CN108246785A - 一种增强植物修复多环芳烃污染土壤效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种增强植物修复多环芳烃污染土壤效率的方法，所述方法为向用于修复土壤的植物根部周围均匀喷施二甲基亚砜水溶液。本发明利用二甲基亚砜强化植物修复多环芳烃污染的土壤效果显著，对受污染的土壤进行原位修复，适用范围广，操作便利，成本低，可大幅提高植物修复多环芳烃污染土壤的修复效率，缩短修复周期。
Description
技术领域
本发明涉及一种增强植物修复多环芳烃污染土壤效率的方法，属于污染土壤的修复技术领域。
背景技术
多环芳烃（PAHs）是分子中含有两个或两个以上苯环的芳香烃，其来源广泛，形成机理复杂。带有2~3个苯环的低分子量芳烃，如萘、芴、菲和蒽等，易挥发，对水生生物有一定毒性；带有4~7个苯环的高分子量芳烃，如芘、荧蒽、苯并[α]芘等，这类化合物沸点高，不易挥发，具有致癌、致畸、致突变的作用（高吉喜，1997）。释放到环境中的PAHs通过大气沉降、污水灌溉和污泥等废弃物的农用等多种途径进入土壤中。一方面，进入土壤中的PAHs造成土壤污染，另一方面，在受污染土壤上进行农业生产，PAHs进入生物链，对人和其它动植物生命健康构成威胁且造成不利影响，因此，修复受有机物污染的土壤具有重要的现实意义。
用于受有机物污染的土壤的修复技术手段有物理、化学、生物及其之间的联合应用，生物修复手段之一的植物修复方法，因其操作简便、成本低、可原位连续操作、不造成二次污染、环境友好、易于被公众接受等优势而具有广阔的研究和实际应用价值。植物修复是指利用植物及其根际圈微生物体系的物理、化学或生物过程来吸收、挥发、转化、降解或固定土壤中的多环芳烃等其它有机物，以达到净化土壤的目的。
鉴于植物修复的优势及广阔前景，有关植物用于受有机污染土壤的修复研究应用报道层出不穷。CN 103769411 B公开了利用火凤凰修复多环芳烃污染土壤的方法，对于土壤中多环芳烃浓度为50~100mg/kg的情形，种植火凤凰150d后，其根际土壤中四环PAHs（包括荧蒽、芘、苯并(α)蒽、屈）降解率分别为：86.56％、93.27％、100％、100％；CN 101992205B公开了利用花卉植物紫茉莉（对≤2mg/kg的苯并[α]芘污染具有耐性）修复苯并[α]芘污染土壤的方法，当土壤中苯并[α]芘浓度较低时（≤5mg/kg），根际土壤中苯并[α]芘的去除率较高，达到了73.4~87.9％，然而，随着苯并[α]芘浓度的逐渐增大，苯并[α]芘的去除率也随之降低，当苯并[α]芘投加浓度达到50mg/kg时，根际土壤中苯并[α]芘的去除率仅为41.2~52.4％；CN 101992206 B公开了利用花卉植物孔雀草（对≤10mg/kg的苯并[α]芘污染具有耐性）修复苯并[α]芘污染土壤的方法，在苗期、开花期和成熟期时，土壤中B[α]P投加含量≤10mg/kg，植物生长表现出一定的促进效应，然而，随着土壤中苯并[α]芘的浓度进一步提高，达到50mg/kg时，植物生长表现为明显的抑制效应；另外，CN 102553899 A、CN104174642 B、CN 102357519 B、CN 102091715 A也分别公开了利用花卉紫松果菊、汉麻、观赏植物大花马齿苋及花卉宿根天人菊修复多环芳烃和石油烃污染土壤的方法。
由上述内容可知，用于修复有机污染土壤的植物，对于受低浓度多环芳烃污染土壤的修复有显著效果且对有机污染物有一定的耐性，对于受高浓度多环芳烃污染土壤的修复效果并不理想。因此，提供一种强化改善植物对有机污染土壤的修复效果及提高植物对有机污染物的耐性的方法具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种增强植物修复多环芳烃污染土壤效率的方法，利用二甲基亚砜改变植物细胞壁/膜的渗透性，增强有机污染物向植物体内转移的特性，通过向种植于多环芳烃污染土壤中的用于修复目的的植物喷施二甲基亚砜水溶液，从而达到增强修复效率的目的。
一种增强植物修复多环芳烃污染土壤效率的方法，包括以下步骤：
（1）配制二甲基亚砜水溶液，其浓度为30~800mmol/L；
（2）向种植于多环芳烃污染土壤中的用于修复目的的植物根部周围均匀喷施二甲基亚砜水溶液；
（3）对修复土壤进行正常的田间管理，使土壤含水量保持在40~55%的田间持水量；
