CN101992206A

CN101992206A - 一种利用孔雀草治理并修复苯并[a]芘污染土壤的方法

Info

Publication number: CN101992206A
Application number: CN2009100131666A
Authority: CN
Inventors: 孙约兵; 周启星; 任丽萍
Original assignee: Institute of Applied Ecology of CAS
Current assignee: Institute of Applied Ecology of CAS
Priority date: 2009-08-14
Filing date: 2009-08-14
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2029-08-14
Also published as: CN101992206B

Abstract

本发明涉及污染土壤植物修复技术领域，具体地说是一种利用花卉植物-孔雀草治理并修复苯并[a]芘污染土壤的方法。在苯并[a]芘污染土壤上种植孔雀草，从而实现去除土壤中过量苯并[a]芘的目的。将孔雀草种植在B[a]P污染土壤中，待植物生长到成熟期时将植物整体移除并焚烧处理，通过反复种植该种植物，重复上述过程，就可以达到清除污染土壤中的B[a]P，直到其达到环境安全标准。该方法具有技术工艺简单，成本低；不破坏土壤的理化性质，无二次污染；针对苯并[a]芘污染土壤修复效果好，适用于大面积修复B[a]P污染的土壤，因而具有一定的生态和经济效益。

Description

一种利用孔雀草治理并修复苯并[a]芘污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及污染土壤植物修复技术领域，具体地说是一种利用花卉植物-孔雀草治理并修复苯并[a]芘污染土壤的方法。

背景技术

苯并[a]芘，又名3，4-苯并芘，其纯品为淡黄色片状晶体。在环境中分布很广，通过大气、水、食品和吸烟都能进入人体。其来源有天然源和人为源，B[a]P主要的天然源包括生物合成、森林草原火灾以及火山活动，主要人为源包括各种矿物燃料、木材、纸以及其它含碳氢化合物的不完全燃烧[文献1：巩宗强，李培军，王新，等.真菌对土壤中苯并[a]芘的共代谢降解.环境科学研究，2001，14(6)：36-39；文献2：臧淑艳，李培军，周启星，等.苯并(a)芘及其代谢产物的连续降解研究.环境科学，2006，27(12)：2531-2535.]。已被美国环保局列入优先控制的有毒有机污染物黑名单。它常存在于石油污染物中，通过石油开采与运输过程的泄露、石油污染水灌溉及大气飘尘的沉降等途径进人土壤，B[a]P由于具有较高的辛醇-水分配系数高和较高的蒸汽压，且分子结构内苯环高度密集，故较难被一般植物所降解修复，因而很容易在土壤等环境中累积，造成土壤污染。据报道，我国石油污灌区土壤中B[a]P的浓度高达29-30mg/kg(文献3：谢重阁.土壤-植物系统污染生态研究.北京：中国科学技术出版社，I986：413-426.)。曲健等(2006)研究发现沈抚灌区上游土壤中B[a]P为0-1.6mg/kg(文献4：曲健，宋云横，苏娜.沈抚灌区上游土壤中多环芳烃的含量分析.中国环境监测，2006，22(3)：29-31.)。由于B[a]P是一种具有潜在的致癌、致畸和致突变作用的多环芳烃化合物，使得B[a]P污染土壤的治理和修复成为亟需解决的现实问题。

B[a]P污染土壤的修复技术主要涉及化学修复、生物修复(微生物修复、植物修复和植物-微生物联合修复)和化学-生物修复。但是，国内外开展的污染土壤清洁技术研究中，对B[a]P污染的生物修复主要集中在微生物降解研究。然而，作为一种新兴修复技术-植物修复是目前生物修复研究领域中的热点。植物可通过吸附、吸收以及超积累、转移、降解和挥发等方式清除环境介质中的有害污染，同时，植物还可以与根际微生物协同作用实现对污染物的降解。研究结果表明，植物修复对B[a]P的降解作用主要归功于植物根际作用，即一方面由于根际作用增加了微生物降解菌的数量，另一方面是因为植物分泌有机物为微生物共代谢提供了基质底物(文献5：刘世亮，骆永明，丁克强.等，苯并[a]芘污染土壤的植物根际修复研究初探.生态环境，2007，16(2)：425-431.)。作为一种新兴的原位绿色修复技术，植物修复操作比较简单、投资相对较低、不破坏环境、易于为人们所接受等优点，在环境保护中具有重要的理论价值和广阔的应用前景，并引起学术界、政府和企业界的高度重视[文献6：周启星，宋玉芳.污染土壤修复原理与方法[M]北京：科学出版社，2004.]。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用孔雀草治理并修复苯并[a]芘污染土壤的方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：在苯并[a]芘污染土壤上种植孔雀草，从而实现去除土壤中过量苯并[a]芘的目的。

