CN101947542A

CN101947542A - 利用灵芝和玉米套种修复多环芳烃污染农田土壤的方法

Info

Publication number: CN101947542A
Application number: CN 201010508787
Authority: CN
Inventors: 张晶; 林先贵; 王一明
Original assignee: Institute of Soil Science of CAS
Current assignee: Institute of Soil Science of CAS
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2030-10-15
Also published as: CN101947542B

Abstract

利用灵芝和玉米套种修复多环芳烃污染农田土壤的方法：pH值中性或偏酸性PAHs污染农田；设计大垄-小垄-大垄3垄的组合垄；大垄种植玉米；玉米苗长至0.75~1m，施尿素调节土壤C/N在10：1~15：1；小垄挖沟，沟底喷洒硫酸铜，并排接种2行灵芝菌棒；灵芝生长40天~50天收集孢子；玉米成熟后收获玉米；同时收获灵芝子实体；液相色谱法测定土壤PAHs含量。本发明能够有效促进PAHs类有机污染物在土壤中的降解速率，同时环境友好、无二次污染、经济和可操作性强。本发明的方法种植植物和灵芝联合作用的降解率达到36.5%~45.9%，比植物单独修复效率提高了107.39%~141.21%。

Description

利用灵芝和玉米套种修复多环芳烃污染农田土壤的方法

技术领域

本发明涉及污染环境修复技术领域，尤其涉及一种利用灵芝和玉米套种修复多环芳烃(PAHs)污染农田土壤的方法。

背景技术

多环芳烃（Polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs）是一种由两个或两个以上苯环稠合形成的有机化合物的总称。PAHs在大气、水体、土壤和沉积物等环境中分布广泛，其中土壤是环境中PAHs的重要的汇，土壤中PAHs的背景质量比一般在1～10 μg·kg^–1。在土壤中，由于PAHs的低水溶性以及有机质、粘土矿物对PAHs的强烈吸附作用，大大降低了微生物对PAHs的降解，因而PAHs作为一种持久性有机污染物长期存在于土壤中，危害人类健康和生态安全。

植物修复技术是一种绿色修复技术，具有投资低，操作简单，无二次污染，可用于大面积的污染治理等优点。但是，气候、温度和污染物生物可利用性低等各种原因，植物修复的效率在短期内往往有一定的局限，通常在一个完整的植物生长周期PAHs的降解率仅为10%~20%。因此，需要在植物修复方法的基础上，采取一些强化措施来提高植物修复效率。

作为重要的药用大型食用菌，灵芝具有极高的经济价值和药用价值，在医药领域得到广泛的应用。而在环境污染领域，作为重要一类白腐真菌，灵芝产生的漆酶、锰过氧化物酶等氧化还原酶对PAHs类有机污染有不同程度的降解效果，特别是对致癌物苯并芘。但是，目前灵芝产生的氧化还原酶对PAHs的降解研究多集中在培养基中进行实验研究，而在土壤原位修复研究很少见报。

利用灵芝和玉米套种修复多环芳烃污染农田土壤的方法的修复成本计算。投入成本：灵芝菌棒 8～9元/个，每亩约200个，即1600～1800元；玉米种子成本为18～20元/千克，每亩投入50元，即900～1000元。收获时，灵芝产量为25～30千克，每千克100元；玉米产量为600千克，每千克2.5元，两者的总计收入为4000～4500元。修复1亩土地，不包括肥料和人工等成本，利用灵芝和玉米套种修复多环芳烃污染农田土壤的方法的纯收入达到约1700元。

本发明的优点在于：本发明通过植物根际分泌物增加根际土壤微生物数量和代谢活性，从而提高土壤中的多环芳烃的降解速度。通过灵芝产生的漆酶、锰过氧化物酶和木质素酶等氧化还原酶直接降解污染土壤中的多环芳烃。同时，在不影响玉米种子和和灵芝子实体品质的前提下，玉米和灵芝种植还为修复过程带来了附加经济效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用灵芝和玉米套种修复多环芳烃污染农田土壤的方法。本方法能够有效促进PAHs类有机污染物在土壤中的降解速率，同时还具有环境友好、无二次污染、经济和可操作性强等特点。

