CN102211108A - 利用芦苇与丛枝菌根联合修复石油类污染湿地的方法 - Google Patents

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刘珊珊
王珍珍
张新颖
王君
陈丽莎
刘发辉
田翔
余兴露
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Abstract

本发明涉及一种利用芦苇与丛枝菌根联合修复石油类污染湿地环境的方法。本发明的特征在于使用岸边湿地广泛生长的芦苇与丛枝菌根对石油类污染的生态环境进行联合修复。具体处理方法为：将芦苇种植于被石油类污染的湿地土壤中，经一段时间的适应处理后，接种丛枝真菌至芦苇根附近的土壤基质中，菌剂用量按照孢子密度为5~8个/g即可。随着芦苇生物量的逐渐增多，在芦苇与丛枝菌根的联合作用下就可以对石油类污染湿地环境进行修复。该方法具有材料来源广泛、工程量小、工艺简单、费用低、修复效果好等优点，而且不会产生二次污染，适于在油污湿地环境中广泛推广使用并可为区域经济发展提供原材料。该项发明适合大面积油污湿地环境的原位修复，具有良好的实际应用前景。

Description

利用芦苇与丛枝菌根联合修复石油类污染湿地的方法
技术领域
本发明涉及一种修复石油类污染湿地的方法，特别是一种利用芦苇(Phragmites communis)和与其共生的丛枝菌根联合修复石油类污染湿地的方法。
背景技术
随着我国石油资源开发量及使用量的不断增大，石油类污染物在沉积物及土壤环境中的积累也愈加严重，给受污染区域人民健康带来很大的潜在威胁，土壤的生态恢复迫在眉睫。由于石油泄露对海洋环境和水体的污染越来越严重，从而导致湿地环境中的石油类污染更为严重。对于湿地环境中难降解的石油类污染物积累严重的土壤，采用以微生物和湿地植物为主的生物原位修复方法将是一条较好的恢复途径。菌根是土壤真菌与高等植物根系形成的互惠共生体，不仅能减轻污染物质对植物的危害，提高植物对不良环境的抗御能力，促进植物生长，而且在一定程度上能直接或间接地促进污染物的降解作用。近20年来的相关研究也证实菌根真菌具有降解复杂有机污染物的能力，菌根与植物共生可明显提高植物对污染物的修复效率。
芦苇(Phragmites communis)属禾本科芦苇属植物，是湿地生态系统中的主要建群种之一。芦苇适应性广，抗逆性强，多生长在江、河、湖、海岸边淤滩等地，由于芦苇的叶、叶鞘、茎、根状茎和不定根都具有通气组织，所以它在净化污水中可起到重要的作用。通过芦苇湿地对有机污染的土壤和水体进行处理，发挥芦苇湿地对污染物的降解作用，能有效去除水中的各种污染物。而芦苇的抗逆性强，具有良好的净化活力和很强的耐污、耐碱性能。同时由于它是挺水植物，还可同时与多种微生物共生，更加促进净化作用。
大量研究表明，丛枝菌根(Arbuscular mycorhiza)真菌广泛分布于土壤中，对植物具有广泛的侵染性，为植物生长提供多种矿物质营养，调节宿主体内代谢活动，提高植物抗逆性，可促进宿主植物生长发育。本发明利用芦苇和丛枝菌根的互利共生作用，从而达到降解石油类污染物的目的。前人的研究表明，植物-丛枝杆菌联合修复污染土壤可以有效提高溢油污染物的降解率，本发明的创新在于利用一种湿地植物芦苇及其丛枝杆菌属的摩西球囊霉菌联合修复湿地土壤和水体中的油类有机污染物的方法，具有良好的实际应用价值。
