CN102179399A - 利用植物旱柳修复油污湿地的方法 - Google Patents

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刘晓艳
王珍珍
王君
张新颖
刘发辉
陈丽莎
刘珊珊
田翔
瞿娟
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Abstract

本发明涉及一种利用植物旱柳修复油污湿地的方法。该方法的具体步骤为:在油污污染湿地种植旱柳，种植密度为2~3株/m2。该发明的油污修复方法与传统方法相比，具有投资少、工程量小、技术要求不高等优点，并且不会产生二次污染。修复进程不仅不会破坏土壤生态环境，还有助于改善因油类污染而引起的土壤退化和生产力下降等现象，恢复并提高本区域的生物多样性。具有良好的生态效益和环境效益。

Description

利用植物旱柳修复油污湿地的方法
技术领域
本发明涉及一种油污湿地的修复方法，特别是一种利用植物旱柳修复油污湿地的方法。
背景技术
近年来溢油污染的频繁发生带来了严重的污染问题，石油的粘度大、粘滞性强，它们改变土壤的物理化学性质，严重影响土壤的透气性和渗水性，石油中的一些致畸致癌物质还可通过食物链的生物富集作用而直接危害人类健康。柴油作为一种重要的石油提炼产物。被广泛用来作为汽车、坦克、飞机、拖拉机、铁路车辆等运载工具或其它机械用器的燃料，也可用来发电、取暖等。柴油的效率较高，如果大量取代汽油，可以降低石油消耗速度及二氧化碳的排放量。但是比起汽油来，柴油含更多的杂质，它燃烧时也更容易产生烟灰，造成空气污染。但柴油不像汽油般会产生有毒气体，所以比汽油更环保和健康。柴油的沸点较高，在自然界中不易自然降解消除。
生物降解是消除石油烃和其他烃类污染物的基本途径之一，生物修复方式具有经济、有效并对环境破坏性小等诸多优点；植物修复主要通过直接吸收石油类污染物、释放分泌物和酶、刺激根区微生物的活性并强化生物转化作用。随着植物根区微生物的密度增加，石油烃的降解速率会明显加快。植物根际微域这一根系生命活动影响下的特殊生态环境是一个生物活性区域，植物根系在生长过程中，植物根细胞在代谢活动中主动向根际土壤释放有机物质。植物促进有机污染物的降解一方面是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；根际分泌物能有效改善土壤的理化结构，有利于提高根际微生物的活性。Dowly等筛选出两种植物能处理湿地溢油污染，并发现一些豆科植物能分泌表面活性剂促进油类污染物的修复；湿地中的某些植物可以通过吸收及其生理生化过程分解污染物质。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用有观赏与经济价值的杨柳科植物旱柳（Salix matsudana）修复油污湿地的方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种利用植物旱柳修复油污湿地的方法，其特征在于该方法的具体步骤为:在油污污染湿地种植旱柳，种植密度为2~3株/m2。
上述的油污污染湿为柴油油污污染湿地。
一种利用植物旱柳修复油污湿地的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：在油污污染湿地种植旱柳，种植密度为2~3株/m2，待其适应后，在该湿地的土壤中加入由该湿地土壤中培养的嗜油细菌菌悬液与嗜油真菌菌悬液，投加比例均为每千克土壤中加入10ml菌悬液。
上述的嗜油细菌菌悬液与嗜油真菌菌悬液的配制方法为：
a.采用细菌与真菌筛选培养基分别培养油污污染湿地土壤，受试土壤与培养基的体积比例为1:10~1:20；每天取样，分离嗜油细菌与嗜油真菌菌种；
b.将步骤a所得到的种嗜油细菌与嗜油真菌菌株，分别接种于富集培养基中，置于37℃、100~150r/min的摇床培养至对数生长期，离心收集菌体；
c.将步骤b所得菌体悬浮于灭菌水中，制成OD600≈1.5的活性细菌菌悬液与OD600≈0.5的活性真菌菌悬液。
上述的嗜油细菌培养基为：K2HPO4 1g，KH2PO4 1g，NaCl 0.5g，NH4(SO4)2 0.5g，MgSO4 0.2g，KNO3 0.2g，CaCl2 0.02g，NaCl 0.5g，FeCl3 痕量，蒸馏水1000ml，pH 7.5，灭菌后无菌加入柴油10g；所述的真菌培养基：NaNO3 2.0g，K2HPO4 1.0g，KCl 0.5g，MgSO4·7H2O 0.5g，FeSO4·7H2O 0.008g，蒸馏水1000ml，pH 7.0，灭菌后无菌加入柴油10g。
本发明所采用的植物旱柳（Salix matsudana）的原产地在我国，主要以我国黄河流域为栽培中心，东北、华北、西北部地区皆有栽培，是我国北方地区最常见的乡土树种之一。在长江三角洲区域也有分布，是长江-黄浦江三角洲及东海岸边湿地环境中常见到的木本植物之一。旱柳喜光阳性树种，较耐寒，耐干旱；也喜湿润排水、通气良好的沙壤土环境。旱柳稍耐盐碱，在含盐量0.25%的轻度盐碱地上仍可存活生长；旱柳树皮在受到水浸时，能很快长出新根悬浮于水中，这是它不怕水淹和扦插易活的重要原因，对病虫害及大气污染的抗性较强。旱柳的萌芽力强、根系发达、扎根较深，而且具有内生菌根。在湿润肥沃的河流冲积土壤环境中生长较快，11年生树高15.8米，胸径17.8厘米，约50年衰老，生长快，用扦插繁殖效果也很好。
