CN101972772A

CN101972772A - 多环芳烃污染土壤的联合修复方法

Info

Publication number: CN101972772A
Application number: CN 201010547623
Authority: CN
Inventors: 尹睿; 张晶; 林先贵; 刘魏魏
Original assignee: Institute of Soil Science of CAS
Current assignee: Institute of Soil Science of CAS
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2030-11-17
Also published as: CN101972772B

Abstract

一种多环芳烃污染土壤的联合修复方法，修复步骤为：在多环芳烃污染土壤中种植多年生豆科植物紫花苜蓿，并接种丛枝菌根真菌以及芽孢杆菌和黄杆菌所组成的混合细菌菌剂，同时添加生物表面活性剂，所述生物表面活性剂为鼠李糖脂。通过植物根系分泌物产生的根际效应，提高土壤微生物数量和代谢活性。通过接种丛枝菌根真菌，促进植物生长以及根系分泌物的增加，进而增加有机污染物在根部积累以及根际土壤微生物数量。接种的高效多环芳烃降解菌以植物的根系分泌物为碳源和能源也能快速生长和繁殖。而通过生物表面活性剂将多环芳烃从土壤颗粒上解吸下来，提高有机污染物的生物可利用性和可降解性。

Description

多环芳烃污染土壤的联合修复方法

技术领域

本发明涉及环境修复技术领域，尤其涉及一种多环芳烃污染土壤的的修复方法。

背景技术

多环芳烃（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs）是一类广泛存在环境中的具有致癌、致畸、致突变性的持久性有机污染物，对生态环境、农产品安全和人类健康造成极大的威胁。植物修复技术是近年来发展起来的一项主要用于清除环境中有毒污染物的绿色修复技术，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，由于土壤中多环芳烃的生物可利用性较低，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。丛枝菌根真菌类微生物除具有促进植物生长的作用外，还能增加植物根中有机污染物的累积，但抑制其向植物地上部的传输，增加根际土壤中细菌和真菌数量、根际土壤中脱氢酶活性，进而有效促进土壤中有机污染物的降解。而高效多环芳烃降解菌直接接种后，受根系分泌物的刺激，其数量有一定程度的增加，进而在植物根际有效定殖，从而提高有机污染物降解速率。表面活性剂可以有效促进PAHs类有机污染物从土壤颗粒上解吸，实现增溶PAHs的效果，从而有助于提高该类有机污染物的生物可利用率和降解速率。与化学表面活性剂相比，生物表面活性剂鼠李糖脂，除具备表面活性剂的特性，还具有环境友好、无二次污染和经济等特点，在环境修复领域具有很大的潜在应用前景。此外，鼠李糖脂在一定浓度范围内可以促进植物生长。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对多环芳烃污染土壤的问题，提供一种利用植物-微生物-生物表面活性剂的联合修复方法。

技术方案：一种多环芳烃污染土壤的联合修复方法，修复步骤为：在多环芳烃污染土壤中种植多年生豆科植物紫花苜蓿，并接种丛枝菌根真菌以及芽孢杆菌和黄杆菌所组成的混合细菌菌剂，同时添加生物表面活性剂，所述生物表面活性剂为鼠李糖脂。

所述的修复植物为多年生豆科植物紫花苜蓿。

所述丛枝菌根真菌菌剂由含有植物根段和苏格兰球囊霉菌丝（Liu SL, Luo YM, Cao ZH, Wu LH, Ding KQ, Christie P. Degradation of benzo[a]pyrene in soil with arbuscular mycorrhizal alfalfa. Environmental Geochemistry and Health, 2004, 26(2): 285-293）及其孢子的沙土组成，菌剂接种量占污染土壤重量的3%-5%。

所述混合细菌菌剂中芽孢杆菌（Hunter RD, Ekunwe SI, Dodor DE, Hwang HM, Ekunwe L. Bacillus subtillsis a potential degrader of pyrene and benzo[a]pyrene. Int. Environ. Res. Public Health, 2005, 2(2): 267-271）和黄杆菌（Abd-Elsalam H E, Hafez EE, Zaki EA. Naphthalene and phenol degradation byFlavobacterium sp. DQ398100 and Pseudomonas putida, DQ399838 isolated from petroleum polluted soil. Chinese Journal of Geochemistry, 2006, 25(suppl 1): 183-184）按1:1的等浓度菌液体积比混合，玉米芯为微生物固定化载体，载体上的微生物数量为5.7×10¹⁰-9.8×10¹⁰个/g，混合细菌菌剂的接种量以固定化载体计算占污染土壤重量的2%-4%。

所述添加的鼠李糖脂与污染土壤的重量比为0.024 g/Kg~0.06 g/Kg 。

有益效果：本发明的优点在于：通过植物根系分泌物产生的根际效应，提高土壤微生物数量和代谢活性。通过接种丛枝菌根真菌，促进植物生长以及根系分泌物的增加，进而增加有机污染物在根部积累以及根际土壤微生物数量。接种的高效多环芳烃降解菌以植物的根系分泌物为碳源和能源也能快速生长和繁殖。而通过生物表面活性剂将多环芳烃从土壤颗粒上解吸下来，提高有机污染物的生物可利用性和可降解性。四者通过相互作用，相互影响，通过改善植物根区微生态环境，有效提高有机污染物在土壤中的降解速率。