（4）重复上述操作步骤，直至修复后的土壤中多环芳烃污染含量达到修复目标值。
优选的，二甲基亚砜水溶液浓度为60~200mmol/L。
优选的，用于修复多环芳烃污染土壤的植物为黑麦草（Lolium perenne L.）、三叶草（Trifolium）、孔雀草（Tagetes patula L.）、莎草（Cyperus rotundus L.）、高羊茅火凤凰（Festuca elata Keng ex E. Alexeev）、紫茉莉（Mirabilis jalapa L.）或汉麻中的一种或两种及两种以上的组合，并且其种植的行距为0.05~0.2m，株距为0.05~0.2m；在植物生长过程中的幼苗期、拔节期、开花期和成熟期向土壤表面喷施二甲基亚砜水溶液，喷施量为5~10L/m2。
优选的，土壤含水量为50~55%的田间持水量。
本发明的有益效果是：
1、二甲基亚砜可改变生物细胞膜的通透性，大幅度促进植物对土壤中多环芳烃的吸收，进而增强植物修复多环芳烃污染土壤的效果；
2、适宜浓度的二甲基亚砜溶液，可促进植物的生长发育，可增强植物对有机物的耐受性；
3、可显著提高植物对受有机污染土壤的降解去除率，缩短土壤植物修复周期；
4、进行原位修复受有机物污染的土壤，适用范围广，操作便利，成本低；
5、可原位连续操作、不造成二次污染、环境友好、易于被公众接受。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
选择含芘70mg/kg和60mg/kg萘的污染土壤场地，使土壤含水量维持在50%的田间持水量；将在未受污染环境中且同一条件下培养的生长状况良好、一致的黑麦草幼苗移栽到污染场地，植物幼苗种植的行距为0.05m，株距为0.05m，集中种植10m2，划分为面积等同的a和b两部分（其中，a部分作为对照组，b部分作为实验组）；在植物生长过程中的幼苗期、拔节期、开花期和成熟期向b实验组土壤表面喷施浓度为60mmol/L二甲基亚砜水溶液且用量为5L/m2，向a对照组喷施等体积的去离子水；黑麦草经一个生长周期后，在进入成熟期30天后，对污染场地土壤布点采样（包括植物根际和非根际采样点，且采样点和土壤样品等量），将土壤充分混匀，经后续处理，采用高效液相色谱仪定量分析土壤中芘和萘含量。
经计算a对照组中芘和萘的降解去除率分别为63.8%和71.4%，b实验组中芘和萘的降解去除率分别为75.6%和84.5%，结果表明，喷施二甲基亚砜水溶液增强黑麦草对含芘和萘污染土壤的修复效果显著。
实施例2
选择含苯并[α]芘130mg/kg的污染土壤场地，使土壤含水量维持在55%的田间持水量；将在未受污染环境中且同一条件下培养的生长状况良好、一致的孔雀草幼苗移栽到污染场地，植物幼苗种植的行距为0.08m，株距为0.06m，集中种植10m2，划分为面积等同的a和b两部分（其中，a部分作为对照组，b部分作为实验组）；在植物生长过程中的幼苗期、拔节期、开花期和成熟期向b实验组土壤表面喷施浓度为100mmol/L二甲基亚砜水溶液且用量为6L/m2，向a对照组喷施等体积的去离子水；孔雀草经一个生长周期后，在进入成熟期30天后，对污染场地土壤布点采样（包括植物根际和非根际采样点，且采样点和土壤样品等量），将土壤充分混匀，经后续处理，采用气相色谱仪定量分析土壤中苯并[α]芘含量。
经计算a对照组中苯并[α]芘的降解去除率为72.5%，b实验组中苯并[α]芘的降解去除率为90.3%，结果表明，喷施二甲基亚砜水溶液增强孔雀草对含苯并[α]芘污染土壤的修复效果显著。
实施例3
选择含荧蒽80mg/kg和苯并[b]荧蒽70mg/kg的污染土壤场地，使土壤含水量维持在55%的田间持水量；将在未受污染环境中且同一条件下培养的生长状况良好、一致的汉麻幼苗和高羊茅火凤凰幼苗采用间作模式移栽到污染场地，汉麻植物幼苗种植的行距为0.2m，株距为0.2m，其间套种高羊茅火凤凰，集中种植10m2，划分为面积等同的a和b两部分（其中，a部分作为对照组，b部分作为实验组）；在植物生长过程中的幼苗期、拔节期、开花期和成熟期向b实验组土壤表面喷施浓度为200mmol/L二甲基亚砜水溶液且用量为10L/m2，向a对照组喷施等体积的去离子水；高羊茅火凤凰经一个生长周期后，在进入成熟期60天后，对污染场地土壤布点采样（包括植物根际和非根际采样点，且采样点和土壤样品等量），将土壤充分混匀，经后续处理，采用高效液相色谱仪定量分析土壤中荧蒽和苯并[b]荧蒽含量。
