CN101406897A - 一种利用观赏植物紫茉莉修复石油污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有机毒物污染土壤的植物修复技术，具体地说是一种利用观赏植物紫茉莉修复石油污染土壤的方法。通过在石油污染土壤中种植紫茉莉，当紫茉莉长到开花期时，将紫茉莉整体从污染土壤上移出，通过反复种植该种植物，连续减少污染土壤中过量的石油污染物，直至其污染物含量达到环境安全标准。与传统的污染土壤治理方法相比，具有投资少、工程量小、技术要求不高等优点；而且作为一种绿色原位修复技术，所收获植株进行集中处理，不会造成二次污染，同时修复进程不仅不会破坏土壤生态环境，还有助于改善因石油烃污染而引起的土壤退化和生产力下降，恢复并提高其生物多样性。种植紫茉莉在修复环境污染的同时，可以美化环境，具有良好的生态效益。

Description

一种利用观赏植物紫茉莉修复石油污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及有机毒物污染土壤的植物修复技术，具体地说是一种利用观赏植物紫茉莉修复石油污染土壤的方法。

背景技术

随着人类对化学品的依赖程度越来越高，环境的有机污染状况也越来越严重。据联合国环境规划署(UNEP)1990年的报告[文献1：UNEP.1990.The International Register ofPotentially Toxic Chemicals(IRPTC).IRPTC Legal File，Ethylene Dibromide.UnitedNations Environment Programme(UNEP)/IRPTC]指出，每年大约有3-4亿t有机物进入环境，其中大部分进入了土壤环境，土壤生态系统成了有机毒物污染的最大受体。土壤有机污染不仅对作物产量和品质具有不良效应，还能通过食物链对人类健康构成重大威胁，并通过物质迁移对大气、水等其他环境要素产生不利影响[文献2：周启星，孔繁翔，朱琳.2004.生态毒理学.北京：科学出版社：353-386]。有鉴于此，有机污染土壤的修复和治理已日益引起有关方面的高度重视。尽管石油是维持各国经济发展的主要能源，但在开采、运输和加工处理过程中，石油也造成了大面积的污染[文献3：Huang X D，El-Alawi Y，Gurska J，et al.2005.A muti-process phytoremediation system for decontamination of persistent totalpetroleum hydrocarbons(TPHs)from soils[J].Microchemical Journal，81：139-147；文献4：Merkl N.Kraft R S.Arias M.2006.Effect of the tropical grass Brachiariabrizantha(Hochst.ex A.Rich.)Stapf on microbial population and activity inpetroleum-contaminated soil.Microbiological Research，161：80-91]。在石油勘探、开采及储运过程中出现的含油泥浆、岩屑和落地原油，对油井周围较大面积的土壤产生了严重的污染。石油对土壤的污染多集中于20cm左右的表层，粘着力强且乳化能力低，影响土壤的通透性，而土壤表层常常是农作物根系最发达的区域，所以石油对土壤的污染程度直接影响到农作物的生长[文献5：Liste H H.Felgentreu D.2006.Crop growth，culturablebacteria，and degradation of petrol hydrocarbons(PHCs)in a long-term contaminatedfield soil.Applied Soil Ecology，31：43-52；文献6：Kirk J L.Klironomos J N.LeeH.2005.The effects of perennial ryegrass and alfalfa on microbial abundance anddiversity in petroleum contaminated soil.Environment Pollution，133：455-465；文献7：Powell S M.Harvey P M.Stark J S.et al.2007.Biodegradation of petroleumproducts in experimental plots in Antarctic marine sediments is location dependent.Marine Pollution Bulletin，54：434-440]。石油类物质进入土壤后，改变了土壤有机质的组成和结构，从而影响了土壤微生物的生长繁殖，引起土壤微生物群落、微生物区系的变化，大量的石油不仅堵塞土壤孔隙，对土壤微生物有抑制作用，对土壤酶活性也有抑制作用，而且包裹土壤结构的活性表面，阻碍了土壤微生物的活性(文献8：Merkl N.Kraft R S.InfanteC.Phytoremediation in the tropics e influence of heavy crude oil on rootmorphological characteristics of graminoids.Environmental Pollution，2005(138)：86-91)。

