CN102744247A

CN102744247A - 一种利用红三叶草修复石油污染土壤的方法

Info

Publication number: CN102744247A
Application number: CN2011103508604A
Authority: CN
Inventors: 王文科; 申圆圆; 李春荣; 王周峰; 关笑坤; 王博; 郑万珍; 梁志毅
Original assignee: Changan University
Current assignee: Changan University
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2012-10-24

Abstract

本发明公开了一种利用红三叶草修复石油污染土壤的方法，该方法为：将红三叶草的种子用蒸馏水浸泡过夜，然后消毒，将消毒后的种子点播于石油污染土壤中，不定期浇水使土壤含水率保持在田间持水量的50％～60％，使红三叶草在自然状态下生长，当红三叶草冬季枯萎后将枯萎的干枝清除，继续不定期浇水，使红三叶草在自然状态下生长，直至土壤中的石油烃污染物含量达到环境安全标准后连根移除红三叶草。本发明的方法具有费用低廉、可操作性强、不破坏土壤物理化学性质等特点，该方法不会引起二次污染、且对防治污染土壤风蚀、水蚀均有良好效果。

Description

一种利用红三叶草修复石油污染土壤的方法

技术领域

本发明属于污染土壤的植物修复技术领域，具体涉及一种利用红三叶草修复石油污染土壤的方法。

背景技术

随着石油产品需求量增加，大量的石油及其加工品进入土壤，给生物和人类带来危害，造成土壤的石油污染日趋严重，这已成了世界性的环境问题。近二十年来，由于不断发现并开发大型油田，在开采和运输过程中都给周围土壤环境带来严重污染，使原本脆弱的自然环境更加恶化。石油类污染物的危害主要表现在对人和动物、土壤和天然水体的危害和影响。石油类已列入我国危险废物名录，名录中列入的48种危险废物中，石油类排第八位。石油排入土壤后，会影响土壤的通透性，因为石油类物质的水溶性一般很小，土壤颗粒受石油污染后不易被水所浸润，形不成有效的土壤内导水通路，渗水量下降，透水性降低，而且积聚在土壤中的石油烃，绝大部分是高分子有机物。它们粘着在植物根系上形成一层粘膜，阻碍根系的呼吸与水分的吸收，甚至引起根系的腐烂。另外，石油富含反应基团，它们会与无机氮、磷结合，并抑制硝化作用和脱磷酸作用，从而减少土壤有效态氮、磷含量。其次，石油烃可引起植物体内过量的残留和累积，或直接对植物生长产生毒害作用，从而影响生产能力。

现有的石油污染土壤修复方法包括物理、化学修复和生物修复等，传统的物理化学修复有很大的弊端就是具有副效应且成本高，使应用范围受到限制。目前对于有机污染土壤通常采用生物修复的方法予以治理，有关研究与实践已取得了较大的进展。然而值得注意的是，生物修复意味着把大量生物体投入到被污染的环境介质和生态系统，在消除污染的同时，这种投入也有可能带来新的不良影响。石油污染土壤植物修复是利用对石油类污染物有一定的吸收、积累、降解、固定、转移、挥发及促进根际微生物共存体系等特性的植物，降低或清除土壤中石油类污染物的方法。石油污染土壤植物修复具有以下特点：1、不破坏植物生长所需要的土壤环境，土壤的物理、化学、生物性质保持不变甚至优于原有的性质；2、污染物降解完全，可将有机污染物降解为完全无害的无机物(CO₂和H₂O等)，没有二次污染问题；3、处理形式多样，可就地处理，操作相对简单，如受污染土壤位于建筑物或公路下面不能挖掘和搬出时，可采取生物修复技术；4、处理成本低于热处理及物理化学方法，其处理费用约为热处理费用的1/3～1/4，20世纪80年代末采用热处理或填埋处理污染土壤每立方码(0.765m³)需200～800美元，而用生物修复技术仅需75～200美元；5、应用广泛，无论小面积或大面积污染均可应用，并可同时处理受污染的土壤和地下水。因其环境优化型，无二次污染，自然美观等特点正逐步取代传统方法成为今后石油污染土壤修复领域的研究热点。

