CN102699017A - 棕榈酸强化藨草修复石油污染湿地土壤的方法 - Google Patents

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刘晓艳
魏静
张新颖
柴文波
王传花
王倩
李辈辈
李红兵
夏婧
李欣
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Abstract

本发明涉及一种棕榈酸强化藨草修复石油污染湿地土壤环境的方法，该方法的具体实施步骤为：将藨草幼苗移栽到添加过棕榈酸的石油污染的湿地土壤中，种植密度约为800~1000株/m2，棕榈酸与湿地土壤的质量比为1000mg~5000mg：1kg。本发明创新性地使用根系分泌物棕榈酸强化植物修复石油污染的湿地土壤环境，修复效果良好，且具有环境友好、可操作性强、成本低等特点，在石油污染环境的植物修复领域有广阔的应用前景。

Description

棕榈酸强化藨草修复石油污染湿地土壤的方法
技术领域
    本发明涉及一种修复石油污染湿地土壤的方法，特别是一种通过外源添加根系分泌物棕榈酸来强化藨草修复石油污染湿地土壤的方法。
技术背景
作为最重要的燃料和化工原料之一，石油在运输、化工、设备制造和金属加工等领域中至关重要。然而，据报道每年大约有80~100万吨石油通过油船泄漏、油井爆炸等多种方式进入到环境中。石油由直链烷烃、支链烷烃、芳香烃、环烷烃以及其他添加物组成，进入土壤中会破坏土壤酶活性、改变土壤微生物群落结构并且危害人体健康。
植物修复利用植物及其根际微生物来去除污染物并修复受损环境，与基于物理化学方法的传统修复方法相比具有成本低、无二次污染、修复效果好等显著优点。藨草是生长在石油污染严重的黄浦江湿地的主要物种之一，对石油烃类和PAH有很好的降解能力。植物、根系分泌物和根际微生物之间的相互作用对有机污染物的降解有重要影响，并制约着植物修复效果。根系分泌物和污染物通过促进或抑制营养吸收和毒物毒性间接影响根际微生物群落的生物量、物种和相互作用，同时，微生物群落为植物提供矿物质、有机质和水等。利用植物修复石油污染已经成为石油污染治理的重要方向，所以筛选高效降解石油类污染物的优势植物以及进行植物修复过程与修复方法研究是该领域的重要课题。
发明内容
    发明目的在于提供一种环境友好、高效、成本低廉的石油污染湿地土壤的植物修复方法。该方法通过外源添加棕榈酸来强化藨草修复石油污染的湿地土壤环境。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种棕榈酸强化藨草修复石油污染湿地土壤的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：将藨草幼苗移栽到添加过棕榈酸的石油污染的湿地土壤中，种植密度约为800~1000株/m2，棕榈酸与湿地土壤的质量比为1000mg~5000mg：1kg。
上述的石油污染的湿地土壤为被汽油、柴油或重油污染的湿地土壤。
上述的棕榈酸与湿地土壤的质量比为5000mg：1kg。
上述的石油的污染水平为5000mg/kg~20000mg/kg。 
上述的石油的污染水平为20000mg/kg以下均可。
藨草为多年生挺水草本植物，高20~100cm，耐寒性强，可在全国大部分地区生长及作为修复植物使用。藨草根系发达，对重金属等污染物具有一定的吸附能力，是近年来兴起的人工湿地的重要植物材料。藨草既可以有性繁殖又可以无性繁殖，盆栽选用无泄漏的水盆，保持水深在1~3cm。研究表明，藨草修复石油污染过程中，植物体内并没有出现另外的有毒有害有机物的累积，完全符合国家质量控制标准。藨草质地柔软，产量高，可利用期为6~8月，幼苗时期可以用来饲养马、羊、猪、牛等家畜，并且成熟后可以用来造纸和编织，是很好的工农业原料。此外，藨草还具有药用价值，有开胃消食、清热利湿等功能。因此利用藨草修复石油污染土壤不仅环境友好、无二次污染、投资少、工程量小和专业技术要求不高等优点，并且还可以带来一定的生态效益和经济效益。
棕榈酸是藨草的主要根系分泌物之一，并且当受到石油污染胁迫时，棕榈酸的分泌量明显提高。研究表明棕榈酸可以改善藨草根际微生物群落结构，缓解微生物群落受到的环境压力，进而提高土壤中微生物量和活性，改善植物修复效果。
本发明的优点在于：本发明通过植物根系分泌物增加根际微生物数量和代谢活性，从而提高湿地土壤中石油烃类的降解速度和降解效果。该方法不仅不会破坏修复地点的生态环境，并且有助于改善石油污染引起的土壤退化和生产力下降等问题，进而恢复当地的生物多样性。同时，在不影响植物实体品质的前提下，藨草种植还可为修复过程带来附加经济效益。
附图说明
图1 不同浓度下柴油的降解率特征
图2 不同柴油浓度下湿地土壤磷脂脂肪酸（PLFA）总量
图3 不同柴油浓度下湿地土壤的环境压力
图4 不同柴油浓度下湿地土壤的微生物多样性变化。
