CN102553900A - 一种利用赤霉素-Tween80联合强化修复镉-苯并[a]芘复合污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及强化修复复合污染土壤技术，具体地说是一种利用赤霉素-Tween80联合强化修复镉-苯并[a]芘复合污染土壤的方法。在镉-苯并[a]芘复合污染土壤中投加赤霉素和Tween80，而后种植修复植物，进而达到修复镉-苯并[a]芘复合污染土壤的目的。本发明将赤霉素和Tween80两者复合处理更有利于修复镉-苯并[a]芘复合土壤，能够明显提高植物对镉和苯并[a]芘的修复效果。

Description

一种利用赤霉素-Tween80联合强化修复镉-苯并[a]芘复合污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及强化修复复合污染土壤技术，具体地说是一种利用赤霉素-Tween80联合强化修复镉-苯并[a]芘复合污染土壤的方法。

背景技术

植物修复强化技术是指利用生物、化学、物理等手段，改变污染物的存在形态，改善植物的生长环境、以提高植物对污染物的修复能力，使植物修复技术走向商业化。植物强化技术主要针对土壤和植物两个方面：(1)从土壤入手，通过向土壤施用化学物质，改变土壤中污染物的赋存形态，使之从与土壤的结合态向水溶态和交换态转换，从而提高其在植物体内的可利用性(文献1：Ernst W H O，Nelissen H J M.Life-cycle phases ofa zinc-and cadmium-resistant ecotype of Silene vulgaris in riskassessment of polymetallic mine soils[J].Environ Pollut.2000，107：329-338.)；(2)从植物入手，在植物不出现毒害的前提下，一方面根据植物吸收和转运污染物的机制，提高植物地上部分对污染物的牵引力，促使土壤中的污染物顺利完成从土壤→植物根际，由植物根系→植物茎叶的传输过程；另一方面通过化学或农艺手段调控植物的生长发育，以获得较高的生物产量，最终获得较高的植物修复效率(文献2：陈玉成，熊双莲，熊治廷.表面活性剂强化重金属污染植物修复的可行性.生态环境.2004，13(2)：243.246)。

植物激素是植物自身产生的调节物质。目前公认的植物激素有五类，即生长素(IAA)、赤霉素(GA)、细胞***素(CTK)、脱落酸(ABA)和乙烯(ET)。植物激素通过促进植物生长、调节植物的生理代谢或与重金属螯合，以达到大量吸收重金属或降低重金属的毒性提高植物的修复效果(文献3：孙约兵，周启星，郭观林.植物修复重金属污染土壤的强化措施.环境工程学报，2007，1：103-110.)。López et al.(2005)研究发现，在0.2mmol Pb的培养液中加入100μm IAA和0.2mmol的EDTA时，非超富集植物Medicago sativa(alfalfa)叶片中Pb的含量比未加任何物质和仅加EDTA分别增加了28和6倍(文献4：López M.L.，Peralta，Videa J.R.，Benitez T.，et al.Enhancement of lead uptake by alfalfa(Medicago sativa)using EDTA and a plant growth promoter.Chemosphere，2005，61：595-598.)。Liu et al.(2007)在溶液中仅投加EDTA，地上部Pb含量增加了87.1％，而投加EDTA和10或者100μM IAA时，其地上部分别增加了149.2％和243.7％，也比投加单一EDTA分别增加了33.2％和83.7％，显示出EDTA和IAA在植物吸收Pb方面取到协同的促进作用(文献5：Liu D.Li T Yang X et al.Enhancement of lead uptakeby hyperaccumulator plant species Sedum alfredii Hance using EDTAand IAA.Bull Environ Contam Toxicol.2007，78：280-283.)。在土壤镍、Cd污染条件下，向玉米幼苗喷施植物激素类除草剂2，4-D，发现低剂量除草剂使植物根中Ni和Cd含量分别较未施加增加28.7％和29.3％，地上部Ni和Cd含量分别增加11.6％和10.5％；高浓度处理则植物根中Ni和Cd含量分别增加73.5％和57.4％，地上部Ni和Cd含量增加54.2％和41.2％。即植物激素类除草剂强化了植物对重金属的吸收。其可能机理是用低浓度或高浓度的激素处理植物引起植物代谢发生某些方面的变化(文献6：郭栋生，席玉英，王爱英.植物激素类除草剂对玉米幼苗吸收重金属的影响.农业环境保护，1999，18(4)：183-184.)。

