CN103752594B - 一种邻苯二甲酸酯污染土壤的植物修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污染土壤的修复技术领域，公开了一种邻苯二甲酸酯污染土壤的植物修复方法。该方法包括以下步骤：（1）将土壤破碎平整，包沟起晆，并施用基肥，用水浇至土壤湿润；（2）播种前每穴装入营养土或培养基，淋水，播种玉米种子，再覆盖营养土；（3）幼苗长至3～4片真叶时带土移栽，保持土壤湿润；（4）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，使其土壤中去除率达86%，实现高效去除土壤中邻苯二甲酸酯。玉米收割后，茎叶可用作饲料，具有经济效益。玉米生长快，根系发达，生物量大，可有效去除土壤中邻苯二甲酸酯；适用于大范围邻苯二甲酸酯中、低浓度污染土壤的修复。
Description
技术领域
本发明属于污染土壤的修复技术领域，特别涉及一种邻苯二甲酸酯污染土壤的植物修复方法。
背景技术
邻苯二甲酸酯（PAEs，又称酞酸酯，俗称塑化剂）是一类重要的有机化合物，它们被广泛用作塑料增塑剂、农药载体、驱虫剂、服装、化妆品、润滑剂等的生产原料。其中用量最大的是塑料增塑剂，约占其总产量的80%。PAEs也是一类环境内分泌干扰物，有的具有生殖发育毒性、肝脏毒性和潜在的致癌性以及生物累积效应，其中6种PAEs化合物被中国环境监测总站、美国国家环保局和欧盟等列为“优控污染物”。
近年来，随着PAEs在工业中的大量使用和地膜覆盖（包括塑料大棚）栽培技术的广泛应用，农业土壤中PAEs的污染普遍（蔡全英等,2005;杨国义等,2007;Caietal.,2008;Xuetal.,2008;Zengetal.,2008,2009;Xiaetal.,2011.）。我国工农业区土壤均已遭受PAEs不同程度影响，含量一般在微克/千克至毫克/千克数量级，以污灌区和工业区土壤污染较为严重。相当部分土壤中邻苯二甲酸双（2-乙基己基）酯（DEHP）和邻苯二甲酸正二丁酯（DnBP）等超过了美国土壤的相关控制标准（蔡全英等,2005；Caietal.,2008.）。而且，PAEs在土壤中的含量远高于多环芳烃、多氯联苯等持久性有机污染物（Caietal.,2008.），目前已成为一类全球性的重要环境有机污染物。由于PAEs的疏水性和抗降解能力强，容易造成其在环境中的富集，这势必影响到种植于该污染土上的农作物的安全，危害人类的身体健康。
国内外对重金属和多环芳烃等有机污染土壤的修复技术进行了大量研究，但对PAEs污染土壤的治理和修复技术研究相对很少。一般污染土壤可以采用物理化学修复和生物修复两大类方法。物理化学修复包括客土法、化学固定、电动修复、土壤淋洗等，这些技术不仅非常昂贵、难以大规模治理，且会导致土壤结构破坏和肥力下降等。目前，国内外对PAEs污染土壤主要是采用生物修复方法，尤其是微生物修复。主要是通过筛选微生物菌种，利用高效降解PAEs菌种来去除土壤中PAEs。例如，秦华等筛选到对DEHP高效降解的微生物菌株芽孢杆菌（Bacillussp1DW1）和革登氏菌（GordonaspDH3）。段星春等从污染土壤中驯化分离到能降解邻苯二甲酸二丁酯（DBP）的乙酸钙不动杆菌属（Acinetobactercalcoaceticus）和铜绿假单胞菌（Pseudomonasaeruginosa），对40mg/L初始浓度DBP的降解率分别达到98.64%、74.62%。微生物修复涉及高效降解菌的筛选，以及将该类菌株接种于PAEs污染土壤中，该技术周期相对较长，且降解菌接种到土壤中后受到很多环境因素等影响而难以达到实验室中的去除效果。
