CN101648205B - 受菲、芘或五氯苯酚污染土壤的植物修复方法 - Google Patents
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Abstract
受菲、芘或五氯苯酚污染土壤的植物修复方法，属于土壤环境污染治理领域。其步骤为：(A)测量土壤中菲和芘或五氯苯酚的含量；(B)将金丝垂柳插种或者种植深根性植物辣根或者同时插种金丝垂柳和种植深根性植物辣根。步骤B中的柳树为金丝垂柳J1011(Salixxjiangsuensis CL.1011)，菲、芘和五氯苯酚的含量为每5、50或1mg/kg土壤时每平方米种植4～6株。本发明较好而能稳定地去除土壤中的有机物，符合了因地制宜的原则，将自然力量有效地应用起来；将金丝垂柳和深根性植物辣根组合使用，使得污染物能够更好的得到富集，处理效果强于分别单独的处理效果之和。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护中的土壤污染治理领域，更具体的说是受菲、芘或五氯苯酚污染土壤的植物修复方法。
背景技术
土壤是人类生存与发展的重要自然资源和整个陆地生态***赖以存在的基础，对于农业可持续发展和人类的生存都非常重要。据UNEP(***环境规划署)1990年报告(IRRTC)，每年约有3-4亿吨有机物进入环境，其中大部分进入了土壤环境。我国土壤污染的问题也很严重，对耕地资源可持续利用和粮食生产安全提出了严峻的挑战。比如，有机氯农药已禁用近20年，土壤中残留量已大大降低，但检出率仍很高。随着城市化和工业化进程加快，城市和工业区附近土壤有机污染也日益加剧，这些土壤的环境污染治理与修复刻不容缓。由于有机化合物具有较高土壤-水分配系数，一旦进入土壤后，其绝大多数积聚在土壤里，不仅难降解，而且毒性大，所以，世界各国都已投入大量人力、财力开展有机化合物污染土壤的修复技术研究。
多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons；PAHs)是指两个或两个以上苯环以线状、角状或簇状排列的稠环化合物，是环境中普遍存在的具有代表性的一类重要持久性有机污染物。氯酚广泛用作木材的防腐剂、除草剂、杀菌剂、溶剂、热交换剂等。氯酚经使用后会释放到自然环境中造成严重污染。氯酚分别被中国环境监测总站和美国环境保护局确定为优先控制污染物。五氯酚(Pentachlorophenol，PCP，分子式C6HCl5O)是其中比较典型的一种，其化学性质稳定、残效期长、毒性高，对生物体具有广谱毒性和致突变性。这两类有机污染土壤的修复研究具有较高的现实意义。
有机物污染土壤修复方法主要包括物理修复技术、化学修复技术、植物修复技术和微生物修复技术等。其中植物修复技术作为一种新兴的绿色生物技术，能在不破坏土壤生态环境，保持土壤结构和微生物活性的状况下，通过植物的作用从土壤中带走污染物，从而修复被污染的土壤。植物修复在环境友好性和经济性上都优于传统的物理或化学的方法，是解决环境中有机物污染土壤问题的一个很有前景的方法，现已成为在环境领域的研究热点。
植物修复技术由于具有成本低、不破坏环境、保护人类健康和易为大众接受等优点而引起了人们极大的关注。在土壤科学和环境科学等不同领域开展了很多植物修复多环芳烃污染土壤的研究。国内外针对五氯苯酚的降解做了大量的研究，但以往研究主要集中于微生物如何降低五氯苯酚的生物有效性从而降低其危害。有些研究也开始涉及受五氯苯酚污染环境的植物修复。但是，应用于修复的植物往往植株矮小、生长速度慢、地上部生物量小，成了实际应用中最大的限制。因此，利用柳树等高大植株对被污染的环境进行植物修复的研究工作应运而生，近年来发展迅速，也越来越受到重视。