表面活性剂(surfactant)是指能明显改变体系的界面性质与状态的物质，它具有亲水和亲脂性，因而在环境科学中常用来去除环境中有机或无机污染物。生物表面活性剂对重金属的解吸主要是通过其本身吸附在土壤颗粒表面，占据了土壤颗粒表面的吸附位点，减弱了土壤颗粒对重金属的吸附能力(文献7：David C H，Janick F A，Raina M M.Removal of cadmium，lead，and zinc from soil by a rhamnolipid biosurfactant[J].EnvironSci Technol.1995(29)：2280-2285.)。Hong et al.(2002)用皂角苷去除3种不同土壤(粘土、沙土和含有大量有机质的土壤)中的重金属进行了研究。发现皂角苷对Cu和Zn的去除率分别达到了90％-100％和85％-98％(文献8：Hong K J，TokunaGA S，Kajiuchi T.Evaluation ofremediation process with plant-derived biosurfactant for recoveryof heavy metals from contaminated soils[J].Chemosphere，2002，49(4)：379-387.)。王莉玮等(2004)研究发现播种前投加1mmol/kgTX-100，同时在收获前投加5mmol/kg EDTA，玉米、雪菜吸收铜的最高量分别为19.43，13.87g/plant，为对照的3.55和10.06倍，达到了显著性水平(p＜0.05)(文献9：王莉玮，陈玉成，董姗燕.表面活性剂与螯合剂对植物吸收Cd及Cu的影响.西南农业大学学报(自然科学版)，2004，26(6)745-749)。表面活性剂对有机污染物可产生协同增溶作用，可降低疏水性物质的界面张力，促进PAHs的解吸和溶解，从而提高生物修复效率(文献10：朱利中，冯少良，混合表面活性剂对多环芳烃的增溶作用及机理.环境科学学报，2002，22(6)：774-778；文献11：Wang SL，Mulligan CN.An evaluation of surfactant foam technology in remediation ofcontaminated soil.Chemosphere，2004，57：1079-1089.)，另外表面活性剂可促进微生物对有机污染物的降解作用(文献12：Sobisch，T.；Heb，H.；Niebelschutz；Schmidt，U.Effect of additives on biodegradationof PAHs in soils.Colloids and Surfaces A：Physicochem.Eng.A.2000，162，1-14.)。LAS和CTAB均利于柴油在土壤表面的解吸，且LAS的解吸效果更好.柴油的吸附量随LAS浓度的升高而降低.当CTAB的浓度小于临界胶束浓度(CMC)时，吸附量随CTAB浓度的升高而升高，当CTAB的浓度等于或大于临界胶束浓度时，吸附量随CTAB浓度的升高而降低(文献13：张景环和曾溅辉，表面活性剂对柴油在土壤中吸附的影响.环境化学.2007，26(5)：610-613.)。高彦征(2004)研究发现Tween80能增强植物吸收积累溶液中的菲和花。培养液中菲和花起始浓度为1.0和0.12mg/L时，低浓度Tween80(＜13.2mg/L)能显著增强黑麦草和红三叶吸收菲和芘，浓度为6.6mg/L时，促进作用最强，根和茎叶中菲和花含量、积累量、富集系数为无Tween80对照处理的216％；高浓度Tween80(＞39.6mg/L)则会抑制根和茎叶吸收积累菲和芘(文献14：高彦征，凌婉婷，朱利中等.黑麦草对多环芳烃污染土壤的修复作用及机制.农业环境科学学报.2005，24(3)：498-502.)。表面活性剂增效修复技术以其效率高、周期短，已经成为土壤有机和无机污染修复的主要方法之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用赤霉素-Tween80联合强化修复镉-苯并[a]芘复合污染土壤的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案：

1.一种利用赤霉素-Tween80联合强化修复镉-苯并[a]芘复合污染土壤的方法，其特征在于：在镉-苯并[a]芘复合污染土壤中投加赤霉素和Tween80，而后种植修复植物，进而达到修复镉-苯并[a]芘复合污染土壤的目的。

2.按权利要求1所述的利用赤霉素-Tween80联合强化修复镉-苯并[a]芘复合污染土壤的方法，其特征在于：所述每千克镉-苯并[a]芘复合污染土壤中添加3mmol Tween80+1mmol赤霉素或3mmol Tween80+5mmol赤霉素复合处理。

