CN102091715A

CN102091715A - 一种利用花卉宿根天人菊修复石油污染土壤的方法

Info

Publication number: CN102091715A
Application number: CN2009102206756A
Authority: CN
Inventors: 刘睿; 周启星
Original assignee: Institute of Applied Ecology of CAS
Current assignee: Institute of Applied Ecology of CAS
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2011-06-15

Abstract

本发明涉及石油污染土壤植物修复技术领域，具体地说是一种利用花卉宿根天人菊治理并修复石油污染土壤的方法。该方法是将宿根天人菊种植于石油污染土壤中。当土壤中总石油烃浓度为10000mg/kg时，植物的生长量基本没有受到抑制，同时花卉宿根天人菊利用发达的根系及根系微生物联合作用有效的降解了污染土壤中总石油烃的含量。种植宿根天人菊90天后其污染土壤中总石油烃降解率可达56.63％，比其空白自然降解率(15.49％)高达近4倍，说明了宿根天人菊对石油污染具有较强的耐性和总石油烃降解能力。因而，将宿根天人菊种植在石油污染土壤中，当植物生长成熟后将植株整体移除并集中妥善处理，可达到有效除去土壤中总石油烃的目的。

Description

一种利用花卉宿根天人菊修复石油污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及石油污染土壤植物修复技术领域，具体地说是一种利用花卉宿根天人菊治理并修复石油污染土壤的方法。

背景技术

近年来，我国土壤污染问题日益凸现，对生态环境、食品安全和人体健康构成严重威胁。其中，石油等有机污染物导致的土壤污染尤为突出。由于石油开采、石油化工行业的发展及石油产品的广泛使用，使石油污染成为世界性公害之一[文献1：陈鹤建.原油在土壤中的渗透及降解规律油气田环境保护，2000，10(4)：14-15.]。当今世界石油总产量每年约22×10⁸吨。其中17.5×10⁸吨是由陆地油田生产的。仅石油污染一项每年全世界就有8×10⁶吨进入环境。中国作为世界上最大的发展中国家及石油生产和消费大国，由于生产条件、环保技术等方面相对落后，石油污染问题相当突出，在石油开采、运输、贮藏、加工过程中，由于意外事故或管理不当，有相当量的石油进入环境，导致土壤受到严重污染，直接危害人类生产与生活[文献2：陈嫣，李广贺，张旭等.石油污染土壤植物根际微生态环境与降解效应.清华大学学报(自然科学版)，2005，45(6)：784-787.]。

据统计，我国每年也有6×10⁵吨石油经跑、冒、滴、漏等途径进入环境，造成土壤污染。我国年产石油污染土壤近1×10⁵吨，累计堆放量近5×10⁵t。据不完全统计，在辽河油田的重污染区，土壤原油含量达到1×10⁴mg/kg，远远高于国家农业标准临界值500mg/kg，也是临界值(200mg/kg)20的倍[文献3：丁克强，孙铁珩，李培军.2000.石油污染土壤的生物修复技术[J].生态学杂志，19(2)：50-55.]。大庆、辽河等油田的重污染区的表层土壤(0-20cm)石油含量达30wt％-50wt％。

石油对土壤的污染主要是破坏土壤结构影响土壤通透性，损害植物根部，阻碍根的呼吸与吸收，最终导致植物死亡。污染到土壤的石油芳香烃类物质对人及动物的毒性较大，其中的苯、甲苯、二甲苯、酚类等物质，如果经较长时间较大浓度接触，会引起恶心、头疼、眩晕等症状。同时，石油中的多环芳烃类物质具有强烈的三致作用，能通过食物链在动植物体内逐渐富集。土壤石油污染的隐弊性大，潜伏期长，涉及面广，治理困难，危害日益凸现，已成为不容忽视的环境问题。因此，石油污染土壤治理是当前急需解决的问题，对人类生存和社会可持续发展具有重要的意义。

土壤石油污染治理技术目前包含几个主要方面：物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术。物理修复技术包括利用土壤和污染物的各自特性，使污染物固定，不易在土壤中扩散、迁移、降低其对环境破坏的一类环境物理技术。土壤石油污染的物理修复技术主要包括焚烧法、隔离法、换土法等。化学修复技术是利用污染物与改良剂之间的化学反应从而对土壤中的污染物进行固定、氧化、分离、提取等，来降低土壤中污染物含量的一类环境化学技术。土壤石油污染的化学修复技术主要包括萃取法、土壤洗涤法、化学氧化法等。对于物理和化学修复技术尚存在其影响面广、技术难于掌握、处理费用高及易带来二次污染等问题[文献4：周启星，宋玉芳，孙铁珩.2004.生物修复研究与应用进展.自然科学进展，14(7)：721-728.]。