经计算a对照组中荧蒽和苯并[b]荧蒽的降解去除率分别为78.2%和74.7%，b实验组中荧蒽和苯并[b]荧蒽的降解去除率分别为93.5%和89.6%，结果表明，喷施二甲基亚砜水溶液增强汉麻和高羊茅火凤凰对含荧蒽和苯并[b]荧蒽污染土壤的修复效果显著。
实施例4
选择含苯并[α]芘50mg/kg和菲80mg/kg的污染土壤场地，使土壤含水量维持在40%的田间持水量；将在未受污染环境中且同一条件下培养的生长状况良好、一致的紫茉莉幼苗移栽到污染场地，植物幼苗种植的行距为0.15m，株距为0.1m，集中种植10m2，划分为面积等同的a和b两部分（其中，a部分作为对照组，b部分作为实验组）；在植物生长过程中的幼苗期、拔节期、开花期和成熟期向b实验组土壤表面喷施浓度为30mmol/L二甲基亚砜水溶液且用量为8L/m2，向a对照组喷施等体积的去离子水；紫茉莉经一个生长周期后，在进入成熟期45天后，对污染场地土壤布点采样（包括植物根际和非根际采样点，且采样点和土壤样品等量），将土壤充分混匀，经后续处理，采用气相色谱仪定量分析土壤中苯并[α]芘和菲含量。
经计算a对照组中苯并[α]芘和菲的降解去除率分别为82.7%和76.2%，b实验组中苯并[α]芘和菲的降解去除率分别为91.5%和84.1%，结果表明，喷施二甲基亚砜水溶液增强紫茉莉对含苯并[α]芘和菲污染土壤的修复效果显著。
实施例5
选择含荧蒽80mg/kg和苯并[α]芘80mg/kg的污染土壤场地，使土壤含水量维持在50%的田间持水量；将在未受污染环境中且同一条件下培养的生长状况良好、一致的汉麻幼苗和高羊茅火凤凰幼苗采用间作模式移栽到污染场地，汉麻植物幼苗种植的行距为0.15m，株距为0.1m，其间套种高羊茅火凤凰，集中种植10m2，划分为面积等同的a和b两部分（其中，a部分作为对照组，b部分作为实验组）；在植物生长过程中的幼苗期、拔节期、开花期和成熟期向b实验组土壤表面喷施浓度为800mmol/L二甲基亚砜水溶液且用量为10L/m2，向a对照组喷施等体积的去离子水；高羊茅火凤凰经一个生长周期后，在进入成熟期60天后，对污染场地土壤布点采样（包括植物根际和非根际采样点，且采样点和土壤样品等量），将土壤充分混匀，经后续处理，采用高效液相色谱仪定量分析土壤中荧蒽和苯并[α]芘含量。
经计算a对照组中荧蒽和苯并[α]芘的降解去除率分别为72.4%和71.5%，b实验组中荧蒽和苯并[α]芘的降解去除率分别为95.5%和91.6%，结果表明，喷施二甲基亚砜水溶液增强汉麻和高羊茅火凤凰对含荧蒽和苯并[α]芘污染土壤的修复效果显著。
以上对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (7)
1.二甲基亚砜在增强植物修复多环芳烃污染土壤效率中的应用。
2.一种增强植物修复多环芳烃污染土壤效率的方法，包括以下步骤：
（1）配制二甲基亚砜水溶液；
（2）向种植于多环芳烃污染土壤中的用于修复目的的植物根部周围均匀喷施二甲基亚砜水溶液；
（3）对修复土壤进行正常的田间管理，使土壤含水量保持在40~55%的田间持水量；
（4）重复上述操作步骤，直至修复后的土壤中多环芳烃污染含量达到修复目标值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，二甲基亚砜水溶液浓度为30~800mmol/L。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，二甲基亚砜水溶液浓度为60~200mmol/L。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，用于修复多环芳烃污染土壤的植物为黑麦草、三叶草、孔雀草、莎草、高羊茅火凤凰、紫茉莉、汉麻中的一种或几种的任意组合，并且其种植的行距为0.05~0.2m，株距为0.05~0.2 m。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在植物生长过程中的幼苗期、拔节期、开花期和成熟期向土壤表面喷施二甲基亚砜水溶液，喷施量为5~10L/m2。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，土壤含水量为50~55%的田间持水量。
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