3.按权利要求1所述的利用赤霉素-Tween80联合强化修复镉-苯并[a]芘复合污染土壤的方法，其特征在于：所述种植的修复植物为孔雀草，待植物生长至成熟期时将植物整体移除。

4.按权利要求3所述的利用赤霉素-Tween80联合强化修复镉-苯并[a]芘复合污染土壤的方法，其特征在于：所述在Cd-B[a]P复合污染土壤中种植的孔雀草，定期浇水，使土壤含水量保持在田间持水量的65％-85％。

5.按权利要求1所述的利用赤霉素-Tween80联合强化修复镉-苯并[a]芘复合污染土壤的方法，其特征在于：在种植修复植物的土壤表层覆盖2-3cm厚沙子。

6.按权利要求1所述的利用赤霉素-Tween80联合强化修复镉-苯并[a]芘复合污染土壤的方法，其特征在于：每千克复合污染土壤重投加3mmolTween80和1mmol赤霉素复合处理最有利于对复合污染土壤中Cd的提取修复；每千克复合污染土壤重投加3mmol Tween80和5mmol赤霉素复合处理最利于去除复合污染土壤中的B[a]P。

7.按权利要求1所述的利用赤霉素-Tween80联合强化修复镉-苯并[a]芘复合污染土壤的方法，其特征在于：在复合污染土壤上种植修复植物，修复植物从污染土壤上吸收污染物，当修复植物生长至成熟期时，收获植物，再种植第二茬修复植物，重复上述操作，直至土壤中的镉-苯并[a]芘污染物达到环境安全标准；去除的修复植物晒干并转移至其它地方集中焚烧。

本发明所具有的优点：

1.本发明采用投加单一赤霉素以及与复合处理的赤霉素都能够促进植物生长，表现为植物生物量呈现不同程度上增加。

2.本发明添加Tween80有利于提高镉和苯并[a]芘在土壤中生物有效态，从而促进植物对镉和苯并[a]芘的吸收和积累。

3.本发明将赤霉素和Tween80两者复合处理更有利于修复镉-苯并[a]芘复合土壤，能够明显提高植物对镉和苯并[a]芘的修复效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的不同处理对孔雀草生物量的检测图。

图2为本发明实施例提供的不同处理下孔雀草体内镉积累量的检测图。

具体实施方式

实施例1

实验地点设在中国科学院沈阳应用生态所网室内，盆栽试验土壤采自该站无污染区表土(0-20cm)，土壤类型为草甸棕壤。所有处理中复合污染浓度B[a]P 5mg/kg+Cd 20mg/kg，研究发现，当Tween80浓度为3mmol/kg时，孔雀草和紫茉莉生物量达到最大，对Cd和B[a]P吸收能力最强，故本实验中将Tween80的浓度设为3mmol/kg(文献15：孙约兵.重金属-PAHs复合污染植物修复技术及其强化措施.中科院沈阳应用生态研究所.2010.)。将供试土壤风干过4mm筛后，先用丙酮溶解所需的B[a]P，加入少部分供试土壤中，待丙酮完全挥发后，即挥发3-5d，将其拌入全部供试土壤中，充分混匀。然后共计7个处理，分别为每千克复合污染土壤中投加1mmol的GA(T₂)，3mmol的GA(T₃)、5mmol的GA(T₄)、1mmolGA和3mmolTween80(T₅)，3mmol GA和3mmolTween80(T₆)、5mmolGA和3mmol Tween80(T₇)和不投加任何表面活性剂和激素处理设为空白CK(T₁)。激素以液体的形式喷撒于叶片上。混匀后装入塑料盆(

H＝11cm)中，每盆装土1kg，平衡2个星期后待用，每个处理重复3次。同时进行花卉育苗，将土壤、河沙、蛭石按照7∶2∶1的重量比例混匀装入穴盘中，点播孔雀草和紫茉莉种子，保持土壤湿润。40-50d后，幼苗长出4-6片真叶，选取长势一致的移入处理盆中，每盆3棵。用根际袋将土壤分为根际土和非根际土。根据土壤水分丰缺状况，不定期浇水，使土壤含水量经常保持在田间持水量的65-85％左右。

采集植物样和土样，将收获的植物样品分为根、茎和叶3部分，分别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，然后再用去离子水冲洗，沥去水分。在65℃下烘干至衡重，称量干重后粉碎备用。土壤置于室温下暗处风干，过20目筛，待分析。

