CN103934263A - 一种利用野生观赏植物马蔺修复石油污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用野生观赏植物马蔺修复石油烃污染土壤的方法，步骤如下：1）采用分株育苗，将马蔺栽植于质量浓度为1-4%的石油烃污染土壤中，定时浇水，使土壤持水量保持在最大持水量的60%；2）当到达成熟期时，将植物全部从污染土壤中移走然后重新种植，或将植物地上部分移走待其根系生长成为新的植株，重复上述种植过程直至土壤中的石油烃含量达到国家环境标准或生态安全指标为止。本方法的优点是：马蔺对低浓度和高浓度的石油烃污染土壤均具有一定耐性和较好的修复能力，方法操作简单、成本低、不产生二次污染、不进入食物链、有助于改善土壤结构、美化化境，因此适合用于大面积石油烃污染土壤的修复工作。

Description

一种利用野生观赏植物马蔺修复石油污染土壤的方法

技术领域

 本发明涉及有机污染土壤的环境修复技术，具体地说是一种利用野生观赏植物马蔺修复石油污染土壤的方法。

背景技术

近几十年来，伴随着工业化进程的推进，我国石油工业的勘探、开采和炼油量持续飙升。据统计，中国的石油有80%来自陆地油田，石油的年产量已超过1000 ×108 kg，并且这一数值还在增长中，参考文献1：蔺昕, 李培军,台培东等. 石油污染土壤植物-微生物修复研究进展[J]. 生态学杂志, 2006, 25(1): 93-100。然而，石油在满足人类需要的同时，也产生了大量污染。在石油的开采、加工、维护、运输和贮藏过程中会不可避免地产生落地原油，溢油、泄露、井喷等事故也时有发生，这些不仅造成大面积的海洋和土壤污染，还通过淋滤、渗透等作用污染到地下水，参考文献2：BASUMATARY B, BORDOLOI S, SARMA H P. Crude Oil-Contaminated Soil Phytoremediation by Using Cyperus brevifolius (Rottb.) Hassk [J]. Water Air Soil Poll, 2012, 223(6): 3373-3383；参考文献3：MOREIRA I T A, OLIVEIRA O M C, TRIGUIS J A, et al. Phytoremediation using Rizophora mangle L. in mangrove sediments contaminated by persistent total petroleum hydrocarbons (TPH's) [J]. Microchemical Journal, 2011, 99(2): 376-382。据统计,每年进入到环境中的石油有800万吨，油田周边被污染的土壤比例高达0.77-1.85%，参考文献4：程国玲,李培军. 石油污染土壤的植物与微生物修复技术[J].环境工程学报,2007,06:91-96。土壤的石油污染，已成为世界上公认的污染最严重的环境问题之一。

石油烃是混合的碳氢化合物，主要包括饱和烃、芳香烃以及难降解的沥青质和极性组分，参考文献5：TANG J, LU X, SUN Q, et al. Aging effect of petroleum hydrocarbons in soil under different attenuation conditions [J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2012, 149：109-117。石油烃不仅成分复杂，毒性也很大。其中的多环芳烃类物质如蒽、菲等对生物具有强烈的三致作用（致癌、致畸、致突变），对人类健康造成严重威胁，参考文献6：BASUMATARY B, BORDOLOI S, SARMA H P. Crude Oil-Contaminated Soil Phytoremediation by Using Cyperus brevifolius (Rottb.) Hassk [J]. Water Air Soil Poll, 2012, 223(6): 3373-3383；土壤中石油烃能影响土壤的通气性、吸湿性、酶活性，改变土壤结构和组成，抑制土壤微生物群落的生长繁殖，参考文献7：夏立江,王宏康. 土壤污染及其防治[M]. 2001, 上海: 华东理工大学出版社.；石油烃还能阻碍土壤中植物的根系呼吸，抑制跟系生长，造成植物萎靡和作物减产，参考文献8：陈玉成. 污染环境生物修复工程[M]. 2003, 北京: 化学工业出版社。石油烃污染危害严重，因而对石油烃污染的修复方法和技术已成为该领域人员研究的热点问题。

利用传统的物理化学修复技术如热解吸、土壤淋洗、焚烧和填埋等方法治理石油烃污染土壤成本高、破坏土壤结构并且容易造成二次污染，因而克服上述缺陷的植物修复技术迅速发展起来，参考文献9：SINGH O V, JAIN R K. Phytoremediation of toxic aromatic pollutants from soil [J]. Appl Microbiol Biotechnol, 2003, 63(2): 128-135。植物修复有机污染物是一种新型的修复技术，是指利用绿色植物的生长来吸收、降解，转化、稳定或去除污染物的一种生物修复技术，参考文献10：GERHARDT K E, HUANG X D, GLICK B R, et al. Phytoremediation and rhizoremediation of organic soil contaminants: Potential and challenges [J]. Plant Science, 2009, 176(1): 20-30； 参考文献11：SMITH M J, FLOWERS T H, DUNCAN H J, et al. Effects of polycyclic aromatic hydrocarbons on germination and subsequent growth of grasses and legumes in freshly contaminated soil and soil with aged PAHs residues [J]. Environmental pollution, 2006, 141(3): 519-525。植物修复技术具有成本低、操作简单、对土壤的扰动小、二次污染的可能性小、在治理污染的同时能改善环境、公众接受度高、安全、生态效益显著等独特优点，在污染土壤的治理中得到了广泛认可和大量应用，参考文献12：TANG J C, WANG R G, NIU X W, et al. Characterisation of the rhizoremediati -on of petroleum-contaminated soil: effect of different influencing factors [J]. Biogeosciences, 2010, 7(12): 3961-3969。