植物修复指利用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。主要是通过在污染地种植植物，实现部分或完全修复污染环境的原位治理技术。目前国内外对重金属和多环芳烃污染土壤的植物修复进行了大量研究，但利用植物修复PAEs污染土壤的方法鲜见报道。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种邻苯二甲酸酯污染土壤的植物修复方法，降解邻苯二甲酸酯、恢复土壤。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种邻苯二甲酸酯污染土壤的植物修复方法，包括以下步骤：
（1）将土壤破碎平整，包沟起晆，并施用基肥，用水浇至土壤湿润；
（2）播种前每穴装入营养土或培养基，淋水，播种玉米种子，再覆盖营养土；
（3）幼苗长至3～4片真叶时带土移栽，保持土壤湿润；
（4）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，使土壤DEHP的去除率达86%左右，达到高效去除土壤中邻苯二甲酸酯。
玉米收割后，可用作饲料。若不确定玉米植株中邻苯二甲酸酯的含量是否太高或超标，条件允许的可测得植株体内邻苯二甲酸酯含量，再用于制备饲料。
步骤（3）中所述移栽的植株株距优选为10～12cm。
步骤（4）中所述收割玉米植株优选为玉米生长40～45天时。
步骤（1）土壤中邻苯二甲酸酯的浓度为100mg/Kg或以下。
所述的邻苯二甲酸酯为邻苯二甲酸双（2-乙基己基）酯（DEHP）和邻苯二甲酸正二丁酯（DnBP）中的至少一种。
优选地，所述的邻苯二甲酸酯为邻苯二甲酸双（2-乙基己基）酯（DEHP）。
步骤（2）所述的玉米种子优选为万青品种。
优选地，所述的玉米种子指经挑选均匀饱满的玉米种子。
优选地，所述玉米种子播种前用0.1%氯化汞消毒清洗。
优选地，所述播种选用100穴玉米专用育苗板，每亩用盘40个左右。
优选地，所述加入营养土或培养基的量为穴内体积的2/3。
优选地，所述淋水指淋透水至土壤持水量70%左右。
优选地，上述种植过程中尽量不使用农药。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：
（1）玉米生长快，根系发达，生物量大，有效去除土壤中邻苯二甲酸酯；
（2）玉米适应性强，适于种植在不同土壤上；
（3）玉米根系与根际微生物联合，可促进邻苯二甲酸酯降解，使土壤中邻苯二甲酸酯的去除率达86%，实现高效去除邻苯二甲酸酯。
（4）本发明优选的万青品种玉米茎叶中邻苯二甲酸酯吸收积累量明显低于其他品种及自身的根系，可有效避免邻苯二甲酸酯残留超标的问题，因此收割的玉米茎叶可用作饲料，具有经济效益。
（5）本发明方法在土壤中邻苯二甲酸酯浓度高达117mg/Kg条件下仍可实现86%去除率，因此适用于大范围邻苯二甲酸酯中、低浓度污染土壤的修复。
附图说明
图1为不同品种玉米的生物量。
图2为不同品种玉米的茎叶和根系中DEHP含量。
图3为种植不同品种玉米后土壤中DEHP的残留浓度。
图4为种植不同品种玉米后土壤DEHP的去除率。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：在室内进行的盆栽试验
（1）水稻土风干、粉碎后配制成DEHP污染土壤。
（2）将DEHP污染土壤放入瓷盆中，下端出水孔用窗纱和碎瓷片堵住，每盆用土4Kg，土壤中DEHP的初始浓度为117mg/Kg。
（3）用自来水浇至土壤湿润，土壤干燥后（装盆后第5天）将其倒出破碎混匀后再装盆。
（4）种植的玉米品种共8种，包括万青、金海-6号、墨西哥玉米、华农-1号、华海、会单-4号、白玉糯和超甜-23。将经挑选均匀饱满的玉米种子，采用0.1%氯化汞消毒清洗。
（5）播种育苗：采用河砂为育苗基质，将育苗基质放入育苗板，铺平，然后将消毒后的玉米种子均匀播入河砂中，再用少量水稻土覆盖。用水浇淋，以后每天早晚浇水一次。
（6）待幼苗长至3～4片真叶时，从育苗板移苗定植至装有DEHP污染土壤的瓷盆中，玉米的植株株距为10～12cm。每天早晚浇水一次。玉米种植过程中不使用农药。