有研究发现，木本植物黑柳树(Salix nigra Marshall)、白杨(Populus del-toidesxP.nigra DN 34)、岑树(Fraxinus Pennsylvania Marshall)均能提高根际土壤中PAHs降解。根际土壤微生物总量和PAHs降解菌数量均大于非根际土壤，PAHs降解菌在根际土壤中有选择性地增加。这些木本植物在多环芳烃及五氯苯酚修复特别是根际修复中具有更大的应用潜力。但这些木本植物中富集的有机物量因需要挖出根来收获而导致植物在单个生长季节内去除土壤中的有机物量比较少，同时这些污染物的最终归趋也存在着风险(Spriggs T.Banks M K，Schwab P，Phytoremediation of poly-cyclic aromatic hydrocarbons inmanufactured gas plant-impacted soil[J].J Environ Qual，2005，34：1755-1762)。
利用酶的催化聚合作用来处理酚类及芳香胺类化合物污染已经有文献报道。辣根过氧化物酶(即通常所说的过氧化物酶)，因来源于辣根而称为辣根过氧化物酶，这种酶比活性高，稳定，分子量小，纯酶容易制备，所以最常用。辣根过氧化物酶在催化合成聚合物方面应用较多且很有潜力，它能以过氧化氢作为电子受体，转移催化酚及苯胺类物质的过氧化反应。有报道在处理废水中使用过氧化物酶来进行处理。由于其本身的性质，将其直接利用来处理多环芳烃或五氯苯酚类污染土壤还存在着很大的苦难。
发明内容
1、本发明要解决的技术问题
针对菲、芘或五氯苯酚污染土壤的修复中存在的问题，本发明提供受菲、芘或五氯苯酚污染土壤的植物修复方法，通过将金丝垂柳插种或者种植深根性植物辣根应用于有机物菲和芘或五氯苯酚污染场地土壤的修复，实现低成本、高效、较安全的土壤修复。
2、技术方案
受菲、芘或五氯苯酚污染土壤的植物修复方法，其步骤为：
(A)测量土壤中菲和芘或五氯苯酚的含量；
(B)将金丝垂柳插种或者种植深根性植物辣根或者同时插种金丝垂柳和种植深根性植物辣根。
上述步骤B中的柳树为金丝垂柳J1011(Salix×jiangsuensis CL.1011)，菲、芘和五氯苯酚的含量为每5、50或1mg/kg土壤时每平方米种植4～6株。
步骤B中的辣根(Armoracia rusticana(lam.)Gaerth)为多年生十字花科无性繁殖深根性根瘤植物，其种植方式以肉质根掩埋的方式埋入或与金丝垂柳间植埋入。步骤B中辣根种植密度为50～200g/m2。
3、有益效果
本发明提供了受菲、芘或五氯苯酚污染土壤的植物修复方法，相对于现有技术，具有以下的有益效果：(1)金丝垂柳作为剪枝生植物，能在不收获根的基础上从成年植物上连续地收获无性繁殖枝条，这样这些枝条因地上部富集能力较好而能稳定地去除土壤中的有机物，这些枝条能重新用于生物量生长从而避免了污染物最终归趋所存在着的风险；(2)使用的深根性植物辣根是田间常见物种，符合了因地制宜的原则，将自然力量有效地应用起来；(3)将金丝垂柳和深根性植物辣根组合使用，使得污染物能够更好的得到富集，处理效果强于分别单独的处理效果之和；(4)除吸取了植物修复环境友好性的优点外，使用植物为本地生，不会带来非本土物种的困扰，与土壤的自然生态过程比较协调，在环境友好性上要优于传统方法；同时，林木的种植能给种植者带来经济价值。
附图说明
图1是金丝垂柳种植处理下土壤中菲浓度随时间的变化图；
图2是金丝垂柳叶和茎中菲浓度随着时间的变化图；
图3是辣根种植时土壤中菲浓度随时间的变化图；
图4是金丝垂柳种植处理下土壤中芘浓度随时间的变化图；
图5是辣根种植时土壤中芘浓度随时间的变化图；