迄今为止，国内外已经有植物修复石油烃污染土壤的相关研究报道，但是所用植物多集中于禾本科植物和农作物，利用野生观赏植物修复石油烃污染土壤的报道很少。目前，已经已经筛选出凤仙花、紫茉莉、牵牛花、紫花苜宿具备降解土壤石油烃的能力，以上4类花卉在10g/kg石油烃（TPH）污染水平表现了较好的忍耐力，并且去除效率较高，因此适合用于小于10g/kg污染水平石油烃的修复过程，参考文献13：CAI Z, ZHOU Q, PENG S, et al. Promoted biodegradation and microbiological effects of petroleum hydrocarbons by Impatiens balsamina L. with strong endurance [J]. Journal of hazardous materials, 2010, 183(1-3): 731-737；参考文献14： PENG S, ZHOU Q, CAI Z, et al. Phytoremediation of petroleum contaminated soils by Mirabilis Jalapa L. in a greenhouse plot experiment [J]. Journal of hazardous materials, 2009, 168(2-3): 1490-1496；参考文献15：ZHANG Z, ZHOU Q, PENG S, et al. Remediation of petroleum contaminated soils by joint action of Pharbitis nil L. and its microbial community [J]. The Science of the total environment, 2010, 408(22): 5600-5605；参考文献16：SHAHRIARI M-H. Study of growth and germination of Medicago sativa (Alfalfa) in light crude oil-contaminated soil [J]. Research Journal of Agriculture and Biological Sciences, 2007, 3(1): 46-51。然而高浓度污染下的花卉植物修复研究较少，涉及到野生观赏植物的修复研究更是未见报道。野生观赏植物除了具有一般花卉植物的优势外，还有：1）在修复的同时，可以美化环境；2）采摘后可以进入花市，获得一定的经济效益；3）可以降低进入食物链的可能，减少对人体的危害；4）最终进入家庭垃圾回收处理系统，可以节省许多末端处理费用；5）花卉资源丰富，潜力很大，参考文献17：刘家女，周启星，孙挺，王晓飞. 花卉植物应用于污染土壤修复的可行性研究 [J]. 应用生态学报, 2007, 18(7): 1617-1623。如果能从物种繁多的花卉资源中筛选出对石油烃污染土壤修复有重要意义和作用的野生观赏植物植物，则将为植物修复开辟一条新的途径。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术分析和存在问题，提供一种利用野生观赏植物马蔺（Iris lactea Pall.）修复石油烃污染土壤的方法，该方法操作简单、成本低、不产生二次污染、不进入食物链、不破坏本土土壤理化性质、治理污染的同时美化化境、适合用于大面积低浓度石油烃污染土壤的修复工作。因此，用马蔺进行植物修复工作，具备很高的环境、经济和生态价值。

本发明的技术方案：

一种利用野生观赏植物马蔺修复石油烃污染土壤的方法, 利用植株本身的吸收、根际微生物及其根系分泌物对石油烃的降解作用，从而实现降解土壤中石油烃的目的，具体步骤如下：

一种利用野生观赏植物马蔺修复石油烃污染土壤的方法,步骤如下：

1）采用分株育苗，将马蔺幼株栽植于石油烃污染土壤中，每日清晨定时浇水，使土壤持水量保持在最大持水量的60%，当植物处于开花期或成熟期时，将植物全部或植物地上部分从污染土壤中移走，可将其作为观赏花卉即商品出售；

2）重复在上述土壤中种植马蔺，直至土壤中的石油烃含量达到国家环境标准或生态安全指标为止。

所述石油烃污染土壤的质量百分比浓度为1-4%。

本发明所采用的植物品种为马蔺属于鸢尾科鸢尾属，具有很好的观赏价值。其植物分类学特征如下：马蔺是多年生的具根状茎的宿根植物，叶基生，顶端渐尖或长渐尖，灰绿色，条形。须根粗而长，黄白色，少分枝。花茎高30cm，花梗长4-7厘米，内包含有花1-3朵，花蓝紫色或浅蓝色，外轮花被片匙形，中部有较深色条纹，内花被片直立。蒴果椭圆状形，有6条纵肋，种子近球形。花期4-6月，果期 8-9月。