在植物修复技术的研究和实践中，筛选出能够有效降解土壤中石油烃污染的植物是开展工作的必要前提和基础。然而，在国内外已有的研究中，能够降解石油烃污染的植物种类很少，而我国关于石油烃污染土壤的修复植物研究还在起步阶段，具有我国自主知识产权的用于植物修复石油烃污染物的植物很少，加之在其农艺性状、病虫害防治、育种潜力以及生理学方面的研究不完备，严重影响在实际修复中的应用。因次，寻找更多更为理想的修复植物仍然是当前植物修复研究的一项重要任务。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种费用低廉、可操作性强、不破坏土壤物理化学性质，不引起二次污染、且对防治污染土壤风蚀、水蚀均有良好效果的利用红三叶草修复石油污染土壤的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种利用红三叶草修复石油污染土壤的方法，其特征在于，该方法为：将红三叶草的种子用蒸馏水浸泡过夜，然后消毒，将消毒后的种子点播于石油污染土壤中，不定期浇水使土壤含水率保持在田间持水量的50％～60％，使红三叶草在自然状态下生长，当红三叶草冬季枯萎后将枯萎的干枝清除，继续不定期浇水，使红三叶草在自然状态下生长，直至土壤中的石油烃污染物含量达到环境安全标准后连根移除红三叶草。

上述的一种利用红三叶草修复石油污染土壤的方法，在点播红三叶草种子之前向石油污染土壤中均匀拌入生物菌肥，以增加土壤的有机质含量，增加土壤中氮、磷、钾等的含量，增加耕作层微生物的数量，使植物生命活动能够得到足够的能量并能增强红三叶草根际微生物的活性；所述生物菌肥的拌入量为石油污染土壤质量的1％～5％。

上述的一种利用红三叶草修复石油污染土壤的方法，所述生物菌肥中有效活菌数≥2×10⁸个/g，有机质质量含量不低于25％，腐殖酸质量含量不低于20％，氮、磷和钾的总质量含量不低于5％。

上述的一种利用红三叶草修复石油污染土壤的方法，所述生物菌肥的拌入量为石油污染土壤质量的2％。

本发明采用的红三叶草(Trifolium repens Linn)为豆科三叶草属多年生草本植物。其植物分类学特征如下：豆科三叶草属植物，主根入土较深；侧根发达，多分布在表土层；根上结有很多粉红色根瘤；根颈稍在表土之下；主茎分枝10～48个，呈丛状，直立或半直立；茎高一般80厘米左右；植株表面有疏毛；三出掌状复叶，叶互生，有长柄，叶片椭圆形或卵形，边缘有茸毛及不明显细齿，叶表中央有白色或谈灰色“V”形斑纹，也有少数无“V”形斑纹；托叶卵形，急转缩小成一长细尖状；密集头状花序，几乎无柄，花冠暗红或紫红色；花序两侧有2片无柄的叶，约由100朵小花组成；花冠长1.4cm～1.95cm；花筒长0.85cm～0.95cm，每个头状花序具有种子32～52粒；荚果近卵形，每荚一般含种子1粒；种子呈肾形，褐黄色或紫色，千粒重1.5g～2g。

红三叶草适应能力强，耐旱、耐寒、耐湿性好，对土壤要求不严格，粘土、壤土、砂壤土，中性或微酸性土壤都适宜红三叶草的生长。红三叶草生长迅速，养护管理粗放。用种子繁殖，3～9月进行播种，以4月播种最为适宜。生长期在3～10月，6月开花，花期较长。播种前，应将苗床浇透水，使其保持湿润，播下不能立即浇水，如果气温较高，需要适当的遮盖，7天后可出苗。通过本发明研究发现，红三叶草是一种高效修复植物，对土壤中的石油烃污染物具有很强的耐受性和降解能力。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的方法是通过种植红三叶草来修复石油污染土壤，具有费用低廉、可操作性强、不破坏土壤物理化学性质等特点，该方法不会引起二次污染、且对防治污染土壤风蚀、水蚀均有良好效果。

2、本发明向需修复的石油污染土壤中拌入生物菌肥，可以增加土壤的有机质含量，增加土壤中氮、磷、钾等的含量，增加耕作层微生物的数量，使植物生命活动能够得到足够的能量并能增强红三叶草根际微生物的活性，促进红三叶草的生长。

3、本发明采用的红三叶草属于豆科三叶草属多年生草本植物，根部的根瘤和根瘤菌共生，具有固氮作用，可以将大气中的氮气化为铵盐和硝酸盐，当豆科植物死后，根、遗体腐烂后体内的元素全部转入土壤，增加土壤肥力，增加土壤中有机质含量，减少限制性营养物氮的缺乏造成的影响，有利于污染物的去除，修复石油污染土壤后的红三叶草植物材料可以收割作为牧草使用，以提高修复产出，降低修复成本。