丛枝杆菌真菌也可简称AM真菌，是一类能够与大多数植物形成共生关系的真菌，由于它在有效磷低的土壤上可以显著地增加植物的生长量或产量因而受到普遍重视。本发明选用丛枝杆菌属中的一类较常见和实用性较好的摩西球囊菌作为实验菌种。丛枝菌根真菌接种后，通过选择、创造自身生存繁育条件，与芦苇形成互惠共生的菌根体。丛枝菌根真菌一方面能改变宿主植物芦苇的根系状态及生理生化性状，改善根际微生态环境，从而有利于宿主植物更好的存活和生长；另一方面，还可使宿主植物耐受污染环境胁迫的调控能力得到进化和提高，反过来也促进菌根真菌本身对环境的适应性，体现出菌根真菌与芦苇体系之间的相互依赖、互惠互利的生存关系。
发明内容
本发明的目的在于利用芦苇和丛枝菌根联合修复被石油类污染物污染的湿地沉积物、土壤或水域环境。
为达到上述目的，本发明采用如下机理：丛枝菌根真菌自身具有一定的降解石油烃类有机污染物的能力，丛枝菌根真菌接种后促进了芦苇植物的生长和根系发育，也是其降解能力提高的重要因素，芦苇根生物量的增加对促进土壤中石油类污染物降解的增强效应是十分显著的。植物-丛枝菌根真菌联合对受到石油类污染的湿地环境进行修复作用是有效的修复方法。
根据上述原理，本发明采用如下技术方案：
一种利用芦苇和丛枝菌根联合修复石油类污染湿地的方法，其特征在于该方法的步骤为：将芦苇种植于被石油类污染的湿地土壤中，种植密度为3根/kg；至芦苇开始发芽生长后，培养120天，接种丛枝真菌至芦苇根附近的土壤基质中，菌剂用量按照孢子密度为5~8个/g；在芦苇的不断生长过程中，在芦苇与丛枝菌根的联合作用下对石油类污染湿地环境进行联合修复。
上述的丛枝真菌为摩西球囊霉菌。
上述的被石油类污染物污染的湿地的污染程度为20000mg/kg以内的油污污染湿地。
本发明的主要内容是利用湿地中广泛生长的芦苇，将芦苇种植于被石油类污染的湿地土壤中，经一段时间的适应处理后，接种丛枝真菌至芦苇根附近的土壤基质中，菌剂用量按照孢子密度为5~8个/g即可；随着芦苇生物量的逐渐增多，在芦苇与丛枝菌根的联合作用下对石油类污染湿地环境进行联合修复。丛枝真菌菌种为摩西球囊霉菌Glomus mosseae (G. m)。在被石油类污染物污染的湿地沉积物、土壤或水域环境中种植后，利用芦苇与丛枝菌根的协同作用，使整个芦苇植物体系发挥良好的去除油污作用效果，适合大面积油污湿地环境的原位修复。该方法具有材料来源广泛、工程量小、工艺简单、费用低、修复效果好等优点，而且不会产生二次污染，适于在油污湿地环境中广泛推广使用并可为区域经济发展提供原材料。该项发明适合大面积油污湿地环境的原位修复，具有良好的实际应用前景。
附图说明
图1 芦苇植物体系对不同浓度油污的降解效果。
图2 芦苇-菌根植物体系对油类污染物烃组分的联合降解特征。
具体实施方式
供试柴油：供试柴油为0号柴油，在上海市宝山区中石化明和加油站购买。
实施例子：芦苇植物体系修复柴油污染湿地沉积物室外盆栽试验研究
整个试验实施过程共计50天，试验地点选在上海大学环境与化工学院实验楼顶露天阳台上；试验所用的芦苇植物体系采自上海市黄浦江-长江口湿地环境，清洁土壤取自上海大学东区校园内，自制柴油污染模拟沉积物样品。模拟沉积物土壤经自然风干过40目筛后，按比例配制成所需的各种梯度的油污浓度，平衡一周后供实验使用。试验共设5个梯度的油类污染物处理浓度，分别为：1000mg/kg、5000mg/kg、10000mg/kg、15000mg/kg及20000mg/kg，每个处理设三个平行样和一组空白对照样品。
基本步骤为将土壤取回处理后，在阴凉通风处晾一周。油类污染物使用前预先在90~100℃水浴中加热3 h以减少易挥发成分对实验带来的影响。每盆称取土壤2 kg ，菌剂用量为60g/盆(孢子密度为5~8个/g)，菌种采用单接种方式，每种处理做3个平行样，同时在不同污染浓度下设一个无接种处理对照空白。芦苇植物样品在转植于污染土壤样品中之前需要缓苗5天，每个盆中栽植生物量相近的2颗芦苇植物，并设置3个平行样，室外露天栽培，并接种摩西球囊霉菌G.m于芦苇根表面上形成丛枝菌根，试验初期一周内，用黑色粗孔遮阳网棚减少阳光直射以促使移植植物更好的适应油污环境，之后除去遮阳网棚，在无遮雨设施的类似自然环境下进行实验；实验过程中应根据试验盆的缺水情况，不定期浇水，保持盆内每天都具有一定的水面高度，试验用水为自然晾晒24小时以上的自来水。芦苇植物体系实验培养50天结束后，进行植物体系降解修复效果的检测分析。实验结果如下：
