CN107716535A - 酞酸酯‑多环芳烃‑重金属污染土壤的植物混作修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种酞酸酯‑多环芳烃‑重金属污染土壤的植物混作修复方法，属于土壤修复技术领域。该酞酸酯‑多环芳烃‑重金属污染土壤的植物混作修复方法包括以下步骤，将紫花苜蓿、海州香薷和伴矿景天混作种植于受污染的土壤上。本发明提供的酞酸酯‑多环芳烃‑重金属污染土壤的植物混作修复方法操作简单方便，能够利用混作种植的植物对土壤中的多种污染物进行处理，具有生态环保，快速修复土壤的优点。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，具体而言，涉及一种酞酸酯-多 环芳烃-重金属污染土壤的植物混作修复方法。
背景技术
酞酸酯(PAEs)又称邻苯二甲酸酯，其是邻苯二甲酸形成的酯 的统称，主要用作塑料改性添加剂，是一类具有致癌性、致突变性、 致畸性、生殖毒性、神经毒性、内分泌干扰性的环境激素。多环芳烃 (PAHs)是煤、石油、木材、烟草、有机高分子化合物等有机物不 完全燃烧时产生的挥发性碳氢化合物，其具有很强的致癌性，其可以 通过呼吸或者直接的皮肤接触使人体致癌，导致肺癌和心血管疾病， 是一种重要的环境和食品污染物。重金属污染也是严重危害我国土壤 的环境污染，对人们的生活安全造成了很大的危害。
为了对受污染的土壤进行修复，人们对污染土壤的修复技术进行 了大量研究，目前一般的污染土壤可以采用物理化学修复和生物修复 两大类方法。其中，物理化学修复包括客土法、化学固定、电动修复、 土壤淋洗等，这些技术不仅操作不便，成本较高，难以大规模治理， 且会导致土壤结构的破坏和肥力下降等。生物修复指利用微生物、植 物及其根际微生物的共存体系来吸收、容纳、转化或转移污染物使其 无害，由于其具有操作方便、成本低，环保可靠的优点得到了广泛的 关注。
如专利申请号为CN103752594A的发明专利公开了一种邻苯二 甲酸酯污染土壤的植物修复方法，其是先将土壤破碎平整，包沟起畦， 施用基肥，浇水至湿润；播种前每穴装入营养土或培养基，邻水，播 种玉米，覆盖营养土；幼苗长至3-4片真叶时带土移栽，保持土壤湿 润；玉米长至穗期前，收割玉米植株。本发明通过利用玉米根系与根 际微生物联合，促进邻苯二甲酸酯降解使其在土壤中的去除率达到 86％，其是利用玉米生长速度快、根系发达，生物量大的优点去除土 壤中的邻苯二甲酸酯。
但是现有的技术只能修复单一的酞酸酯污染或者是低浓度的重 金属与酞酸酯复合污染的农田土壤，对于存在酞酸酯-多环芳烃-重金 属复合污染土壤的修复尚缺乏研究。因此，需要一种能够对具有多种 污染物的土壤进行修复的方法。
发明内容
本发明提供了一种酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物混 作修复方法能够利用混作种植的植物对土壤中的多种污染物进行处 理，从而快速的修复污染的土壤。
本发明是这样实现的：
一种酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物混作修复方法，其 包括以下步骤：将紫花苜蓿、海州香薷和伴矿景天混作种植于受污染 的土壤上。
进一步的，在本发明实施例中，混作种植包括在3月上旬至3 月中旬之间播种紫花苜蓿，穴播播种且播种量为2.1-3.2kg/亩，穴播 行距0.9-1.5m。
进一步的，在本发明实施例中，在4月上旬至4月中旬于田间穴 播的紫花苜蓿之间播种海州香薷，穴播播种且播种量为3.5-5.5kg/亩。
进一步的，在本发明实施例中，在5月中旬至5月下旬之间于田 间扦插种植伴矿景天，伴矿景天种植于紫花苜蓿和海州香薷之间，扦 插量为3600-4500株/亩。
进一步的，在本发明实施例中，扦插时伴矿景天和紫花苜蓿之间 的行距为30-60cm。
进一步的，在本发明实施例中，扦插时伴矿景天和海州香薷之间 的行距为10-20cm。
进一步的，在本发明实施例中，播种紫花苜蓿之前的冬季在田间 施加600-750kg/亩的农用肥，随后深耕30-40cm过冬。
进一步的，在本发明实施例中，在4月下旬至5月上旬在田间施 加追肥，施加3.5-5.5kg/亩的尿素，且追肥施加于紫花苜蓿和海州香 薷之间。
进一步的，在本发明实施例中，在6月上旬至6月中旬在田间施 加二次追肥，施加4-6.5kg/亩的尿素，且二次追肥施加于海州香薷和 伴矿景天之间。
进一步的，在本发明实施例中，在7月上旬至7月中旬于海州香 薷和伴矿景天之间施加三次追肥，施加3-4.5kg/亩的尿素。