本发明通过种植油类污染物修复植物旱柳，并采用嗜油菌种联合强化作用方法来修复油类污染的滨海湿地环境。实例研究证明，旱柳对土壤中的柴油污染物具有较高的降解效果，污染土壤中旱柳根际微生态环境对微生物活性具有诱导作用，有利于石油烃类污染物的降解和污染土层的生物修复，旱柳在60天后对柴油的去除率与降解率可分别达到50.5%及17.5%。而在嗜油真菌与细菌的强化作用下，旱柳系统的油污去除率显著增高，嗜油真菌及嗜油细菌强化旱柳60天后的柴油去除率可分别达到51.2%及68.9%。嗜油菌的强化作用能够大幅提高油污土壤中的柴油去除率。而且旱柳在60天的生长时间内，植株对油类污染物具有明显的吸收作用。
该发明的油污修复方法与传统方法相比，具有投资少、工程量小、技术要求不高等优点，并且不会产生二次污染。修复进程不仅不会破坏土壤生态环境，还有助于改善因油类污染而引起的土壤退化和生产力下降等现象，恢复并提高本区域的生物多样性。具有良好的生态效益和环境效益。
附图说明
图1 旱柳生长不同时期土壤中的剩余油污含量变化特征。
图2 嗜油细菌与真菌强化旱柳对油污去除率的影响。
图3 嗜油细菌与真菌强化旱柳对油污的吸收作用特征。
具体实施方式
实验于2010年夏季进行。实验地点在上海大学环境与化学工程学院实验楼的五楼露天阳台上，该研究所处上海市宝山区，属湿带半湿大陆性季风气候，年降水量在500~600mm左右。清洁土壤取自上海大学东区花坛，过2mm筛后，按沙土比2:3均匀混合，并配制成含10000mg/kg柴油的油污土壤。实验初期，由于土壤肥力低，将肥料溶于水，形成肥料溶液后喷洒于土壤中，每千克土壤中的肥料加入量为13.6g尿素，5g过磷酸钙。以该土壤作为基质来进行实验研究。
实施例1：旱柳植物修复柴油污染土壤
在土壤中植入一株旱柳（高50cm），设置三个平行样，然后直接将油污土壤（空白）与实验样品放于户外。根据土壤水分丰缺状况，不定期浇入含盐度0.2%的水，使土壤饱和含水。实验共历时60天，在30天、60天后取土壤样品测定其中的剩余柴油含量，并计算它们的降解率和去除率。
实验结果：旱柳对柴油污染物显示出了较强的耐受性，在10000mg/kg柴油浓度的油污土壤实验过程中未见毒害特征，植株均生长良好。从图1显示的30天及60天后土壤样品中剩余残油量可以看出，旱柳对土壤中的柴油具有较高的降解效果，污染土壤中旱柳根际微生态环境对微生物活性具有诱导作用，有利于石油烃类污染物的降解和污染土层的生物修复，30天与60天后旱柳对柴油的去除率分别为35.6%及50.5%，降解率可分别达到6.6%及17.5%。
实施例2：嗜油细菌与真菌强化旱柳修复柴油污染
试验用原始石油类污染土壤取自黄浦江-长江口湿地土壤，并从中筛取出本实验所采用的嗜油细菌与嗜油真菌。
(1)培养基
筛选细菌培养基：K2HPO4 1g，KH2PO4 1g，NaCl 0.5g，NH4(SO4)2 0.5g，MgSO4 0.2g，KNO3 0.2g，CaCl2 0.02g，NaCl 0.5g，FeCl3 痕量，蒸馏水1000ml，pH 7.5。灭菌后无菌加入柴油10g。加入18.0g琼脂可制成细菌柴油平板。
筛选真菌培养基：NaNO3 2.0g，K2HPO4 1.0g，KCl 0.5g，MgSO4·7H2O 0.5g，FeSO4·7H2O 0.008g，蒸馏水1000ml，pH 7.0。灭菌后无菌加入柴油10g。加入18.0g琼脂可制成真菌柴油平板。
富集培养基(g/L)：蛋白胨 10g，牛肉膏 5g，氯化钠 5g，柴油 42.3g，蒸馏水 1000ml，pH 7.5。
(2)嗜油菌群的筛选方法与菌悬液的制备
菌种筛选自曾遭受过石油类污染历史的目标污染地——黄浦江溢油污染湿地，采用100ml细菌与真菌筛选培养基分别培养10g油污土。每天取样涂柴油平板，分离细菌与真菌菌种；分别挑取得到的一种嗜油细菌与真菌菌株。将菌种分别接种于富集培养基中，置于37℃、100~150r/min的摇床培养至对数生长期，离心收集菌体。重新悬浮于灭菌水中，制成OD600≈1.5的活性细菌制剂与OD600≈0.5的活性真菌制剂。
在柴油油污土壤中植入旱柳，并分别向根际土壤中加入活性细菌与真菌制剂，每个样品设三个平行样。每千克土壤中加入10ml菌悬液，浇入菌液时利用小铁铲松动表土，松土时不要伤到旱柳的根，从而保证菌液的均匀分布与土壤中氧气的充足，利于旱柳和微生物的生长与繁殖。
实验结果如下：
(1)嗜油菌对旱柳降解柴油的强化作用
在旱柳与嗜油菌的共同作用下，能够使土壤中残油量进一步减少。如图2所示，各组样品中的柴油去除率，在旱柳与嗜油菌的共同作用下使得柴油污染物去除率增高。嗜油细菌强化旱柳降解使得30天后柴油去除率达到60.6%，60天后达到68.9%。嗜油真菌强化旱柳降解使得30天后柴油去除率达到45.4%，60天后达到51.2%。嗜油菌的强化作用能够大幅提高油污土壤中的柴油去除率。
(2)不同处理条件下旱柳对油类的吸收作用
从对实验前后植物植株（根、茎、叶混合）的提取分析结果发现，旱柳对油类物质有一定的吸收作用，植株中的含油量如图3所示。实验表明，旱柳在两个月的生长时间内，植株体内的含油量由2232mg/kg提高到5399mg/kg，显示出了明显的吸收作用；但在加入嗜油真菌与细菌的强化作用下，并未表现出旱柳对柴油污染物吸收能力的进一步增强作用。实验结果显示加入嗜油真菌与细菌强化后，旱柳的降解作用得到大幅度加强，但对吸收作用的影响却不大；这说明嗜油菌群强化旱柳植物修复油污环境主要是依赖于降解作用而非吸收作用。
总之，该项发明的实例研究表明，旱柳对土壤中的柴油污染物具有较高的降解效果，污染土壤中旱柳根际微生态环境对微生物活性具有诱导作用，有利于石油烃类污染物的降解和污染土层的生物修复，旱柳在60天后对柴油的去除率与降解率可分别达到50.5%及17.5%。而在嗜油真菌与细菌的强化作用下，旱柳系统的油污去除率显著增高，嗜油真菌及嗜油细菌强化旱柳60天后的柴油去除率可分别达到51.2%及68.9%。嗜油菌的强化作用能够大幅提高油污土壤中的柴油去除率。而且旱柳在60天的生长时间内，植株对油类污染物具有明显的吸收作用。

