體實施方式】
[0011]實施例:
一種利用野生觀賞植物大濱菊修復石油烴汙染土壤的方法，利用植株本身的吸收、根際微生物及其根系分泌物對石油烴的降解作用，實現降解土壤中石油烴，大濱菊對石油烴汙染土壤的溫室盆栽修複試驗如下:
實驗地點在天津市南開大學泰達學院溫室，地處天津市經濟技術開發區，屬溫帶半溼潤大陸性季風氣候，年降水量在500-600左右。試驗所用土壤採自於天津市大港油田。
[0012]將石油汙染土壤和清潔土壤自然風乾後分別過2_篩，然後將兩種土壤混合成質量百分比濃度為4%的石油烴汙染土壤。試驗共設2個處理組，分別為:CK (清潔土壤)、汙染土壤A-總石油烴濃度為38986mg/kg (汙染濃度約為4%)，每個處理設3個平行組。
[0013]盆栽試驗的花盆上口直徑為230mm，高為180mm，每盆裝土 1500克，盆土澆透水，平衡兩周後，將大濱菊的幼苗根狀莖移栽於盆中，每盆移栽3株。試驗期間可利用小鐵鏟鬆動表土，但不能傷到植株的根，以保證土壤中的氧氣來源。試驗中每日早八點定時澆水一次，使土壤持水量保持在最大持水量的60%，以使其生物量生長最大、汙染物降解率最高。澆水方式採用頂部噴灑澆水和底部託盤澆水相結合的方式，以促進植株的根部生長。採用異位修複種植時，先將盆土澆透水，移植時間宜在傍晚，也可通過大田直接種植來進行原位修復。
[0014]大濱菊種植4個月長到成熟期後收穫。將收穫的植株用自來水清洗乾淨再用去離子水清洗，浙去水分，進行地上部分鮮重和根部鮮重的稱重。土壤樣品用真空冷凍乾燥機進行24小時乾燥脫水，然後用索提法測定土壤總石油烴含量，提取劑為分析純二氯甲烷。
[0015]實驗結果:1、不同處理濃度下大濱菊對石油烴汙染的耐性
收穫時有石油烴汙染組的大濱菊地上部生物量明顯降低，說明大濱菊的生長受到了明顯的抑制作用，但是仍沒出現乾枯、倒伏等明顯的中毒症狀。
[0016]表1為不同濃度石油烴汙染土壤對大濱菊生物量的影響。
[0017]表1_____
【權利要求】
1.一種利用野生觀賞植物大濱菊修復石油烴汙染土壤的方法，其特徵在於:利用植株本身的吸收、根際微生物及其根系分泌物對石油烴的降解作用，實現降解土壤中石油烴，步驟如下: 1)採用幼苗移植的方法，將大濱菊種植於質量濃度為4%的石油烴汙染的土壤中，每日早晨定時澆水一次，使土壤持水量保持在最大持水量的60%，以使其生物量生長最大、汙染物降解率最高，當其長到成熟期或開花期時，可將其整體移走作為觀賞花卉即商品出售； 2)重複在上述土壤中幼苗移植大濱菊，直至土壤中的石油烴含量達到國家環境標準或生態安全指標為止。
2.根據權利要求1所述利用野生觀賞植物大濱菊修復石油烴汙染土壤的方法，其特徵在於:所述石油烴汙染的土壤的質量百分比濃度為小於4%。
【文檔編號】B09C1/00GK103949467SQ201410212852
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月20日 優先權日:2014年5月20日
【發明者】程立娟, 周啟星, 王亞男, 蔡章, 李曉晶, 張月勇 申請人:南開大學