本发明的有益效果是：本发明提供的酞酸酯-多环芳烃-重金属污 染土壤的植物混作修复方法是将紫花苜蓿、海州香薷和伴矿景天混作 种植于受污染的土壤上。本发明提供的酞酸酯-多环芳烃-重金属污染 土壤的植物混作修复方法操作简单方便，能够利用混作种植的植物对 土壤中的多种污染物进行处理，具有生态环保，快速修复土壤的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中 所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发 明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通 技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图 获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中6个处理组的土壤样品中DnBP和PAHs 含量的示意图；
图2为本发明实施例中6个处理组的土壤样品中重金属含量的示 意图；
图3为本发明实施例中6个处理组的植物样品中DnBP和PCBs 含量的示意图；
图4为本发明实施例中6个处理组的植物样品地上部中重金属含 量的示意图；
图5为本发明实施例中6个处理组的植物样品根部中重金属含量 的示意图；
图6为本发明实施例中6个处理组的植物样品根部中重金属含量 的示意图；
图7为本发明实施例中6个处理组的植物富集系数的示意图；
图8为本发明实施例中6个处理组的转运系数的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对 本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明 具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪 器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例进行具体说明。
本实施例提供了一种酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物 混作修复方法，其是将紫花苜蓿、海州香薷和伴矿景天混作种植于受 污染的土壤上。其中，混作种植是在在3月上旬至3月中旬之间播种紫 花苜蓿，穴播播种且播种量为2.1-3.2kg/亩，穴播行距0.9-1.5m；在4月 上旬至4月中旬于田间穴播的紫花苜蓿之间播种海州香薷，穴播播种 且播种量为3.5-5.5kg/亩；在5月中旬至5月下旬之间于田间扦插种 植伴矿景天，伴矿景天种植于紫花苜蓿和海州香薷之间，扦插量为 3600-4500株/亩；扦插时伴矿景天和紫花苜蓿之间的行距为30-60cm； 扦插时伴矿景天和海州香薷之间的行距为10-20cm。优选在播种紫花苜蓿之前的冬季在田间施加600-750kg/亩的农用肥，随后深耕 30-40cm过冬；进一步优选的，在4月下旬至5月上旬在田间施加追 肥，施加3.5-5.5kg/亩的尿素，且追肥施加于紫花苜蓿和海州香薷之 间；在6月上旬至6月中旬在田间施加二次追肥，施加4-6.5kg/亩的 尿素，且二次追肥施加于海州香薷和伴矿景天之间；在7月上旬至7 月中旬于海州香薷和伴矿景天之间施加三次追肥，施加3-4.5kg/亩的 尿素。
本发明实施例提供的酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物 混作修复方法将紫花苜蓿(Medicago sativa L.)、海州香薷(E. splendens)和伴矿景天(Sedumplumbizincicola)混作种植于受污染 的土壤上，能够有效的分解和聚集土壤中的酞酸酯、多环芳烃和多种 重金属，从而对土壤进行修复。其中，紫花苜蓿的根系发达且带有根 瘤，其不仅能够通过发达的根系来疏松土壤以改良土壤的理化性、增 加土壤的透水性，同时其根部的根瘤可以与土壤中的根瘤菌形成的良 好的共生系统，该共生系统的存在不但可以通过增加植物的固氮能力 而促进与紫花苜蓿混作的海州香薷和伴矿景天的生长及植物对土壤 的修复作用，更能够加速根际固氮细菌的繁殖，促使植物和细菌共同 发挥对土壤有机污染物的去除作用。而海州香薷和伴矿景天对于铜、 镉等重金属类污染物的吸收更加容易，再加上其本身的对于重金属的 积累特性，导致这两种植物对土壤中的重金属类污染物去除效率较 高，且使用海州香薷和伴矿景天与紫花苜蓿混作不仅能避免海州香薷 和伴矿景天与紫花苜蓿之间产生的空间竞争，还能够通过紫花苜蓿的 固氮作用促进海州香薷和伴矿景天的生长，从而在有限的空间内获得 最大的土壤修复效果。