生物修复是指利用特定的生物吸收、转化、清除或降解环境污染物，从而修复被污染环境或消除环境中污染物，实现环境净化、生态效应恢复的生物措施，是一类低耗、高效和环境安全的环境生物技术。土壤石油污染的生物修复技术按所应用的类型不同，可以将其分为植物、动物、微生物修复技术等。植物修复石油污染土壤是一种新型的生态治理方法，其原理是以植物忍耐和超量积累某种或某些化学元素的理论为基础，利用植物及其共存微生物体系，包括植物对污染物的吸收与富集、根系分泌物以及土壤微生物对污染物的降解等综合因素，清除环境中污染物的一种治理技术[文献5：周启星.2004.污染土壤修复标准建立的方法体系研究.应用生态学报，15(2)：316-320.]。过去10年间，植物修复多集中在无机和有机土壤污染中。对土壤重金属的植物修复起步较早，现已筛选出400多种可生物修复土壤的植物。对于筛选适应降解石油污染的植物还较少报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用花卉宿根天人菊修复石油污染土壤的方法，解决现有技术中存在技术难度大、花费高、工程量大和易造成二次污染等问题。该方法操作性强、费用低廉、不破坏土壤理化性质，同时还能净化、美化环境。

为实现上述目的，本发明技术方案为：

一种利用花卉宿根天人菊修复石油污染土壤的方法，主要包括：

在石油污染土壤中种植宿根天人菊，当植物生长成熟后，将植株整体从污染土壤中移走，从而实现修复石油污染土壤的目的。

所述利用花卉宿根天人菊修复石油污染土壤的方法，用于种植宿根天人菊的污染土壤为总石油烃浓度为10000mg/kg的石油污染土壤。

所述利用花卉宿根天人菊修复石油污染土壤的方法，种植宿根天人菊是将在自然无污染土壤种植15天后或植株高7-9cm的宿根天人菊幼苗移栽到石油污染土壤中。

所述利用花卉宿根天人菊修复石油污染土壤的方法，在石油污染土壤中种植的宿根天人菊采用在网室中栽培，不定期浇水，使土壤含水量经常保持在田间持水量的30-40％。

所述利用花卉宿根天人菊修复石油污染土壤的方法，在石油污染土壤中种植宿根天人菊，宿根天人菊利用其自身根际及其共存微生物群落体系降解土壤中石油烃含量，当宿根天人菊生长成熟后，将植株从污染土壤中整体移除，通过连续种植植物，并重复上述操作，直至土壤中的总石油烃含量达到环境安全标准。

本发明所采用的宿根天人菊(Gaillardia aristata)多年生草本，株高50～90cm，全株密被粗硬毛。叶互生，全缘至波状羽裂。头状花序单生于茎顶，径5～7cm，舌状花上部黄色基部紫色，管状花紫褐色。

本发明所具有的优点如下：

1、本发明方法采用花卉宿根天人菊来修复石油污染土壤。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为修复技术，所收获植株进行集中处理，不会造成二次污染，同时修复不仅不会破坏土壤生态环境，还有助于改善有机污染而引起的土壤退化和生产力下降，恢复并提高生物多样性。同时，作为一种观赏花卉和经济植物，种植宿根天人菊不仅能有效降解环境土壤中石油烃污染，而且还可以避免污染植物进入食物链，最大限度减少其治理带来生态风险。

2、本发明方法是将宿根天人菊种植于石油污染土壤中，当土壤中总石油烃浓度为10000mg/kg时，植物的生长量基本没有受到抑制，同时花卉宿根天人菊利用其发达的根系及根系微生物联合作用有效的降解了污染土壤中总石油烃的含量。种植宿根天人菊90天后，其污染土壤中总石油烃降解率可达56.63％，比其空白自然降解率(15.49％)高达近4倍，说明了宿根天人菊对石油污染具有较强的耐性和对总石油烃有较好降解能力。而且其根际土壤中总石油烃组分也都有较好程度的降解。经30天宿根天人菊的种植，污染土壤中总石油烃组分的降解率分别可达：饱和烃为19.64％、芳烃为16.85％、非烃化合物为12.00％。

3、本发明利用花卉植物修复降解石油污染土壤，其不仅可以有效改善污染土壤的土质，降低石油烃污染浓度，而且还能起到实现美化环境的作用，更重要的是用于修复土壤的花卉植物有效避免了污染物再次进入食物链，最大限度的减少了修复土壤中可引起的二次污染。与其他修复技术相比，具有成本低、对环境影响小、能使地表长期稳定，并且在消除土壤污染的同时，消除污染土壤周围的大气和水体中的污染物，有利于改善生态环境等优点。因此，从花卉植物中筛选能降解石油烃植物并将其推广应用是切实可行的。

总之，本发明将宿根天人菊种植在石油污染土壤中，当植物生长成熟后将植株整体移除并集中妥善处理，可达到有效除去土壤中总石油烃的目的。通过连续种植该种植物，重复上述步骤，就可连续降解石油污染土壤的总石油烃，直到其含量达到环境安全标准。该方法具有工程量小，不破坏土壤的理化性质，无二次污染，且可以在治理污染土壤的同时美化环境等优点。