（7）玉米长至40～45天时，收割玉米植株，分地上部（即茎叶）和地下部（根系）的采收，同时采集土壤样品。测定玉米植株的生物量（图1）。
（8）收割玉米后分别测得玉米茎叶、根系和土壤样品中DEHP的残留浓度（图2和图3）。根据土壤的初始浓度，计算土壤中DEHP的去除率（图4）。
由图1中可以看出，玉米植物生物量在103.48～144.39g/盆，其中以白玉糯的生物量为最高，华农-1号、万青和超甜-23的生物量也较高。
图2给出了玉米的茎叶和根系中DEHP含量。由图可以看出，玉米茎叶中DEHP的含量在0.74～2.46mg/Kg，其中以超甜-23茎叶的最高，万青玉米的最低，与其它处理之间差异显著（墨西哥玉米除外）。说明万青玉米茎叶对DEHP的吸收累积量相对较低，甚至低于种植在DEHP污染土壤上的通菜（又名蕹菜）的含量还低（蔡全英等,2004.）；远低于生长在塑料工业区附近农田蔬菜DEHP的浓度（王家文等,2010.）。目前国内外尚未制定植物性饲料中DEHP的限量标准。美国环保署规定的人均每天从食物中摄入的DEHP量不超过0.25mg（蔡全英等,2004.）。若玉米用作饲料，动物允许从食物中摄入的DEHP量应该比0.25mg略高。按本案例的结果，万青玉米超标的可能性比较小，因此属于最优选品种。
图3给出了种植玉米后土壤中DEHP的残留浓度。由图3可以看出，种植不同品种玉米后土壤中DEHP的残留浓度差别较大，以华海玉米品种的最高，万青、华农-1号和白玉糯的较低，处理间差异显著。
图4给出了种植玉米后土壤中DEHP的去除率。与残留浓度相反，万青、华农-1号和白玉糯处理的DEHP去除率较高。结合图2玉米茎叶中DEHP的吸收累积浓度，可以看出万青玉米的吸收累积量较低，但去除率较高，说明万青玉米可促进土壤DEHP的降解，且万青玉米的生物量相对比较高，因此，万青玉米对土壤DEHP的修复潜力较大，可以更好地保障玉米的安全，用作饲料，具有一定的经济效益。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种邻苯二甲酸酯污染土壤的植物修复方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将土壤破碎平整，包沟起畦，并施用基肥，用水浇至土壤湿润；
(2)播种前每穴装入营养土，淋水，播种玉米种子，再覆盖营养土；
(3)幼苗长至3～4片真叶时带土移栽，保持土壤湿润；
(4)玉米长至穗期前，收割玉米植株；
步骤(2)所述的玉米种子为万青品种。
2.根据权利要求1所述的邻苯二甲酸酯污染土壤的植物修复方法，其特征在于：步骤(3)中所述移栽的植株株距为10～12厘米。
3.根据权利要求1所述的邻苯二甲酸酯污染土壤的植物修复方法，其特征在于：步骤(4)中所述收割玉米植株为玉米生长40～45天时。
4.根据权利要求1所述的邻苯二甲酸酯污染土壤的植物修复方法，其特征在于：步骤(1)所述土壤中邻苯二甲酸酯的浓度为100毫克/千克或小于100毫克/千克。
5.根据权利要求4所述的邻苯二甲酸酯污染土壤的植物修复方法，其特征在于：所述的邻苯二甲酸酯为邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯和邻苯二甲酸正二丁酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的邻苯二甲酸酯污染土壤的植物修复方法，其特征在于：步骤(2)所述玉米种子播种前用0.1％氯化汞消毒清洗。
7.根据权利要求1所述的邻苯二甲酸酯污染土壤的植物修复方法，其特征在于：步骤(2)所述播种选用100穴玉米专用育苗板，每亩用盘40个。
8.根据权利要求1所述的邻苯二甲酸酯污染土壤的植物修复方法，其特征在于：所述淋水指淋透水至土壤持水量70％左右。
9.根据权利要求1所述的邻苯二甲酸酯污染土壤的植物修复方法，其特征在于：所述玉米植株收割后用作制备饲料。
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