根据实验结果，丛枝菌根真菌菌剂的最佳添加量为3%-5%，低于3%，植物的菌根侵染率会大大降低，而高于5%比例，植物的菌根侵染率增幅不大，且浪费菌剂。混合细菌菌剂的最佳添加量为2%-4%，低于2%，土壤中多环芳烃降解菌的数量会相对较低，高于4%，由于土壤中多环芳烃降解菌在整个微生物群落中达到一定的生态位，因此在土壤中存活的多环芳烃降解菌数量不再与菌剂投加量成正比，即数量不会显著增加而是维持在一定数量范围。鼠李糖脂的最佳添加量为0.024 g/Kg~0.06 g/Kg，这主要由该物质的临界胶束浓度（CMC）所决定的，鼠李糖脂的临界胶束浓度为250 mg，由以往文献和我们的实验结果来看，投加浓度在CMC以上，不仅会有效促进多环芳烃从土壤颗粒上解吸附，还会促进植物生长。同时，从投加成本考虑，并不是投加量越高越好，综合修复成本与实验结果，我们将鼠李糖脂的最佳添加量设为0.024 g/Kg~0.06 g/Kg。与对照处理相比，种植植物、接种菌根真菌、PAHs专性降解菌及添加生物表面活性剂后，供试土壤中PAHs的降解率得到了不同程度的提高，其降解率范围为25.9%~66.7%，其中种植紫花苜蓿接种菌根真菌、PAHs专性降解菌添加生物表面活性剂联合修复的最高。这一结果表明利用植物根际微生物吸收、转化及生物表面活性剂活化PAHs的根际修复机理，应用于PAHs污染农田土壤，是一种理想的、低成本的、环保友好型的联合修复方法。

四、具体实施方式

实施例1：

在多环芳烃总量为13.5 mg/kg的污染农田土壤中种植多年生豆科植物紫花苜蓿，行间距为10 cm，同时在距离土壤表层 5-10 cm的地方以平铺的形式接种菌根真菌菌剂苏格兰球囊霉，接种量占污染土壤重量的5%。生长20天后，再在距离根部2-5 cm部位接种专性降解菌菌剂，接种量占污染土壤重量的4%，同时在土壤表层2-10 cm处添加生物表面活性剂鼠李糖脂，其与土壤的重量比为0.03 g/Kg混合均匀。常规田间管理模式， 90天后采集土样分析。

研究结果表明，经过90天培养，土壤中PAHs含量为4.5mg/kg。与对照相比，联合修复后，供试土壤中PAHs的降解率明显提高，土壤中PAHs的降解率达66.7%。

实施例2：

在多环芳烃总量10.29 mg/kg的污染农田土壤中，种植多年生豆科植物紫花苜蓿，行间距为10 cm，同时在距离土壤表面 5-10 cm的地方以平铺的形式接种菌根真菌菌剂苏格兰球囊霉，接种量占污染土壤重量的4%。生长20天后，再在距离根部2-5 cm部位接种专性降解菌菌剂，接种量占污染土壤重量的2%，同时在土壤表层2-10 cm处添加生物表面活性剂鼠李糖脂，添加的鼠李糖脂与土壤的重量比为0.05 g/Kg混合均匀。常规田间管理模式，90天后采集土样分析。

研究结果表明，经过90天培养，土壤中PAHs含量为4.5mg/kg。与对照相比，联合修复后，供试土壤中PAHs的降解率明显提高，土壤中PAHs的降解率达59.8%。

实施例3：

在多环芳烃总量8.56 mg/kg的污染农田土壤，种植多年生豆科植物紫花苜蓿，行间距为10 cm，同时在距离土壤表面 5-10 cm的地方以平铺的形式接种菌根真菌菌剂苏格兰球囊霉，接种量占污染土壤重量的4%。生长15天后，再在距离根部2-5 cm部位接种专性降解菌菌剂，接种量占污染土壤重量的3%，同时在土壤表层2-10 cm处添加生物表面活性剂鼠李糖脂，添加的鼠李糖脂与土壤的重量比为0.045g/Kg混合均匀。常规田间管理模式，90天后采集土样分析。

研究结果表明，经过90天培养，土壤中PAHs含量为4.5mg/kg。与对照相比，联合修复后，供试土壤中PAHs的降解率明显提高，土壤中PAHs的降解率达56.7%。

Claims

1.一种多环芳烃污染土壤的联合修复方法，其特征在于修复步骤为：在多环芳烃污染土壤中种植多年生豆科植物紫花苜蓿（Medicago sativa L.），并接种丛枝菌根真菌以及芽孢杆菌（Bacillus sp.）和黄杆菌（Flavobacterium sp.）所组成的混合细菌菌剂，同时添加生物表面活性剂，所述生物表面活性剂为鼠李糖脂。

2.根据权利要求1所述的多环芳烃污染土壤的联合修复方法，其特征在于所述的植物为多年生豆科植物紫花苜蓿。

3.根据权利要求1所述的多环芳烃污染土壤的联合修复方法，其特征在于所述丛枝菌根真菌菌剂由含有植物根段和苏格兰球囊霉（Glomus caledonium L.）菌丝及其孢子的沙土组成，菌剂接种量占污染土壤重量的3%-5%。

4.根据权利要求1所述的多环芳烃污染土壤的联合修复方法，其特征在于所述混合细菌菌剂中芽孢杆菌和黄杆菌按1:1的等浓度菌液体积比混合，玉米芯为微生物固定化载体，载体上的微生物数量为5.7×10¹⁰-9.8×10¹⁰个/g，混合细菌菌剂的接种量以固定化载体计算占污染土壤重量的2%-4%。

5.根据权利要求1所述的多环芳烃污染土壤的联合修复方法，其特征在于所述添加的鼠李糖脂与污染土壤的重量比为0.024g/Kg~0.06 g/Kg 。