此外，在混作时首先在3月上旬至3月中旬之间穴播播种紫花苜 蓿，并保持一定的行距以保证后续进行混作，随后在4月上旬至4 月中旬时在紫花苜蓿之间播种海州香薷，能够通过紫花苜蓿的生长促 进海州香薷的种植和生长；最后在5月中旬至5月下旬之间于田间的 紫花苜蓿和海州香薷之间扦插伴矿景天，可以有效的利用紫花苜蓿和 海州香薷之间的有限空间，保证紫花苜蓿和海州香薷生长的同时提高 伴矿景天的生长速度，通过阶段性的种植三种植物并合理的控制三种 混作植物之间的间距，能够在避免空间竞争的同时促进三种植物快速 生长；在播种前的冬天在田间施用基肥后翻耕、在4月下旬至5月上 旬之间于紫花苜蓿和海州香薷之间的田间施加3.5-5.5kg/亩尿素的追 肥、在6月上中旬在海州香薷和伴矿景天之间的田间施加4-6.5kg/亩 尿素的二次追肥、在7月上中旬在海州香薷和伴矿景天之间的田间施 加3-4.5kg/亩尿素的三次追肥，从而提供充分的肥料来促进混作植物 生长，并使植物获得最高的微生物丰度和碳源利用率，以对受污染的 土壤进行快速有效的修复。
以下结合实施例对本发明方法的特征和性能作进一步的详细描 述。
实施例1
实施例1提供了一种酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物混 作修复方法，其具体步骤如下：
S1、从市面采购紫花苜蓿种子和海州香薷种子，在浙江淳安采集 伴矿景天幼苗后经实验室种植和筛选以获得扦插枝干。选择某典型酞 酸酯-多环芳烃-重金属(Cu、Cd)污染农田土，供试土壤为水稻土， 成土母质为海相沉积物，系统分类为铁聚水耕人为土。供试土壤的酞 酸酯目标物DnBP的背景浓度为0.386mg/kg，PAHs总量约为 0.604mg/kg，Cu和Cd的全量分别为114.0mg/kg和0.52mg/kg，土壤 的pH值为5.56，容重为1.08g/cm3，有机质含量为36.5g/kg，全氮、 全磷、全钾分别为1.96、0.56和23.1g/kg。
S2、将试验土壤分为24个小区，每个小区的面积为20m×20m， 试验设置6个处理，分别为空白对照处理(CK)、紫花苜蓿单作(A)、 海州香薷(E)、伴矿景天(S)、紫花苜蓿-海州香薷间作(AE)、 紫花苜蓿-伴矿景天间作(AS)和紫花苜蓿-海州香薷-伴矿景天混作(AES)，每个处理设置4次重复，不同处理组按照随机区组排列。
S3、整田；在播种前一年的冬季在试验田间翻耕除去杂草，随后 施加650kg/亩的农用肥后深耕35cm过冬。
S4、播种；在3月上旬至3月中旬之间播种紫花苜蓿，穴播播种 且播种量为2.4kg/亩，穴播行距1.5m；在4月上旬至4月中旬于田间 条播的紫花苜蓿之间播种海州香薷，穴播播种且播种量为4kg/亩；在 5月中旬至5月下旬之间于田间的紫花苜蓿和海州香薷之间扦插伴矿 景天，扦插量为3800株/亩；扦插时伴矿景天和紫花苜蓿之间的行距 为50cm；播种时伴矿景天和海州香薷之间的行距为20cm。
S4、追肥；在4月30日在紫花苜蓿和海州香薷之间的田间挖半 月形沟，并在沟中施加4kg/亩的尿素作为追肥；在6月10日在海州 香薷和伴矿景天之间的田间挖半月形沟，并在沟中施加5kg/亩的尿素 作为二次追肥；在6月15日在海州香薷和伴矿景天之间的田间挖半 月形沟中施加3.5kg/亩的尿素作为三次追肥。
S4、田间管理；紫花苜蓿和海州香薷应保证浇水充足，在紫花苜 蓿出苗后生长6片叶时浇水，并保持及时对紫花苜蓿和海州香薷浇水 和灌溉且避免产生积水导致烂根；注意防治田间杂草和病虫害。
种植试验为期12个月，试验结束阶段，分别采集耕作层0～15cm 深的土壤和各处理的植物样品(包括地上部样品和地下部样品)进行 各种污染物的含量测定。
土壤样品的采集：按照梅花形布点法随机采集5份，去除植物根 系、石砾等残留物后以四分法混合，装入白色布土袋中带回实验室， 进行冷冻干燥，过60目筛，以供土壤基本理化性质、DnBP、多环芳 烃、重金属铅和锌的含量分析。
植物样品的采集：在每处理的重复区域随机采集5株植物，采回 后用蒸馏水洗净，分成地上部和地下部两部分分别进行冷冻干燥，之 后液氮中研磨粉碎，过60目筛以备酞酸酯含量分析。
1.Biolog法测定各处理组根际微生物群落变化
新鲜土壤样品混匀、过60目筛后，取其中5.0g加入到装有100mL 灭菌生理盐水(0.85％)的250mL三角瓶中，在摇床上25℃，80rpm 振荡1min后静置5min，取5mL上述土壤浸提液加入45mL灭菌的 生理盐水(0.85％)中稀释，重复该步骤，将稀释1000倍后的菌液加入Biolog EcoPlate中，每孔加150μL。将接种的Biolog EcoPlate在28℃恒温培养箱培养，分别于24h、48h、72h、96h、120h、144h、 168h在酶标仪上读数测定，测定波长为590nm和750nm。