完成上述发明任务的方案是，一种利用灵芝和玉米套种修复多环芳烃污染农田土壤的方法，其特征在于，步骤如下：

⑴．选择土壤pH值偏中性或偏酸性的PAHs污染农田土壤进行修复；

⑵．设计垄距为大垄-小垄-大垄，共计3垄的组合垄；

⑶．在大垄上种植玉米；

⑷．当玉米苗长至0.75 ~ 1 m，通过施肥尿素调节土壤中的C/N在10：1~ 15：1；

⑸．在小垄上挖沟，每沟底部喷洒硫酸铜，并排接种2行灵芝菌棒；

⑹．在灵芝生长40天~ 50天左右释放孢子时，用纸筒收集孢子；

待玉米成熟后，收获玉米籽粒；同时收获灵芝子实体；

⑺．测定土壤PAHs含量。

可以是通过液相色谱法测定土壤PAHs含量。

更优化和更具体地说，本发明各步骤的操作是：

所述步骤⑴中，土壤的pH值为 4.5 ~ 7；

步骤⑵中，所述大垄的垄宽为1.2 ~ 1.3 m，所述小垄的垄宽为0.3 ~ 0.4 m，垄长为15～20 m，大垄-小垄-大垄的3垄组合垄的宽度为2.7 ~3.0 m；

步骤⑶中，所述玉米的行距为0.3 ~ 0.4 m，株距为0.2 m，即每垄种植3 ~ 4行玉米；

步骤⑸中，所述在小垄上挖沟，沟宽为0.3 ~ 0.4 m；所述沟底部喷洒硫酸铜的浓度为0.05 ~ 0.1 mM；所述2行灵芝菌棒之间的距离大约为0.05 ~ 0.1 m，覆土至菌棒顶部2 ~ 5cm，使菌棒露出土面1 ~ 2 cm。盖稻草遮阴，并用喷壶在稻草上撒水保持湿度在85% ~ 90%；如光线过强，用竹劈搭起遮阳棚或用草帘控制光照，光照强度控制在2000 ~ 3000 LX，待到玉米长到1m高以上后，可以撤掉遮阳棚仅盖稻草遮荫；

步骤⑹中，所述玉米的生长期选择在130 ~ 140天。

本发明的利用灵芝和玉米套种修复多环芳烃污染农田土壤的方法，能够有效促进PAHs类有机污染物在土壤中的降解速率，同时还具有环境友好、无二次污染、经济和可操作性强等特点。对比实验表明，被污染土壤不种植物的降解率仅为2.9%，单独植物修复的降解率16.5%，按照本发明的方法种植植物和灵芝联合作用的降解率达到36.5%~45.9%，比植物单独修复效率提高了107.39%~141.21%。灵芝和玉米种子的多环芳烃含量分别为476.90 ng/kg和279.11 ng/kg，达到国家食品安全标准。

附图说明

图1 不同处理土壤PAHs降解率[处理1：不种植物；处理2：种植植物；处理3：种植植物+灵芝]；

图2 不同处理土壤PAHs降解率[处理1：不种植物；处理2：种植植物；处理3：种植植物+灵芝]；

图3 不同处理土壤PAHs降解率[处理1：不种植物；处理2：种植植物；处理3：种植植物+灵芝]；

图4 组合垄示意图(大垄宽a=1.2 ~ 1.3 m, 小垄宽b=0.3 ~ 0.4 m, 垄长c=20 m, 玉米行距d=0.3 ~ 0.4 m，玉米株距e=0.2 m, 灵芝间距f=0.05 ~ 0.1 m)。

具体实施方式

实施例1：在pH 6.8的含多环芳烃总量10.29 mg/kg的污染农田土壤，挖大垄宽1.2 m，小垄宽0.3 m的大垄-小垄-大垄形式的组合垄，垄长为20 m。在大垄上以穴播方式种植玉米，种植行距为20 cm，当植物成活后按照普通农作物的管理方法进行管理；在小垄上挖0.3 m宽，0.25 m深的沟，每沟底部喷洒浓度为0.05 mM硫酸铜，并排接种2行灵芝菌棒，灵芝菌棒之间的距离大约为0.1 m，覆土至菌棒顶部2cm，使菌棒露出土面2 cm。盖稻草遮阴，并用喷壶在稻草上撒水保持湿度在85%。培养120 d后，收获玉米和灵芝，同时采集土样，并分析玉米、灵芝和土壤中多环芳烃含量。

120 d后，土壤多环芳烃总量的降解率数据见图1所示，其中，不种植物（处理1）的降解率仅为2.1%，单独植物修复（处理2）的降解率19.4%，种植植物和灵芝联合作用（处理3）的降解率提高到45.9%，比不种植物对照和植物单独修复效率提高了1380.65.%和136.60%。灵芝和玉米种子的多环芳烃含量分别为301.81 ng/kg和227.49 ng/kg，达到国家食品安全标准。

实施例2：在pH 5.1的含多环芳烃总量8.56 mg/kg的污染农田土壤，挖大垄宽1.2 m，小垄宽0.3 m的大垄-小垄-大垄形式的组合垄，垄长为15 m。在大垄上以穴播方式种植玉米，种植行距为20 cm，当植物成活后按照普通农作物的管理方法进行管理；在小垄上挖0.3 m宽，0.25 m深的沟，每沟底部喷洒浓度为0.08 mM硫酸铜，并排接种2行灵芝菌棒，灵芝菌棒之间的距离大约为0.1 m，覆土至菌棒顶部2 cm，使菌棒露出土面2 cm。盖稻草遮阴，并用喷壶在稻草上撒水保持湿度在85%。培养120 d后，收获玉米和灵芝，同时采集土样，并测定玉米、灵芝和土壤中多环芳烃含量。