附图说明

图1为宿根天人菊种植30天后污染土壤中总石油烃不同组分的降解情况。

具体实施方式：

实验地点设在中国科学院沈阳应用生态研究所网室内，盆栽实验土壤采用配制后石油污染土壤，即为山东省东营市胜利油田采集的原石油污染土壤(0-20cm)与沈阳市万柳塘公园内采集的自然无污染土壤(0-20cm)，通过重量配比成总石油烃浓度为10000mg/kg的配制后石油污染土壤，土壤理化指标见表1。当宿根天人菊在自然无污染土壤种植15天后或植株高7-9cm时，将其幼苗移栽到配制后石油污染土壤中(总石油烃浓度为10000mg/kg)。实验同时设有空白样品(即没有种植植物的配制后石油污染土壤样品)。实验用盆是高14cm、直径为16cm的圆形塑料盆，每盆土的质量为2.5kg，实验每盆种植6株幼苗，待其生长稳定后间苗为3株/盆，生长期间用自来水浇灌，每个处理水平做3个重复。在实验过程中控制浇灌频率和浇灌水量，以防止土壤中石油污染物流失。同时，设置3盆未种植物对照盆，平时施予同样浇灌操作。植物移栽种植后30天、60天、90天后分别采集植物根际土壤测定其总石油烃含量及其石油烃组分降解情况。

采用EPA 3550推荐方法(文献6：谢重阁.环境中石油污染物的分析技术[M].北京：中国环境科学出版社，1987.)测定土壤中总石油烃的含量。称取5g过80目筛的土壤于40ml的玻璃离心管中，加入25ml的石油醚后盖紧管盖。超声萃取1h，中间换水以防止水温高于40℃。3000转/min条件下离心10min。将萃取液转移至已烘干称重的三角瓶中，65℃下恒温水浴至石油醚挥发，三角瓶干燥至恒重，称重后按重量法计算土壤中总石油烃(TPH)含量。采用重量比1∶1的硅胶/氧化铝层析柱分离石油烃中的饱和烃、芳香烃、沥青质胶质和非烃化合物等，分别用正己烷、正己烷与二氯甲烷的混合液(1∶1，体积比)、氯仿与甲醇的混合液(3∶1，体积比)洗出饱和烃、芳烃和清洗沥青、胶质等非烃化合物，用重量法计算其含量。

表1.山东采集原石油污染土壤及配制后石油污染土壤理化指标

	总石油烃(mg/kg)	pH	C(g/kg)	N(g/kg)	P(g/kg)	速效P(g/kg)
							原土壤	25000	7.66	45.77	0.73	0.65	0.002
配制后土壤	10000	7.68	30.76	1.50	1.08	0.36

表2.宿根天人菊不同时期石油烃污染土壤降解率的情况

从表2可以看出，宿根天人菊种植30天后其污染土壤中总石油烃降解率就可达到27.86％，远高于其空白值(5.93％)，并且随着时间的增加，其污染土壤中总石油烃的浓度呈递减趋势，在种植90天后土壤中总石油烃的降解率可达56.63％，这已能满足荷兰土壤总石油烃临界值(5000mg/kg)。实验说明，宿根天人菊对石油污染土壤有较好的耐性，而且在石油污染土壤中种植宿根天人菊可以对石油污染有较好的修复效能。

从图1可以看出，宿根天人菊种植30天后污染土壤中总石油烃不同组分的降解情况。图中表明，在石油污染土壤中种植宿根天人菊，不仅对总石油烃有较好的降解效果，对于石油烃中各个组分也有很好的去除率。其中饱和烃降解效果最好，可达19.64％，而对于最难降解的非烃化合物，其修复降解率也能达到12.00％，远远高于其空白值(1.47％)。

上述实验结果表明，宿根天人菊对中低浓度的石油污染土壤有较好的耐受能力，当总石油烃浓度为10000mg/kg时，其种植后植物生物量基本没有变化，其90天的总石油烃降解率可达56.63％，同时石油烃组分中(饱和烃、芳烃和非烃化合物)也都有一定的降解。这些特征证明了宿根天人菊在治理及修复石油污染土壤中具有一定的应用潜力。

Claims

1.一种利用花卉宿根天人菊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植物，当植物生长至开花或成熟期时将植物整体移除，从而去除土壤中总石油烃，所述植物为：宿根天人菊。

2.按权利要求1所述的利用花卉宿根天人菊修复石油污染土壤的方法，其特征在于：用于种植宿根天人菊的污染土壤为总石油烃浓度为10000mg/kg的石油污染土壤。

3.按权利要求1所述的利用花卉宿根天人菊修复石油污染土壤的方法，其特征在于：所述种植植物是将在自然无污染土壤种植15天后或植株高7-9cm的宿根天人菊幼苗移栽到石油污染土壤中。

4.按权利要求1所述的利用花卉宿根天人菊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的宿根天人菊采用在网室中栽培，不定期浇水，使土壤含水量经常保持在田间持水量的30-40％。

5.按权利要求1所述的利用花卉宿根天人菊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宿根天人菊，宿根天人菊利用其自身根际及其共存微生物体系联合降解土壤中总石油烃含量，当宿根天人菊生长成熟后，将植株从污染土壤中整体移除，通过连续种植植物，并重复上述操作，直至土壤中的总石油烃含量达到环境安全标准。