附图说明

图1为本发明与空白对照分别对不同土壤石油烃的降解率的对比图。

具体实施方式

实施例1

向石油污染土壤中均匀拌入石油污染土壤质量的1％的生物菌肥(西安德龙生物科技有限公司生产的12菌微生物菌肥，菌肥中有效活菌数≥ 2×10⁸个/g，有机质质量含量不低于25％，腐殖酸质量含量不低于20％，氮、磷和钾的总质量含量不低于5％)，以增加土壤的有机质含量，增加土壤中氮、磷、钾等的含量，增加耕作层微生物的数量，使植物生命活动能够得到足够的能量并能增强红三叶草根际微生物的活性；将红三叶草的种子用蒸馏水浸泡过夜，然后消毒，将消毒后的种子点播于石油污染土壤中，不定期浇水使土壤含水率保持在田间持水量的50％～60％，使红三叶草在自然状态下生长，当红三叶草冬季枯萎后将枯萎的干枝清除，继续不定期浇水，使红三叶草在自然状态下生长，直至土壤中的石油烃污染物含量达到环境安全标准后连根移除红三叶草。

实施例2

向石油污染土壤中均匀拌入石油污染土壤质量的5％的生物菌肥(西安德龙生物科技有限公司生产的12菌微生物菌肥，菌肥中有效活菌数≥2×10⁸个/g，有机质质量含量不低于25％，腐殖酸质量含量不低于20％，氮、磷和钾的总质量含量不低于5％)，以增加土壤的有机质含量，增加土壤中氮、磷、钾等的含量，增加耕作层微生物的数量，使植物生命活动能够得到足够的能量并能增强红三叶草根际微生物的活性；将红三叶草的种子用蒸馏水浸泡过夜，然后消毒，将消毒后的种子点播于石油污染土壤中，不定期浇水使土壤含水率保持在田间持水量的50％～60％，使红三叶草在自然状态下生长，当红三叶草冬季枯萎后将枯萎的干枝清除，继续不定期浇水，使红三叶草在自然状态下生长，直至土壤中的石油烃污染物含量达到环境安全标准后连根移除红三叶草。

实施例3

向石油污染土壤中均匀拌入石油污染土壤质量的2％的生物菌肥(西安德龙生物科技有限公司生产的12菌微生物菌肥，菌肥中有效活菌数≥2×10⁸个/g，有机质质量含量不低于25％，腐殖酸质量含量不低于20％，氮、磷和钾的总质量含量不低于5％)，以增加土壤的有机质含量，增加土壤中氮、磷、钾等的含量，增加耕作层微生物的数量，使植物生命活动能够得到足够的能量并能增强红三叶草根际微生物的活性；将红三叶草的种子用蒸馏水浸泡过夜，然后消毒，将消毒后的种子点播于石油污染土壤中，不定期浇水使土壤含水率保持在田间持水量的50％～60％，使红三叶草在自然状态下生长，当红三叶草冬季枯萎后将枯萎的干枝清除，继续不定期浇水，使红三叶草在自然状态下生长，直至土壤中的石油烃污染物含量达到环境安全标准后连根移除红三叶草。

本发明对红三叶草修复石油污染土壤进行了小区模拟试验：

试验地点设在长安大学渭水校区陕西省地下水与生态环境工程中心试验场内，该场地地处西安市未央区，属暖温带半湿润大陆性季风气候，年降雨量560mm～750mm左右。试验用土壤分别取自延安市安塞县镰刀湾乡，土壤分别过2mm筛后，将其按比例与原油混合均匀并在不同浓度梯度石油污染土壤中拌入2％的生物菌肥-西安德龙生物科技有限公司生产的12菌微生物菌肥(菌肥中有效活菌数≥2×10⁸个/g，有机质质量含量不低于25％，腐殖酸质量含量不低于20％，氮、磷和钾的总质量含量不低于5％)。试验共设四种土壤，分别为：CK土壤(清洁土壤)、A土壤：石油烃污染浓度0.3％(3000mg/kg)、B土壤：石油烃污染浓度0.7％(7000mg/kg)、C土壤：石油烃污染浓度1％(10000mg/kg)。设计每格长×宽×深为1m×1m×0.8m的试验小区，播种前应将苗床浇透水，使其保持湿润，将红三叶草种子用蒸馏水浸泡过夜，消毒，按照7cm行距20g/m²～30g/m²的种量进行点播，每种土壤保留一格作为空白对照不进行播种。根据土壤水分丰缺情况，不定期浇水，使土壤中的含水量保持在田间持水量的50％～60％，浇水采用根部浇水，浇水不能使试验小区积水。红三叶草生长期间利用小铁铲松动表土，松土时不要伤到红三叶草的根系，从而保证土壤中氧气充足，利于红三叶草和根际微生物的生长和繁殖。