图6是金丝垂柳种植下从处理时开始土壤中PCP浓度的变化图；
图7是辣根种植时土壤中PCP浓度随时间的变化图；
图8是植物组合种植下土壤中菲浓度随时间的变化图；
图9是辣根种植时金丝垂柳叶和茎中菲浓度随着时间的变化图；
图10是组合种植下土壤中芘浓度随时间的变化图。
具体实施方式
以下通过实施例结合附图进一步说明本发明：
实施例1：
多环芳烃菲污染土壤的原位植物修复效果
修复试验点位于南京市江宁区某镇。试验时先挖出200m2的长方形地块中的土壤，建好试验池并做好下渗水的收集***，接着将土回填，在回填到表层土时进行分层回填，分层均匀撒上多环芳烃菲的溶液，充分混匀后平整土地，将表层大块土粒打细。然后用PVC隔板隔为若干1×1m2的正方形小区，隔板埋深25cm。每3个相邻的小区为1组平行。插种植物为金丝垂柳J1011，种植密度为5mg菲/kg土壤时每平方米种植5株(100株/每100mg菲/kg土壤)，插种时间为污染处理3天后。处理组有：土壤对照组，金丝垂柳组和辣根组，分别记为CK、W和HR。处理时间为污染四个月后，并在处理15天、30天以及45天分别采表层土壤和植物样品(含叶和茎部)，试验期间按照当地习惯进行田间管理。
图1给出了金丝垂柳种植处理下土壤中菲浓度随时间的变化。从图中可看出，处理开始后，金丝垂柳的种植对土壤中菲浓度的下降有促进作用。金丝垂柳的种植45天后，表层土壤中菲的处理效果能达到30％以上。在处理前金丝垂柳已经种植了4个月，此时金丝垂柳叶和茎中菲浓度分别达到0.202±0.016和0.489±0.024mg/kg(干重)。图2表明，当处理开始后，金丝垂柳叶和茎中菲浓度随着时间的延长而显著增加。经过45天的生长，金丝垂柳叶和茎中菲浓度分别比处理初始值增加了30％左右。从图3可以看出，深根性植物辣根为多年生十字花科无性繁殖深根性根瘤植物，其种植方式以肉质根掩埋的方式单独埋入，种植密度为50g/m2，辣根种植对土壤中菲浓度的降低也有一定的促进作用。辣根种植45天后，表层土壤中菲的处理效果也能达到30％以上。这说明金丝垂柳J1011对菲具有的较强吸收积累能力，有利于其对菲污染土壤的修复。另一方面，辣根的种植也有利于土壤中菲的降解和污染的修复。
实施例2：
多环芳烃芘污染土壤的原位植物修复效果
其基本步骤同实施例1，只是金丝垂柳种植密度为50mg芘/kg土壤时每平方米种植5株(500株/每100mg芘/kg土壤)，处理组有：土壤对照组、金丝垂柳组、辣根组，分别记为CK、W和HR。图4给出了金丝垂柳种植处理下土壤中芘浓度随时间的变化。从图中可看出，处理开始后，W处理下土壤中芘浓度的下降与CK对照组相比差异显著(p＜0.05)。金丝垂柳的种植45天后，表层土壤中芘的处理效果能达到40％以上。在试验期间，金丝垂柳叶和茎中芘浓度未检出。从图5可以看出，深根性植物辣根为多年生十字花科无性繁殖深根性根瘤植物，其种植方式以肉质根掩埋的方式单独埋入，种植密度为200g/m2，辣根种植对土壤中芘浓度的减少有显著的促进作用。与S对照组相比，HR处理组土壤中芘浓度有显著的下降(p＜0.05)。辣根种植45天后，表层土壤中芘的处理效果也能达到25％以上。这说明金丝垂柳的种植和辣根的种植都能显著促进土壤中芘浓度的下降。
实施例3：
五氯苯酚污染土壤的原位植物修复效果
其基本步骤同实施例1，只是金丝垂柳种植密度为1mg五氯苯酚/kg土壤时每平方米种植5株(10株/每100mg五氯苯酚/kg土壤)处理组有：土壤对照组、金丝垂柳组、辣根组，分别记为CK、W和HR。而对于辣根组来说，因辣根的加入量50，100或200g/m2不同分别记为HR50，HR100和HR200。