现有的修复方式包括物理修复、化学修复和生物修复等，传统物理及化学修复方法成本较高且易导致二次污染的发生。目前，对于有机污染土壤通常采用生物修复的方法予以治理和“末端”解决，有关研究与实践已取得了较大进展。然而，值得注意的是，生物修复则会导致细菌等微生物对土壤及地下水的生物性污染。为了解决这一实际问题，近年来许多学者纷纷开展了有机污染土壤的植物修复研究和实践，并取得了一定进展。一般来说，有机污染土壤的植物修复是指利用植物在生长过程中，吸收、降解、钝化有机污染物的一种原位处理污染土壤的方法[文献9：周启星，宋玉芳.2004.污染土壤修复原理与方法.北京：科学出版社]。石油污染土壤的植物修复技术以其处理成本低、无二次污染、自然美观等特点，正逐步成为未来石油污染治理研究的一个重要方向[文献10：Euliss K.Ho C H.Schwab A P.etal.2008.Greenhouse and field assessment of phytoremediation for petroleumcontaminants in a riparian zone.Bioresource Technology，99：1961-1971]。

在植物提取修复技术的研究和实践中，筛选出能够有效降解土壤中石油烃污染物的植物是开展工作的必要前提和基础。然而，迄今为止，在国内外已有研究中，能够降解石油烃污染物的植物种类很少。而我国关于石油烃污染土壤的修复植物研究还在起步阶段，具有我国自主知识产权的用于修复石油烃污染物的植物还几乎没有，加之在其农艺性状、病虫害防治、育种潜力以及生理学方面的研究不完备，严重影响其在实际修复的应用[文献11：Ute K.Phytoremediation：novel approaches to cleaning up polluted soils.Current Opinionin Biotechnology，2005，16：133-141]。因此，寻找更多更为理想的修复植物仍然是当前植物降解修复研究的一项重要任务。

观赏植物是人类利用历史悠久的一大植物类群，包含40万个以上的栽培品种，种质资源极其丰富，而我国是世界上拥有观赏植物种类最为丰富的国度之一[文献12：郭维明，毛龙生.观赏园艺概论[M].北京：中国农业出版社，2001]。在观赏植物中筛选高效修复植物并用于修复研究和实践具有以下优点：(1)观赏植物种质资源丰富，既有草本也有木本植物，为筛选工作奠定了坚实的基础；(2)能够在进行治理污染的同时美化环境，一举两得；(3)花卉作为观赏性植物一般不会进入食物链，可减少对人体的危害；(4)很多观赏植物都有一定的经济价值，修复后植物材料可以作为原材料，以提高修复产出，降低修复成本；(5)人类在长期的农业生产中，积累了丰富的品种选育、花卉栽培以及病虫害防治等经验，使得观赏植物的修复实践有了充分的农业技术保障[文献13：刘家女，周启星，孙挺，等.2006.花卉植物应用于污染土壤修复的可行性研究.应用生态学报，18：1617-1623]。因此，从观赏植物中筛选高效降解修复植物并用于修复实践是完全可行的。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用观赏植物紫茉莉(Mirabilis jalapa Linn.)修复石油烃污染土壤的方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：在石油污染土壤中种植紫茉莉，将紫茉莉种子用蒸馏水浸泡至种壳膨胀裂开后，点播于石油烃污染土壤中，采用室外栽培，不定期浇水，使土壤含水量保持在田间持水量的70~80％，当紫茉莉长到开花期时，将紫茉莉整体从污染土壤上移出，作为观赏植物，通过反复种植该种植物，重复上述过程，连续减少污染土壤中过量的石油污染物，直至其污染物含量达到环境安全标准。