一、不同土壤对红三叶草生物量的影响试验

分别在植物种植后的第120天和第300天对植物进行采样。前一次采样年份为2010年，后一次采样年份为2011年。每个试验小区采集三株植物进行重复试验，将采集的植物样品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，然后用去离子水冲洗，沥去水分，测定植物株高和鲜重，再在65℃下烘干至恒重，测定植物干重，结果见下表：

表1 2010年不同土壤对红三叶草生物量的影响

土壤	CK	A	B	C
					株高(cm)	34.2±3.6	31.9±7.3	22.3±4.6	14.6±6.9
植物鲜重(g)	49.8±1.4	43.2±5.8	33.5±2.5	22.9±4.2
					植物干重(g)	9.7±1.2	8.6±3.1	6.2±1.6	4.8±1.1

表2 2011年不同土壤对红三叶草生物量的影响

土壤	CK	A	B	C
					株高(cm)	81.2±7.9	75.6±4.6	68.0±3.7	59.6±2.6
植物鲜重(g)	286.5±13.5	264.1±9.3	212.6±6.4	187.5±5.9
					植物干重(g)	56.1±6.3	50.6±8.7	41.4±3.7	36.5±2.9

从表1和表2可以看出，在不同的污染浓度处理下，红三叶草的生物量不同。2010年试验期采样表明当石油烃浓度为0.3％时，红三叶草对污染物显示出比较强的耐受性，植株生物量与清洁土壤中红三叶草差异不大。与清洁土壤中的各项生物指标相比，石油烃污染浓度为0.3％处理下石油烃污染物对株高、植株鲜重的抑制率分别为6.7％和13.3％，在此处理浓度下，石油烃污染物对生物量的影响均小于15％，红三叶草的长势较好；在石油烃污染浓度为0.7％和1％时，石油烃污染物对红三叶草的株高抑制率分别为34.7％和57.3％，红三叶草的鲜重抑制率分别为32.7％和54.1％，远超过15％，抑制作用显著。2011年试验期采样表明在三种石油烃浓度污染下，红三叶草对污染物均显示出比较强的耐受性，与清洁土壤中的各项生物指标相比，石油烃污染浓度为0.3％、0.7％和1％时石油烃污染物对株高的抑制率分别为6.9％、16.3％和25.8％，石油烃污染物对红三叶草的鲜重抑制率分别为7.7％、25.8％和34.6％，抑制作用较2010年有大幅的降低。

二、红三叶草对不同土壤总石油烃的降解试验

在红三叶草种植后的第300天对土壤进行采样，对采集的土壤中的石油烃进行检测，石油烃含量如下表所示。

表3土壤中石油烃含量的检测结果

从表3可以看出，种植红三叶草的土壤中石油烃含量明显降低。根据表3的数据计算石油烃的降解率，结果见图1。从图中可以看出，种植红三叶草的土壤的石油烃降解率是空白对照的1.76～1.82倍，土壤石油烃污染物的降低是土壤物理、化学和生物过程的共同作用结果，土壤中石油烃污染物尽管存在一定程度的降解，但是对比空白对照，红三叶草的修复效果非常显著。

本发明利用红三叶草的根系会向土壤环境释放各种天然有机物和酶类，从而为根际微生物提供营养物质促进石油烃污染物在植物根际发生生物降解，增强了微生物的降解作用，并通过红三叶草吸收后经体内代谢、留在植物组织内挥发掉，进而显著提高土壤中石油烃污染物的去除率，从而有利于石油烃的降解和污染土壤的修复。

Claims

1.一种利用红三叶草修复石油污染土壤的方法，其特征在于，该方法为：将红三叶草的种子用蒸馏水浸泡过夜，然后消毒，将消毒后的种子点播于石油污染土壤中，不定期浇水使土壤含水率保持在田间持水量的50％～60％，使红三叶草在自然状态下生长，当红三叶草冬季枯萎后将枯萎的干枝清除，继续不定期浇水，使红三叶草在自然状态下生长，直至土壤中的石油烃污染物含量达到环境安全标准后连根移除红三叶草。

2.根据权利要求1中所述的一种利用红三叶草修复石油污染土壤的方法，其特征在于，在点播红三叶草种子之前向石油污染土壤中均匀拌入生物菌肥，所述生物菌肥的拌入量为石油污染土壤质量的1％～5％。

3.根据权利要求2所述的一种利用红三叶草修复石油污染土壤的方法，其特征在于，所述生物菌肥中有效活菌数≥2×10⁸个/g，有机质质量含量不低于25％，腐殖酸质量含量不低于20％，氮、磷和钾的总质量含量不低于5％。

4.根据权利要求2所述的一种利用红三叶草修复石油污染土壤的方法，其特征在于，所述生物菌肥的拌入量为石油污染土壤质量的2％。