图6给出了金丝垂柳种植下从处理时开始土壤中PCP浓度的变化情况。从图中可看出，从处理开始，金丝垂柳的种植对土壤中PCP浓度的下降有促进作用，在W处理下土壤中五氯苯酚浓度的下降与CK对照组差异显著(p＜0.05)。金丝垂柳的种植45天后，表层土壤中五氯苯酚的处理效果能达到40％以上。从图7可以看出，深根性植物辣根为多年生十字花科无性繁殖深根性根瘤植物，其种植方式以肉质根掩埋的方式单独埋入，种植密度为100g/m2，辣根种植对土壤中PCP浓度的减少有显著的促进作用。与S-CK处理相比，50HR处理组(种植量为50g/m2时)土壤中PCP浓度在45天后有显著的下降(p＜0.05)。而100HR处理组和200HR处理组在15天后呈显著下降(p＜0.05)。不同种植量的辣根对土壤中PCP浓度的变化也有显著的影响。随着种植辣根量的增加，土壤中PCP浓度的衰减比例会增大。与50HR处理组相比，100HR处理组和200HR处理组分别在处理30天和15天后就有显著的降低作用(p＜0.05)。三组HR处理组处理45天后，表层土壤中五氯苯酚的处理效果分别能达到30，45和50％以上。这说明金丝垂柳的种植和辣根的种植都能促进土壤中五氯苯酚浓度的下降。其中，辣根的种植对土壤中五氯苯酚浓度下降的促进效果更明显，而且其随着种植辣根量的增加作用也增强。
实施例4：
多环芳烃菲污染土壤的植物组合修复效果
其基本步骤同实施例1，处理组有：土壤对照组、金丝垂柳和辣根组合组，分别记为CK和W+HR。柳树为金丝垂柳J1011，深根性植物辣根为多年生十字花科无性繁殖深根性根瘤植物，其种植方式以肉质根掩埋的方式与金丝垂柳间植埋入，种植密度为100g/m2。如图8，其处理效果与实施例1相比，植物组合修复的效果要比单一的要好，处理效果能在45天后达到50％以上。如图9，在处理开始后，金丝垂柳叶和茎中菲浓度仍随时间延长而显著增加。在辣根处理下，经过45天的生长，金丝垂柳叶和茎中菲含量比处理初始值增加到1134％和501％。
实施例5：
多环芳烃芘污染土壤的植物组合修复效果
其基本步骤同实施例2，处理组有：土壤对照组、金丝垂柳和辣根组合组，分别记为CK和W+HR。柳树为金丝垂柳J1011，深根性植物辣根为多年生十字花科无性繁殖深根性根瘤植物，其种植方式以肉质根掩埋的方式与金丝垂柳间植埋入，种植密度为80g/m2。如图10，其处理效果与实施例2相比，与HR处理相比，W+HR处理组土壤中芘浓度有一定的下降，但是，与W处理相比，W+HR处理组土壤中芘浓度却无显著下降，即使如此，处理效果能在45天后达到40％以上。在辣根处理下，经过45天的生长，金丝垂柳叶和茎中芘含量仍然未能检测到。
实施例6
基本处理步骤同实施例1、2和3，只是将金丝垂柳的种植密度进行调整，通过比较发现，当种植密度分别为土壤中菲、芘和五氯苯酚的含量为每5、50和1mg/kg时每平方米种植4～6株时处理效果好，种植密度过小或者过大都不利于实际的处理效果和经济原则。
Claims (3)
1.一种受菲、芘或五氯苯酚污染土壤的植物修复方法，其步骤为：
(A)测量土壤中菲、芘或五氯苯酚的含量；
(B)将种植深根性植物辣根或者同时插种金丝垂柳和种植深根性植物辣根，其中的金丝垂柳为金丝垂柳J1011，土壤中菲、芘或五氯苯酚的含量分别为每5、50和1mg/kg时每平方米种植4～6株。
2.根据权利要求1所述的受菲、芘或五氯苯酚污染土壤的植物修复方法，其特征在于步骤B中的深根性植物辣根为多年生十字花科无性繁殖深根性根瘤植物，其种植方式以肉质根掩埋的方式埋入或与金丝垂柳间植埋入。
3.根据权利要求2所述的受菲、芘或五氯苯酚污染土壤的植物修复方法，其特征在于步骤B中辣根种植密度为50～200g/m2。
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