120d后，土壤多环芳烃总量的降解率数据见图2所示，其中，不种植物（处理1）的降解率仅为5.98%，单独植物修复（处理2）的降解率17.6%，种植植物和灵芝联合作用（处理3）的降解率提高到36.5%，比不种植物对照和植物单独修复效率提高了510.37%和107.39%。灵芝和玉米种子的多环芳烃含量分别为265.33ng/kg和211.45 ng/kg，达到国家食品安全标准。

实施例3：在pH 4.8的含多环芳烃总量13.89 mg/kg的污染农田土壤，挖大垄宽1.2 m，小垄宽0.3 m的大垄-小垄-大垄形式的组合垄，垄长为15 m。在大垄上以穴播方式种植玉米，种植行距为20 cm，当植物成活后按照普通农作物的管理方法进行管理；在小垄上挖0.3 m宽，0.25 m深的沟，每沟底部喷洒浓度为0.08 mM硫酸铜，并排接种2行灵芝菌棒，灵芝菌棒之间的距离大约为0.1 m，覆土至菌棒顶部2 cm，使菌棒露出土面2 cm。盖稻草遮阴，并用喷壶在稻草上撒水保持湿度在90%。培养120 d后，收获玉米和灵芝，同时采集土样，并测定玉米、灵芝和土壤中多环芳烃含量。

120 d后，土壤多环芳烃总量的降解率数据见图3所示，其中，不种植物（处理1）的降解率仅为2.9%，单独植物修复（处理2）的降解率16.5%，种植植物和灵芝联合作用（处理3）的降解率提高到39.8%，比不种植物对照和植物单独修复效率提高了1272.41%和141.21%。灵芝和玉米种子的多环芳烃含量分别为476.90 ng/kg和279.11 ng/kg，达到国家食品安全标准。

Claims

1.一种利用灵芝和玉米套种修复多环芳烃污染农田土壤的方法，其特征在于，步骤如下：

⑴．选择土壤pH值偏中性或偏酸性的PAHs污染农田土壤；

⑵．设计大垄-小垄-大垄，共计3垄的组合垄；

⑶．在大垄上种植玉米；

⑷．当玉米苗长至0.75 ~ 1 m时，通过施尿素调节土壤中的C/N在10：1~ 15：1；

⑸．在小垄上挖沟，沟底部喷洒硫酸铜，并排接种2行灵芝菌棒；

⑹．灵芝生长40天~ 50天释放孢子时，收集孢子；

玉米成熟后，收获玉米；同时收获灵芝子实体；

⑺．测定土壤PAHs含量。

2.根据权利要求1所述的利用灵芝和玉米套种修复多环芳烃污染农田土壤的方法，其特征在于，所述步骤⑴中，所选择土壤的pH值为 4.5 ~ 7。

3.根据权利要求1所述的利用灵芝和玉米套种修复多环芳烃污染农田土壤的方法，其特征在于，步骤⑵中，所述大垄的垄宽为1.2 ~ 1.3 m，所述小垄的垄宽为0.3 ~ 0.4 m，垄长为15～20 m，大垄-小垄-大垄的3垄组合垄的宽度为2.7 ~3.0 m。

4.根据权利要求1所述的利用灵芝和玉米套种修复多环芳烃污染农田土壤的方法，其特征在于，步骤⑶中，所述玉米的行距为0.3 ~ 0.4 m，株距为0.2 m，每垄种植3 ~ 4行玉米。

5.根据权利要求1所述的利用灵芝和玉米套种修复多环芳烃污染农田土壤的方法，其特征在于，步骤⑸中，所述在小垄上挖沟，沟宽为0.3 ~ 0.4 m。

6.根据权利要求1所述的利用灵芝和玉米套种修复多环芳烃污染农田土壤的方法，其特征在于，所述沟底部喷洒硫酸铜的浓度为0.05 ~ 0.1 mM。

7.根据权利要求1所述的利用灵芝和玉米套种修复多环芳烃污染农田土壤的方法，其特征在于，所述2行灵芝菌棒之间的距离大约为0.05 ~ 0.1 m，覆土至菌棒顶部2 ~ 5cm，使菌棒露出土面1 ~ 2 cm。

8.根据权利要求1~7之一所述的利用灵芝和玉米套种修复多环芳烃污染农田土壤的方法，其特征在于，步骤⑹中，所述玉米的生长期选择在130 ~ 140天。