所述孔雀草对≤10mg/kg的苯并[a]芘污染具有耐性；所述在苯并[a]芘污染土壤上种植孔雀草(Tagetes patula L.)，待植物生长至成熟期时将植物整体移除；所述孔雀草生长至成熟期时的不同生长时期根际比非根际土壤中苯并[a]芘的去除率高；所述种植孔雀草是将含4-6片展开真叶的孔雀草幼苗移载到苯并[a]芘污染土壤中；所述在苯并[a]芘污染土壤表层铺上1-2cm沙子，并采用室外栽培，定期浇水，使土壤含水量保持在田间持水量的65-85％；在苯并[a]芘污染土壤上种植孔雀草，孔雀草从污染土壤上吸收污染物，当孔雀草生长至成熟期时，收获植物，再种植第二茬孔雀草，重复上述操作，直至土壤中的苯并[a]芘污染物达到环境安全标准；去除的孔雀草晒干并转移至其它地方集中焚烧。

1.将生长一致的孔雀草幼苗(4-6片真叶)移植到不同浓度苯并[a]芘污染土壤中。

2.植物采取定期浇水，并使土壤含水量保持在田间持水量的65-85％。

3.分别在植物生长的苗期、开花期和成熟期时采集植物样和土壤样品(根际土壤和非根际土壤)。

4.分别测定植物和土壤样品中苯并[a]芘含量。

5.连续耕种，直到土壤中苯并[a]芘浓度达到环境安全标准。

本发明所用植物为孔雀草，株高30至40厘米。羽状复叶，小叶披针形。花梗自叶腋抽出，头状花序顶生，单瓣或重瓣。花色有红褐、黄褐、谈黄、杂紫红色斑点等。花形与万寿菊相似，但较小朵而繁多。孔雀草有很好的观赏价值，适宜盆栽、地栽和做切花。叶对生，羽状分裂，裂片披针形，叶缘有明显的油腺点。头状花序顶生，花外轮为暗红色，内部为黄色，故又名红黄草它对土壤要求不严。既耐移栽，又生长迅速，栽培管理又很容易。一年四季均可播种。

本发明所具有的优点：

本发明采用植物修复技术治理B[a]P污染土壤，与传统的污染土壤治理方法相比，具有技术工艺简单，成本低，不破坏土壤理化性质，不会造成二次污染。实验证明孔雀草对B[a]P污染土壤修复效果好，适用大面积污染土壤的治理，一年四季均可播种，可以常年修复B[a]P污染土壤。同时，作为一种观赏植物，种植孔雀草在治理环境B[a]P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为本发明采用孔雀草处理对不同浓度苯并[a]芘下的生物量的检测图。

图2为种植孔雀草土壤中根际和非根际苯并[a]芘的去除率检测图。

具体实施方式

实验地点设在中国科学院沈阳应用生态所网室内，盆栽试验土壤采自该站无污染区表土(0-20cm)，土壤类型为草甸棕壤。实验共设5个处理，分别为：CK(对照，不投加B[a]P)、2mg/kg、5mg/kg、10mg/kg和50mg/kg，每个处理重复3次。将供试土壤风干过4mm筛后，先用丙酮溶解所需的B[a]P，加入少部分供试土壤中，待丙酮完全挥发后(3-5d)，将其拌入全部供试土壤中，充分混匀后装入塑料盆(H＝11cm)中，每盆装土1kg，平衡2个星期待用。同时进行花卉育苗，将土壤、河沙、蛭石按照重量比为7∶2∶1混匀装入苗盘中，点播孔雀草种子，保持土壤湿润。40-50天后，幼苗长出4-6片真叶，选取长势一致的移入处理盆中，每盆3棵。用根际袋将土壤分为根际土和非根际土。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65-85％左右。

分别在植物生长苗期，开花期和成熟采集植物样和土样(根际土和非根际土)。将收获的植物样品分为根、茎和叶3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。在65℃下烘干至衡重，称量干重后粉碎备用。土壤置于室温下暗处风干，过20目筛，待分析。