B[a]P测定方法：

土壤和植物样品提取方法参照文献宋玉芳等(1995)和高彦征等(2005)[文献13：宋玉芳，区自清，孙铁珩.土壤、植物样品中多环芳烃(PAHs)分析方法研究.应用生态学报，1995，6(1)：92-96；文献14：高彦征，朱利中，凌婉婷，等.土壤和植物样品的多环芳烃分析方法研究.农业环境科学学报，2005，24(5)：1003-1006.]。提取后用气相色谱(GC)分析.分析条件：DB-25毛细管色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm)；采用自动进样方式；进样口无分流模式，温度250℃；柱流量115ml/min；柱箱初始温度80℃保持1min，以15℃/min升到275℃保留1min，以10℃/min升到285℃保留1min，再以5℃/min升到295℃保留1min；氢火焰离子化检测器(FID)温度300℃.

所有检测的数据都重复3次，在计算机上用Microsoft Excel 2003进行平均值和标准差的运算，以Mean±SD形式表示。并利用最小显著性差异测验(LSD测验)进行植物样品差异显著性测验(参见表1、表2，图1和图2)。

实验结果如下：

参见图1可知，不同处理都促进孔雀草的生长和发育，表现为植物的株高和生物量都有所增加。单一浓度GA处理下，随着投加浓度的增加植物地上部生物量也随之增加，与对照相比，孔雀草的生物量增加了13.47％-32.19％。当同时投加Tween80和GA，植物生物量也随着GA含量增加而增大，与对照相比孔雀草的生物量增加了22.66％-54.83％。可以看出，同时投加Tween80和GA对植物的生长取到协同的促进作用，与单一同浓度GA处理相比，复合处理下孔雀草生物量增加了7.89％-17.12％。其中在(T₇)处理时，植物生物量达到最大。以上说明了Tween80和GA复合处理下提高孔雀草的生物量，更有利于用来修复Cd-B[a]P复合污染土壤。

表1表示的是不同处理下孔雀草体内Cd含量。可以看出，不同处理下孔雀草体内Cd含量表现为叶＞茎＞根，地上部＞根部。其中在T1、T5、T6和T7处理中植物的叶和地上部Cd超过Cd超富集植物临界含量标准。施加GA抑制植物各部分对Cd的吸收，与对照相比，根、茎、叶和地上部Cd含量分别减少了12.08％-49.58％、15.66％-19.59％、16.22％-39.91％和18.03％-49.89％，且其各部分Cd含量随着GA投加浓度的增加而逐渐减少。Tween80和GA复合处理下促进孔雀草对Cd的吸收，与对照相比地上部增加了1.11％-31.56％。与单一同浓度GA处理相比，复合处理下根、茎、叶和地上部分别增加了1.29-2.51、0.15-0.52、0.75-1.09和0.52-0.72倍。其中在(T₅)复合处理下，植物各部分Cd含量达到最大，根、茎、叶和地上部分别达到91.09、107.04、207.08和158.11mg/kg，其中地上部Cd含量显著高于其它处理(p＜0.05)。

表1不同处理下孔雀草体内Cd含量

参见图2可知，Cd在孔雀草体内绝大部分集中在地上部，占整个植物的89.12％-96.21％，尽管投加GA能够促进植物生长，但如果增加的生物量不能抵消其体内减少的重金属含量，重金属的积累量表现为降低。单一GA处理时促进植物地上部生长，但地上部Cd含量却出现降低，故Cd积累量随着GA浓度增加而减少。与对照相比，地上部Cd积累量降低了3.64％-11.45％。Tween80和GA复合处理下，地上部和根部Cd积累量显著增加(p＜0.05)，与对照相比，分别增加了1.89-2.31和0.57-0.82倍。与单一同浓度GA处理相比，复合处理下植物地上部Cd积累量增加了70.31％-88.62％，且在复合物处理T₅时孔雀草地上部Cd含量达到最大，为1041.94μg/pot。

表2表示的是不同处理下，植物各部分B[a]P含量。由表2可知，与对照相比，投加单一GA处理时抑制孔雀草对B[a]P的吸收，植物体各部分B[a]P含量随着GA浓度增加而降低。其中孔雀草根、茎、叶和地上部分别降低了6.02％-39.45％，9.72％-55.76％，19.23％-51.06％和14.80％-52.49％。且在GA-5处理是，植物地上部B[a]P与对照相比出现显著降低(p＜0.05)。当GA和Tween80复合处理时促进孔雀草各部分对B[a]P的吸收，与对照相比，T5-T7处理下孔雀草各部分B[a]P含量显著增加。与对照相比，孔雀草地上部B[a]P增加了24.92％-122.86％，孔雀草地上部B[a]P含量在T6复合处理时达到最大，为10.45mg/kg。与单一同浓度GA处理相比，复合处理下植物各部分B[a]P含量都显著增加(p＜0.05)。