Claims (5)

1.一种利用植物旱柳修复油污湿地的方法，其特征在于该方法的具体步骤为:在油污污染湿地种植旱柳，种植密度为2~3株/m2。
2.根据权利要求1所述的利用植物旱柳修复油污湿地的方法，其特征在于油污污染湿为柴油油污污染湿地。
3.一种利用植物旱柳修复油污湿地的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：在油污污染湿地种植旱柳，种植密度为2~3株/m2，待其适应后，在该湿地的土壤中加入由该湿地土壤中培养的嗜油细菌菌悬液与嗜油真菌菌悬液，投加比例均为每千克土壤中加入10ml菌悬液。
4.根据权利要求3所述的利用植物旱柳修复油污湿地的方法，其特征在于所述的嗜油细菌菌悬液与嗜油真菌菌悬液的配制方法为：
a.采用细菌与真菌筛选培养基分别培养油污污染湿地土壤，受试土壤与培养基的体积比例为1:10~1:20；每天取样，分离嗜油细菌与嗜油真菌菌种；
b.将步骤a所得到的种嗜油细菌与嗜油真菌菌株，分别接种于富集培养基中，置于37℃、100~150r/min的摇床培养至对数生长期，离心收集菌体；
c.将步骤b所得菌体悬浮于灭菌水中，制成OD600≈1.5的活性细菌菌悬液与OD600≈0.5的活性真菌菌悬液。
5.根据权利要求4所述的利用植物旱柳修复油污湿地的方法，其特征在于所述的嗜油细菌培养基为：K2HPO4 1g，KH2PO4 1g，NaCl 0.5g，NH4(SO4)2 0.5g，MgSO4 0.2g，KNO3 0.2g，CaCl2 0.02g，NaCl 0.5g，FeCl3 痕量，蒸馏水1000ml，pH 7.5，灭菌后无菌加入柴油10g；所述的真菌培养基：NaNO3 2.0g，K2HPO4 1.0g，KCl 0.5g，MgSO4·7H2O 0.5g，FeSO4·7H2O 0.008g，蒸馏水1000ml，pH 7.0，灭菌后无菌加入柴油10g。
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