2.群落Shannon指数(H)
H＝-Σpilnpi
式中，pi表示有碳源的孔与对照孔的光密度值之差与整板总差的 比值。
3.Evenness(E)
E＝H/Hm＝H/lgS
式中，S为底物丰度。
4.数据计算与统计分析
(1)植物富集系数计算(Bioconcentration factor/BCFs)
(2)植物转运系数计算(Transference factor/TFs)
5.数据统计分析
采用SPSS13.0进行不同处理间的差异显著性分析。多处理组之 间比较时“*”表示与对照之间存在显著性差异(P＜0.05)；“**”表示 存在极显著性差异(P＜0.01)。单组数据比较时，不同的英文字母 表示各处理之间存在显著性差异(P＜0.05)。
5.1修复后土壤中的污染物含量
紫花苜蓿、海州香薷和伴矿景天混作修复各处理组土壤中的污染 物的分析结果见图1和图2所示。酞酸酯目标污染物的总去除率在各 个种植组中均超过了91％，对多环芳烃的总去除率可达78％以上， 对重金属污染物铜的去除率达到50％以上，对重金属污染物镉的去除 率达到44％以上，且与空白对照组相比各个混间种植组均有极显著性 差异(P<0.01)。对有机类污染物的去除效率去除效果排序分别为：紫 花苜蓿单作>紫花苜蓿-海州香薷-伴矿景天混作>紫花苜蓿-伴矿景天 间作>紫花苜蓿-海州香薷间作>伴矿景天单作>海州香薷单作；而对于 重金属类污染物的去除效果，则出现了趋势上的差异，总体而言，含有海州香薷的植物组对铜的去除效果更佳，含有伴矿景天的植物组对 镉的去除效果更佳，紫花苜蓿对重金属类污染物的去除效果虽然不及 两种其他植物，但是也表现出了较好的修复效果，去除率均超过了 50％，可见三种植物混作的土壤修复方法对各种污染物的综合去除效 果非常可观。
5.2修复后植物体内的污染物含量
将紫花苜蓿、海州香薷和伴矿景天间混作修复各处理组的植物样 品的地上部、地下部的4种污染物分别进行分析，结果见图3、图4、 图5和图6所示。各植物地上部的4种污染物的含量均显著高于相应 的土壤中的浓度，各种种植方式中显示出混作时各种修复植物的体内 污染物含量更高，这一特点在三种植物上都有显著体现，根部的污染 物浓度较之地上部又有明显加倍，可见三种植物混作的土壤修复方法 能够有效的汇聚和去除土壤中的污染物。
5.3各处理组植物的生物量变化
采样后，每个组中选择固定株的供试植物完全连根拔起，带回实 验室清洗之后装入牛皮纸袋，于烘箱中60℃烘至恒重，称重并记录 生物量的数值，结果见表1。由于植物样品采集的同时，我们观察到 了紫花苜蓿根部的健康的、有效根瘤的存在，验证了紫花苜蓿在本试 验进行的过程中一直保持着良好的固氮作用，而表1中紫花苜蓿巨大 的生物量也是它能够有效去除有机污染物的重要原因。
海州香薷的生物量达到了紫花苜蓿的两倍左右，紫花苜蓿-海州 香薷间作的处理也显示了明显的生长优势，在三种植物混作的处理 中，紫花苜蓿和海州香薷的生长都没有受到限制，反而都有所增加。 伴矿景天本身根部生长浅，根系细小，因而根部生物量明显小于其他 两种植物，但其对某些污染物的吸收量并不比另外两种低。
表1 紫花苜蓿、海州香薷和伴矿景天间混作植物的生物量变化
结果为四个平均值±SD。
5.4不同植物组合的污染物去除率比较
根据每种植物的生物量以及体内污染物的含量，初步估算出了每 小区各种植物在不同处理条件下对土壤污染物的总去除量，数值列于 表2。可见，混作组能去除每公顷污染土壤中0.22g左右的酞酸酯。
表2 紫花苜蓿、海州香薷和伴矿景天混作植物对污染物的去除 量
5.5不同植物的主要修复参数比较
紫花苜蓿、海州香薷和伴矿景天间混作修复组合的植物富集系数 和转运系数结果见图7和8，各处理组的总污染物去除率均能达到 80％以上，但各处理之间的总去除效率差别不大，其中三种植物混作 的修复效果最佳。图7显示，不同的种植模式下，紫花苜蓿均显示了 对有机类污染物的良好的富集能力，尤其是单作及混作时。而海州香 薷则明显具有修复铜的优势，正如伴矿景天对镉的修复能力一样，而 间混作也明显提高了伴矿景天对镉的吸收富集效率。
由图8显示的结果可以发现，海州香薷和伴矿景天对酞酸酯目标 物和多环芳烃污染物的转运系数反而高于紫花苜蓿，而紫花苜蓿对两 个重金属污染目标物的转运系数反而高于另外两种植物。