本方法的优点是：马蔺是一种高效修复石油烃污染的植物，对土壤低浓度和高浓度的石油烃污染物均具有较强的忍耐力和一定的降解能力。利用马蔺修复石油烃污染土壤，具有操作简单、成本低、不产生二次污染、不进入食物链、不破坏本土土壤理化性质、治理污染的同时美化化境，并且有助于改善因石油污染引起的土壤结构改变、生产力下降、退化等问题，恢复并提高其生物多样性，适合用于大面积低浓度石油烃污染土壤的修复工作。因此，利用马蔺进行植物修复工作，具备很高的环境、经济和生态价值。

附图说明

图1为不同处理组总石油烃（TPH）降解率。

具体实施方式

实施例：

一种利用野生观赏植物马蔺修复石油烃污染土壤的方法, 利用植株本身的吸收、根际微生物及其根系分泌物对石油烃的降解作用，从而实现降解土壤中石油烃的目的，具体步骤如下：

实验地点在天津市南开大学泰达学院温室，温室内温度维持在18-25℃，日光照时间持续16h，地处天津市经济技术开发区，属温带半湿润大陆性季风气候，年降水量在500-600左右。试验所用土壤采自于天津市大港油田。

将石油污染土壤和清洁土壤自然风干后分别过筛，然后将两种土壤按照一定比例充分混合成质量浓度为1%和4%的石油烃污染土壤。试验共设3个处理组，分别为：CK（清洁土壤）、污染土壤A-实际总石油烃浓度为11874mg/kg（污染浓度约为1%）、污染土壤B-实际总石油烃浓度为38986mg/kg（污染浓度约为4%），每个处理设3个平行组。

试验所用的花盆上口直径为230mm，高为180mm，每盆装土1500克，盆土浇透水，平衡两周后，采用分株育苗方式，挑选生长发育状况基本一致的马蔺植株，在成株的母体上将根蘖分离3-5株，然后将幼株栽植到石油烃污染土壤中，每盆栽植1株。试验期间可利用小铁铲松动表土，但不能伤到植株的根，以保证土壤中的氧气来源。试验中每日早八点定时浇水一次，使土壤持水量保持在最大持水量的60%，以使其生物量生长最大、污染物降解率最高。浇水方式采用顶部喷洒浇水和底部托盘浇水相结合的方式，以促进植株的根部生长。

马蔺种植4个月长到成熟期后收获。将收获的植株用自来水清洗干净再用去离子水清洗，沥去水分，进行地上部分鲜重和根部鲜重的称重。土壤样品用真空冷冻干燥机进行24小时干燥脱水，然后用索提法测定土壤总石油烃含量，提取剂为分析纯二氯甲烷。

实验结果：

1、不同处理浓度下马蔺对石油烃污染的耐性

马蔺成熟收获时，植株生长良好，没有出现叶片脱落、枯萎、倒伏等明显的毒害症状，说明马蔺对石油烃污染具备一定的耐性。

表1为不同浓度石油烃污染土壤对马蔺生物量的影响

表1

从表1可知，不同石油烃污染浓度下，马蔺的株高、根长、根重和地上部重都小于无污染的空白对照组，说明石油烃对马蔺的生长起到了一定的抑制作用；但是与低浓度（11874mg/kg）相比，高浓度下（38986mg/kg）马蔺的生物量并没有显著降低。并且， 马蔺的植株生长状况良好，没有出现叶片脱落、植株枯萎或倒伏等明显的石油烃毒害症状。这说明石油烃作用下马蔺的生物量虽然有所减小，但其对污染还具备较好的耐性。

2、不同处理浓度下马蔺对土壤总石油烃的降解率

如图1所示，斜线条框代表种植马蔺组对土壤总石油烃的降解率，白色条框代表未种植马蔺组的土壤总石油烃的自然降解率。不同处理浓度马蔺对土壤总石油烃的降解率都高于对照组，这说明虽然土壤中总石油烃存在一定的淋滤、光解、挥发等自然降解，但是马蔺的修复效果比较显著。在低浓度（11874mg/kg）和高浓度（38986mg/kg）污染下马蔺对总石油烃的降解率分别为21.30%和19.37%，明显高于空白对照组（分别为18.13%和14.55%），比空白对照组增加20%-30%。

由以上结果推断：马蔺对于低、高浓度的石油烃污染土壤都具备一定的耐性和良好的修复效果，尤其是对低浓度石油烃污染土壤具备非常显著的修复效果。在上述土壤中重复种植马蔺，即可使土壤中的石油烃含量达到国家环境标准或生态安全指标。

Claims (2)

1.一种利用野生观赏植物马蔺修复石油烃污染土壤的方法,其特征在于步骤如下：

1）采用分株育苗，将马蔺幼株栽植于石油烃污染土壤中，每日清晨定时浇水，使土壤持水量保持在最大持水量的60%，当植物处于开花期或成熟期时，将植物全部或植物地上部分从污染土壤中移走，可将其作为观赏花卉即商品出售；

2）重复在上述土壤中种植马蔺，直至土壤中的石油烃含量达到国家环境标准或生态安全指标为止。

2.根据权利要求1所述利用野生观赏植物马蔺修复石油烃污染土壤的方法,其特征在于：所述石油烃污染土壤的质量百分比浓度为1-4%。