具体实施方式
供试污染物：供试污染物为0#柴油，购自上海市宝山区中石化明和加油站。
实施案例：棕榈酸强化藨草修复柴油污染湿地土壤的露天盆栽试验
试验时间为2011.8.1~2011.10.14，共计75天。实验用藨草采自上海市吴淞口湿地，清洁土壤取自上海大学东部校区，柴油购自上海市宝山区中石化明和加油站。土壤经自然风干过40目筛网后，再与一定浓度的柴油混合均匀得到柴油浓度为5000mg/kg、10000mg/kg、15000mg/kg和20000mg/kg的土壤试验样品。棕榈酸的添加浓度为：棕榈酸与湿地土壤的质量比为400mg : 1kg。每个处理全部设置三个平行样品。
藨草植物样在移栽到污染土壤中先缓苗5天，每盆中种植20棵长势相同、大小相似的植物，露天栽培，根据情况不定期浇水使盆内水面高度保持在1~3cm。实验浇灌用水为自然晾晒24h后的自来水。75天后，收获植物及土样用于检测分析。
土样在真空冷冻干燥机中干燥后，过120目筛，放置在-80℃冰箱中保存待分析。
土壤中总石油烃类（TPH）含量用重量法分析，微生物群落结构用磷脂脂肪酸法分析。
实验结果如下：
（1）    不同浓度下柴油的降解率
由图1可知，藨草的存在使柴油在不同浓度下的降解率都显著提高，最高可达30%左右，并且棕榈酸的添加进一步使柴油浓度增加了10%左右。不同处理组之间的柴油降解率差异显著（P＜0.05）。这说明，藨草在柴油甚至石油污染环境的植物修复中具有很好的应用前景，棕榈酸可以很好的提高其修复效果。当石油浓度为15000mg/kg时，降解率达到最大值，这说明对于污染浓度为15000mg/kg的石油污染，棕榈酸强化藨草修复的效率最高。
（2）    不同柴油浓度下土壤磷脂脂肪酸（PLFA）总量
PLFA总量即土壤中磷脂脂肪酸总量，在一定程度上代表了土壤微生物的总生物量。尽管柴油中某些物质对一些微生物有毒害作用，但柴油同时为大多数土壤微生物提供了碳源，这可能是微生物总量增加的原因。由图2可以看出当有藨草存在时土壤微生物总量较无植物土壤中提高了30%~50%，且棕榈酸的添加进一步强化了这一作用。土壤微生物在石油降解中起到关键的作用，生物量的增加有利于石油降解作用的进行，这与图1所示的结果一致。
（3）    不同柴油浓度下土壤中环境压力
环境压力是指土壤中饱和脂肪酸与单不饱和脂肪酸含量的比值，一定程度上代表了土壤污染状况给土壤微生物带来的生存压力。由图3可知在任何柴油污染浓度下，无植物土中的环境压力都明显低于植物土，不同处理组中环境压力的大小为：柴油＞藨草+柴油＞藨草+棕榈酸+柴油。植物和棕榈酸的存在使环境压力降低了25%左右，有利于土壤微生物的繁殖代谢，从而提高土壤微生物量和石油降解率。
（4）    不同柴油浓度下微生物多样性
微生物多样性用香农多样性指数来表示，香农多样性指数的计算式为：
Figure 2012102091909100002DEST_PATH_IMAGE002
其中，H指香农多样性指数值；pi指每种脂肪酸在总脂肪酸中的相对丰度；R表示检测到的脂肪酸总数量。由图4可知种有藨草的土壤中微生物多样性较无植物土中的微生物多样性要高，分别为1.27±0.18~2.51±0.15和0.70±0.17~2.29±0.20，并且棕榈酸的加入使得微生物多样性进一步提高（1.69±0.1~2.6±0.12）。生物多样性的提高代表环境中土壤微生物群落的改善，有利于加强石油烃类污染物的代谢作用，这与上述结果一致。
通过对不同处理土壤中柴油降解率、PLFA总量、环境压力和微生物多样性的分析可以看出，棕榈酸的加入对藨草降解石油类污染物具有明显的促进作用，并且营造了一个相对有利于土壤微生物生长的土壤环境。本发明通过根际分泌物的添加促进了植物的根际效应，进而强化了植物对石油类污染物的修复效果，该方法还具有修复速度快、效率高、费用低、可操作性强、环境风险小等特点，有利于油污环境植物修复的广泛应用。

Claims (4)

1.一种棕榈酸强化藨草修复石油污染湿地土壤的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：将藨草幼苗移栽到添加过棕榈酸的石油污染的湿地土壤中，种植密度约为800~1000株/m2，棕榈酸与湿地土壤的质量比为1000mg~5000mg：1kg。
2.根据权利要求1所述的棕榈酸强化藨草修复石油污染湿地土壤的方法，其特征在于所述的石油污染的湿地土壤为被汽油、柴油或重油污染的湿地土壤。
3.根据权利要求1所述的棕榈酸强化藨草修复石油污染湿地土壤的方法，其特征在于棕榈酸与湿地土壤的质量比为5000mg：1kg。
4.根据权利要求1所述的棕榈酸强化藨草修复石油污染湿地土壤的方法，其特征在于石油的污染水平为5000mg/kg~20000mg/kg。
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