紫花苜蓿、海州香薷和伴矿景天组合对微生物群落的影响如表3 中各种指数的趋势类表明，三种植物混作处理的微生物丰度和碳源利 用率最高。
表3 苜蓿香薷景天修复组合的微生物群落多样性变化
综上所述，本发明实施例提供的酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土 壤的植物混作修复方法能够有效利用紫花苜蓿、海州香薷和伴矿景天 的种植优势，在将它们混作种植于受污染的土壤上时能够有效的避免 产生空间竞争，从而利用混作种植的植物对土壤中的多种污染物进行 处理，具有生态环保，快速修复土壤的优点。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本 发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应 包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物混作修复方法，其特征在于，其包括以下步骤：将紫花苜蓿、海州香薷和伴矿景天混作种植于受污染的土壤上。
2.根据权利要求1所述的酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物混作修复方法，其特征在于，所述混作种植包括在3月上旬至3月中旬之间播种所述紫花苜蓿，穴播播种且播种量为2.1-3.2kg/亩，穴播行距0.9-1.5m。
3.根据权利要求2所述的酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物混作修复方法，其特征在于，在4月上旬至4月中旬于田间穴播的所述紫花苜蓿之间播种所述海州香薷，穴播播种且播种量为3.5-5.5kg/亩。
4.根据权利要求3所述的酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物混作修复方法，其特征在于，在5月中旬至5月下旬之间于田间扦插种植所述伴矿景天，所述伴矿景天种植于所述紫花苜蓿和所述海州香薷之间，扦插量为3600-4500株/亩。
5.根据权利要求4所述的酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物混作修复方法，其特征在于，扦插时所述伴矿景天和所述紫花苜蓿之间的行距为30-60cm。
6.根据权利要求4所述的酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物混作修复方法，其特征在于，扦插时所述伴矿景天和所述海州香薷之间的行距为10-20cm。
7.根据权利要求2所述的酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物混作修复方法，其特征在于，播种所述紫花苜蓿之前的冬季在田间施加600-750kg/亩的农用肥，随后深耕30-40cm过冬。
8.根据权利要求7所述的酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物混作修复方法，其特征在于，在4月下旬至5月上旬在田间施加追肥，施加3.5-5.5kg/亩的尿素，且追肥施加于所述紫花苜蓿和所述海州香薷之间。
9.根据权利要求8所述的酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物混作修复方法，其特征在于，在6月上旬至6月中旬在田间施加二次追肥，施加4-6.5kg/亩的尿素，且二次追肥施加于所述海州香薷和所述伴矿景天之间。
10.根据权利要求9所述的酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物混作修复方法，其特征在于，在7月上旬至7月中旬于所述海州香薷和所述伴矿景天之间施加三次追肥，施加3-4.5kg/亩的尿素。
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| CN105344709A (zh) * | 2014-11-18 | 2016-02-24 | 迈科珍生物技术有限公司 | 一种修复有害有机物和/或重金属污染基质的方法 |
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2017
- 2017-11-23 CN CN201711183217.0A patent/CN107716535A/zh active Pending
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