表2不同处理下孔雀草体内B[a]P含量

由表3可知，投加单一浓度GA，Cd和B[a]P在孔雀草的富集系数随浓度增加而降低；在复合污染条件下，其富集系数也随着GA增加而减少。当GA投加量相同时，Tween80的投加促进植物对Cd和B[a]P的吸收，植物对Cd的富集系数增加了51.52％-72.71％；B[a]P富集系数增加了137.50％-196.92％，且都高于对照处理。单一和复合处理下，转移系数总体呈下降趋势。

表3不同处理下对植物吸收Cd和B[a]P以及污染物修复潜力的影响

孔雀草对Cd提取修复率为1.76％-5.21％(表3)。投加单一浓度的GA，植物对Cd的修复效率总体降低；当GA和Tween80复合处理时，显著促进对Cd的去除，与对照相比，孔雀草对Cd去除率增加了1.62％-2.34％。同样，复合处理下植物对Cd和B[a]P提取率也要高于单一处理。不同处理中，T5复合处理处理最有利孔雀草修复Cd污染土壤，其提取率高于其它处理。不同处理都提高了孔雀草对B[a]P的去除(T2处理孔雀草除外)，超过1.01％-7.24％；GA和Tween80复合处理，植物对B[a]P的去除效果好于单一GA处理。其中T7GA复合处理处理最有利于对B[a]P的修复，B[a]P去除率最大。

上述实验结果表明，GA和Tween80复合处理下，显著提高植物的生长和发育，促进植物对Cd和B[a]P的吸收和积累。其中，T5复合处理最有利于提取修复复合污染土壤中的Cd；而T7复合处理处理最有利于对复合污染土壤B[a]P去除。所以，利用适宜浓度GA和Tween80处理有利于修复Cd-B[a]P复合污染土壤。

Claims (7)

1.一种利用赤霉素-Tween80联合强化修复镉-苯并[a]芘复合污染土壤的方法，其特征在于：在镉-苯并[a]芘复合污染土壤中投加赤霉素和Tween80，而后种植修复植物，进而达到修复镉-苯并[a]芘复合污染土壤的目的。

2.按权利要求1所述的利用赤霉素-Tween80联合强化修复镉-苯并[a]芘复合污染土壤的方法，其特征在于：所述每千克镉-苯并[a]芘复合污染土壤中添加1-5mmol赤霉素和1-8mmolTween80。

3.按权利要求1所述的利用赤霉素-Tween80联合强化修复镉-苯并[a]芘复合污染土壤的方法，其特征在于：每千克复合污染土壤重投加3mmolTween80和1mmol赤霉素复合处理最有利于对复合污染土壤中Cd的提取修复；每千克复合污染土壤重投加3mmol Tween80和5mmol赤霉素复合处理最利于去除复合污染土壤中的B[a]P。

4.按权利要求1所述的利用赤霉素-Tween80联合强化修复镉-苯并[a]芘复合污染土壤的方法，其特征在于：所述种植的修复植物为孔雀草，待植物生长至成熟期时将植物整体移除。

5.按权利要求4所述的利用赤霉素-Tween80联合强化修复镉-苯并[a]芘复合污染土壤的方法，其特征在于：所述在Cd-B[a]P复合污染土壤中种植的孔雀草，定期浇水，使土壤含水量保持在田间持水量的65％-85％。

6.按权利要求1所述的利用赤霉素-Tween80联合强化修复镉-苯并[a]芘复合污染土壤的方法，其特征在于：在种植修复植物的土壤表层覆盖2-3cm厚沙子。

7.按权利要求1所述的利用赤霉素-Tween80联合强化修复镉-苯并[a]芘复合污染土壤的方法，其特征在于：在复合污染土壤上种植修复植物，修复植物从污染土壤上吸收污染物，当修复植物生长至成熟期时，收获植物，再种植第二茬修复植物，重复上述操作，直至土壤中的镉-苯并[a]芘污染物达到环境安全标准；去除的修复植物晒干并转移至其它地方集中焚烧。

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