B[a]P测定方法：

土壤和植物样品提取方法参照文献宋玉芳等(1995)和高彦征等(2005)[文献6：宋玉芳，区自清，孙铁珩.土壤、植物样品中多环芳烃(PAHs)分析方法研究.应用生态学报，1995，6(1)：92-96；文献7：高彦征，朱利中，凌婉婷，等.土壤和植物样品的多环芳烃分析方法研究.农业环境科学学报，2005，24(5)：1003-1006.]。提取后用气相色谱(GC)分析分析条件：DB-25毛细管色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm)；采用自动进样方式；进样口无分流模式，温度250℃；柱流量115ml/min；柱箱初始温度80℃保持1min，以15℃/min升到275℃保留1min，以10℃/min升到285℃保留1min，再以5℃/min升到295℃保留1min；氢火焰离子化检测器(FID)温度300℃。

实验结果如下：

参见图1可知，孔雀草对B[a]P污染具有很强的耐性能力。在苗期，当B[a]P投加浓度≤5mg/kg时，表现出促进植物的生长和发育，地上部生物量有所增加。与对照相比，其生物量分别提高了39.0％和13.1％。在开花期和成熟期，土壤中B[a]P投加含量≤10mg/kg，植物生长表现出一定的促进效应，与对照相比，其生物量分别增加了8.5％-22.3％和8.6％-39.0％，其中当土壤中B[a]P浓度为5mg/kg时，植物地上部干重达到最大，分别为9.36和9.45g/盆。然而，随着土壤中苯并[a]芘的浓度进一步提高，达到50mg/kg时，植物生长表现为明显的抑制效应，其地上部生物量呈显著下降，与对照相比，不同生长时期分别降低了29.2％、36.3％和18.4％。以上可以说明在低浓度B[a]P污染土壤中，孔雀草表现出很强的耐性特征，可以用来治理和修复B[a]P污染土壤。

图2给出了种植孔雀草不同生长时期根际和非根际土壤中B[a]P的去除率。从图中可以看出，种植孔雀草，由于根系的存在能够明显促进B[a]P的降解，在苗期、开花期和成熟期时，土壤中的B[a]P去除率，根际比非根际分别高出10.8％-19.3％、4.3％-11.5％和4.2％-15.7％，分别达到53.6％-74.3，74.6％-90.2和79.2％-92.4％。然而，随着土壤中B[a]P浓度的逐渐增大，植物去除B[a]P的效率也随之降低。以上说明孔雀草修复B[a]P污染土壤有很强的潜力。

上述实验结果表明，孔雀草对一定程度的B[a]P污染具有较强的耐受能力，种植孔雀草能够很好的清除土壤中的B[a]P，故可以用来修复B[a]P污染土壤，是一种很有应用潜力的治理B[a]P污染的修复植物。

Claims

1.一种利用孔雀草治理并修复苯并[a]芘污染土壤的方法，其特征在于：在苯并[a]芘污染土壤上种植孔雀草，从而实现去除土壤中过量苯并[a]芘的目的。

2.按权利要求1所述的利用孔雀草治理并修复苯并[a]芘污染土壤的方法，其特征在于：所述孔雀草对≤10mg/kg的苯并[a]芘污染具有耐性。

3.按权利要求1或2所述的利用孔雀草治理并修复苯并[a]芘污染土壤的方法，其特征在于：所述在苯并[a]芘污染土壤上种植孔雀草(Tagetes patulaL.)，待植物生长至成熟期时将植物整体移除。

4.按权利要求3所述的利用孔雀草治理并修复苯并[a]芘污染土壤的方法，其特征在于：所述孔雀草生长至成熟期时的不同生长时期根际比非根际土壤中苯并[a]芘的去除率高。

5.按权利要求1所述的利用孔雀草治理并修复苯并[a]芘污染土壤的方法，其特征在于：所述种植孔雀草是将含4-6片展开真叶的孔雀草幼苗移载到苯并[a]芘污染土壤中。

6.按权利要求1所述的利用孔雀草治理并修复苯并[a]芘污染土壤的方法，其特征在于：所述在苯并[a]芘污染土壤表层铺上1-2cm沙子，并采用室外栽培，定期浇水，使土壤含水量保持在田间持水量的65-85％。

7.按权利要求1所述的利用孔雀草治理并修复苯并[a]芘污染土壤的方法，其特征在于：在苯并[a]芘污染土壤上种植孔雀草，孔雀草从污染土壤上吸收污染物，当孔雀草生长至成熟期时，收获植物，再种植第二茬孔雀草，重复上述操作，直至土壤中的苯并[a]芘污染物达到环境安全标准；去除的孔雀草晒干并转移至其它地方集中焚烧。