在石油烃污染土壤上种植紫茉莉，紫茉莉的生长及其根际微生物的活动以及分泌物和酶的作用，能够促进土壤中石油烃污染物的降解，因此通过种植紫茉莉可降解土壤中过量的石油烃，从而达到清除土壤中石油烃污染的目的。

收获的紫茉莉可以作为观赏花卉(商品)进行出售，在获得经济效益的同时，自动获得对生物量的处理(千家万户可以把使用过的花卉扔到各自的垃圾箱，随着垃圾的处理，就解决了生物量的处理)。因此，大规模栽培，意味着大规模修复，同时也意味着通过商品交换取得更大的经济效益。当然，如果不考虑成本，可以进行集中处理，或者卫生填埋，或者进行资源化加工处理，从而避免二次污染。

本发明所采用的紫茉莉(Mirabilis jalapa Linn.)为多年生草本花卉，常作一年生栽培，具有较好的观赏价值。其植物分类学特征如下：紫茉莉科紫茉莉属，株高可达1m以上。块根植物，根肥粗，倒圆锥形，黑色或黑褐色。主茎直立，圆柱形，多分枝，无毛或疏生细柔毛，节稍膨大。单叶对生，叶片卵形或卵状三角形，长3~15厘米，宽2~9厘米，顶端渐尖，基部截形或心形，全缘，两面均无毛，脉隆起；叶柄长1~4厘米，上部叶几无柄。花常数朵簇生枝端；萼片呈花瓣样，花柱长1~2毫米；总苞钟形，长约1厘米。5裂。裂片三角状卵形，顶端渐尖，无毛，具脉纹，果时宿存；花被紫红色、黄色、白色或杂色(白、黄、红色为其变种)。高脚碟状，筒部长2~6厘米，檐部直径2.5~3厘米，5浅裂；雄蕊5，花丝细长，常伸出花外，花药球形；花柱单生，线形，伸出花外。柱头头状。花冠漏斗形，边缘有波状浅裂，但不分瓣。瘦果球形，直径5~8毫米，革质，黑色，有棱，表面具皱纹，似地雷状；种子白色，子叶呈非常细的白粉样。花期6~10月，果期8~11月。

紫茉莉可春播繁衍，也能自播繁衍，通常用种子繁殖，也有用地下块根繁殖的。以小坚果为播种繁殖材料，可于4月中下旬直播于露地，发芽适温15℃至20℃，七八天萌发。因属深根性花卉，不宜在露地苗床上播种后移栽。如有条件可事先播入内径10厘米的筒盆，成苗后脱盆定植。紫茉莉生性强健，适应性强，养护管理粗放。对土壤要求不严格，耐贫瘠，是一种适应性较强的花卉。研究表明，紫茉莉是一种高效修复植物，对土壤中的石油烃污染物具有很强的忍耐和降解能力。

本发明通过种植石油烃修复植物紫茉莉来修复石油烃污染土壤。该方法与传统的污染土壤治理方法相比，具有投资少、工程量小、技术要求不高等优点；而且作为一种绿色原位修复技术，所收获植株进行集中处理，不会造成二次污染，同时修复进程不仅不会破坏土壤生态环境，还有助于改善因石油烃污染而引起的土壤退化和生产力下降，恢复并提高其生物多样性。另外，作为一种观赏植物，种植紫茉莉在修复环境污染的同时，可以起到美化环境的作用，具有良好的生态效益。