（1）芦苇-菌根植物体系对不同浓度油污的降解效果
沉积物土壤中柴油污染物的降解是物理、化学和生物之间协同作用的结果，盆栽试验结束后，芦苇-菌根植物体系对不同浓度油污的降解效果见图1所示。芦苇-菌根体系对不同浓度的油污均具有一定的降解效果。在1000mg/kg的油类污染浓度处理中，柴油类污染物的降解百分比高达85%；在5000~10000mg/kg的污染浓度下的降解率可达到50%以上；而在20000mg/kg的高污染浓度下，污染物的降解也可达到30%以上。因此与高浓度污染相比，芦苇-菌根生物体系对低浓度的柴油污染物的降解效果更好。同时研究也说明，低浓度的柴油污染物有利于芦苇体系对油类污染物的降解；芦苇体系对柴油有提取、利用和降解去除的作用，其根系分泌物和酶类等可以改善土壤及微生物的结构，提高微生物的活性，促进柴油污染物的降解过程。
（2）芦苇-菌根体系对油类污染物烃组分的联合降解特征
利用气相色谱分析了黄浦江-吴淞口岸边的芦苇-丛枝杆菌对柴油污染物的降解特征，被芦苇-菌根体系降解后的柴油污染物中所含的正构烷烃组分分布特征如图2所示。从图2中可以看出，芦苇-菌根体系对油类污染物烃组分的联合降解作用明显地强于芦苇本身对油类污染物烃组分的降解作用，而且对各组分都存在不同程度的降解，尤其是对C12~C19范围内的正构烷烃具有良好的降解作用；另外从研究结果还可发现，芦苇-菌根体系对油类污染物烃组分的奇偶优势特征也有比较明显的影响，芦苇-菌根体系降解后的烷烃组分的奇偶优势特征逐渐降低。
本发明的创造性
（1）具有创新性和应用价值
本发明具有创新性和应用价值。本发明主要是利用常见的湿地植物芦苇作为修复石油类污染环境的植物，研究表明芦苇本身就具有降解石油类有机污染物的功能，起到改善和修复油污环境的作用。同时芦苇生长迅速，生物量大，还具有一定的观赏价值。丛枝菌根也具有一定的降解石油类污染物的能力，将芦苇与丛枝菌根协同作用用于油污环境的修复作用具有很好的修复效果；易于应用于油污环境的修复实践中。
（2）应用前景好
芦苇茎秆坚韧，纤维素含量高，是编织工业和造纸工业中可以使用的良好的原材料，利用该项发明在对油类污染环境进行有效修复的同时，也可对芦苇开展深加工和深度利用。

Claims (4)

1.一种利用芦苇和丛枝菌根联合修复石油类污染湿地的方法，其特征在于该方法的步骤为：将芦苇种植于被石油类污染的湿地土壤中，种植密度为3根/kg；至芦苇开始发芽生长后，培养120天，接种丛枝真菌至芦苇根附近的土壤基质中，菌剂用量按照孢子密度为5~8个/g；在芦苇的不断生长过程中，在芦苇与丛枝菌根的联合作用下对石油类污染湿地环境进行联合修复。
2.根据权利要求1所述的利用芦苇和丛枝菌根联合修复石油类污染湿地的方法，其特征在于所述的丛枝真菌为摩西球囊霉菌。
3.根据权利要求1所述的利用芦苇和丛枝菌根联合修复石油类污染湿地的方法，其特征在于所述的被石油类污染物污染的湿地的污染程度为20000mg/kg以内的油污污染湿地。
4.根据权利要求1所述的利用芦苇和丛枝菌根联合修复石油类污染湿地的方法，其特征在于所述的石油类污染物为柴油、汽油、重油、润滑油或石油。
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