附图说明

图1为不同石油烃污染处理浓度对紫茉莉生长速度的影响。

图2为不同石油烃处理浓度下紫茉莉的修复效果。

图3为不同石油烃处理浓度下石油烃各组分的降解率。

具体实施方式

实施例1：对紫茉莉的温室小区试验

本实验于2008年进行。实验地点设在农业部天津农业环境保护研究所内，该站地处天津市南开区，属暖温带半湿润大陆性气候。试验用原始石油污染土壤取自山东省东营市胜利油田，清洁土壤取自天津市西青区。原始石油污染土壤和清洁土壤分别过4mm筛后，将其按比例均匀混合，配置成不同的浓度梯度。实验共设4个处理，分别为：CK(清洁土壤)、石油烃污染物浓度依次为土壤A：0.5％(5000mg/kg)、土壤B：1.0％(10000mg/kg)及土壤C：2.0％(20000mg/kg)，每个处理重复3次。设计每格长×宽×深为35cm×25cm×20cm的试验小区，将紫茉莉种子用蒸馏水浸泡至种壳膨胀裂开后，点播于试验小区的土壤中，每个小区6颗，保持土壤湿润。根据土壤水分丰缺状况，不定期浇水，使土壤含水量经常保持在田间持水量的70~80％左右。

植物生长127d后收获植株。将收获的植物样品分为地上部分和地下部分，分别用自来水充分冲洗以去除粘附于植物样品上的泥土和污物，然后再用去离子水冲洗，沥去水分。之后，在65℃下烘干至衡重。并分别对株高、根长、根重、植物鲜重、植物干重及叶绿素进行测定。

实验结果如下：

1)不同处理浓度下紫茉莉对石油烃污染的耐受性

参见表1可知，在不同污染处理下，紫茉莉的生物量不同。当石油烃污染浓度为0.5％时，紫茉莉对污染物显示出了较强的耐受性，植株生物量与清洁对照土壤中紫茉莉相比没有明显差异。对照清洁土壤中的各项生物指标，浓度为0.5％处理下石油烃污染物对株高、根长及植株鲜重的抑制率分别为7.30％、5.19％和9.31％。该处理条件下，石油烃污染对生物量的影响均小于10％，紫茉莉生长良好；当石油烃浓度＞0.5％且污染物浓度逐渐升高时，石油烃污染物对紫茉莉的抑制作用逐渐明显。由此可见，紫茉莉适合修复浓度为0.5％左右的石油烃污染土壤。

表1  不同浓度石油烃污染土壤对紫茉莉生物量的影响

2)不同处理浓度下总石油烃的降解率

小区修复试验结束后，种植紫茉莉组的石油烃降解率是空白对照组的1.67~2.13倍，尽管土壤石油污染物残留量的降低是土壤物理、化学和生物过程共同作用的结果，但在相同处理条件下的空白对照排除了挥发、淋滤和光解等的影响。图1显示石油污染土壤尽管存在着一定程度的降解，但是紫茉莉的修复效果依然作用显著。由于紫茉莉根系能够改善污染土壤持水能力和微生物活性，加快土壤微生物对石油污染物的生物降解作用，从而提高土壤中石油污染物的去除率，有利于石油烃降解和污染土壤的植物修复。

3)不同处理浓度下石油烃各组分的降解

如图2，PA、PB、PC分别代表种植有紫茉莉的石油烃浓度为5000mg/kg、10000mg/kg、20000mg/kg的土壤，CA、CB、CC分别代表未种植紫茉莉的石油烃浓度为5000mg/kg、10000mg/kg、20000mg/kg的土壤，在植物和根际微生物共同作用下石油烃降解的主要成分是饱和烃，空白对照组中饱和烃的降解率也明显高于芳香烃、沥青质及极性物等非烃化合物的降解率，说明挥发、淋滤和光解等自然条件下也能导致饱和烃一定程度的降解。相比之下，沥青质和极性物等的降解率很小，可见在自然条件下沥青质、极性物等非烃化合物难于降解。

Claims (1)

1.一种利用观赏植物紫茉莉修复石油污染土壤的方法，其特征在于：在石油污染土壤中种植紫茉莉，将紫茉莉种子用蒸馏水浸泡至种壳膨胀裂开后，点播于石油烃污染土壤中，采用室外栽培，不定期浇水，使土壤含水量保持在田间持水量的70~80％，当紫茉莉长到开花期时，将紫茉莉整体从污染土壤上移出，作为观赏植物，通过反复种植该种植物，重复上述过程，连续减少污染土壤中过量的石油污染物，直至其污染物含量达到环境安全标准。

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