CN106001097B - 一种联合修复DDTs-PAHs复合污染土壤的方法 - Google Patents

一种联合修复DDTs-PAHs复合污染土壤的方法 Download PDF

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Abstract

一种联合修复DDTs‑PAHs复合污染土壤的方法，涉及一种修复污染土壤的方法，采用生物表面活性剂鼠李糖脂联合高效混合降解菌强化促进设施农业土壤中残留的有机氯农药滴滴涕及多环芳烃进行分解、转化；同时种植低积累型蔬菜作物，通过植物根系代谢及根际分泌物的化学刺激作用进一步强化微生物生长及对有机污染物滴滴涕和多环芳烃的降解，本方法具有对环境破坏小，不产生二次污染、费用低廉、易于大规模操作、不影响生产及经济收入的优点，是一种安全有效、能够边修复边生产的原位修复技术，适合仍在种植作物的中低污染设施农业土壤修复。

Description

一种联合修复DDTs-PAHs复合污染土壤的方法
技术领域
本发明涉及农业土壤有机污染修复的研究领域，具体地说是一种修复设施农业土壤中有机氯农药滴滴涕和多环芳烃复合污染的表面活性剂-植物-微生物联合修复方法。
背景技术
一直以来，人们为了追求较高的产量和经济效益，肥料和农药的施入量不断增加。据统计，我国每年农药施用量达50～60×107 kg。农药喷洒过程中，仅有8%的农药会被作物吸收，大约40～50%的农药会落在土壤表层。全国受到农药污染的农田达到1600万hm2，主要农产品的农药超标率高达16-20%。尽管从上个世纪80年代初实行农药登记制度以来，已停止生产和使用滴滴涕、氯丹、七氯等农药，但由于我国在20世纪60～80年代之间曾大量生产和使用有机氯农药，土壤中残留有大量的农药，污染造成的严重后果在短期内仍然难以消除。多环芳烃（PAHs）是一类土壤环境中常见的典型持久性有机污染物，其浓度水平已从µg/kg上升到mg/kg量级，主要农产品PAHs超标率达到20%左右。设施农业土壤大多都存着有机复合污染的危害。
因此，开展城郊设施农业土壤有机复合污染多元阻控与强化微生物修复的新技术研究，对于改善城市及近郊土壤环境质量，降低人群健康风险，具有极大的社会效益和环境效益。但迄今为止一直缺乏经济有效的有机复合污染农田土壤修复的实用技术，特别是缺乏在修复农田土壤的同时仍然可以开展生产活动、取得经济收益的绿色修复技术。
目前，有机污染土壤修复技术主要有物理修复、化学修复和生物修复等方法。物理修复主要釆用物理的方法如汽提、填埋等去除或固定污染物。但该技术实施的工程量较大，实施成本较高，在一定程度上限制其推广应用。化学修复一般采用在土体施加增溶试剂或固定试剂的方法将有机污染物淋洗出或固定于土壤中，进而提高有机污染物的流动性或滞留性。但淋洗液在淋洗土壤污染物的同时也将植物必需的Ca和Mg等营养元素淋洗出根际，造成植物营养元素的缺失。生物修复是利用微生物（如细菌、真菌）降解或植物吸收固定有机污染物，与物理化学修复相比，生物修复易操作、成本低、且不易产生次生污染，因而备受青睐。在有机污染土壤生物修复过程中，植物和微生物通常只能吸收和降解土壤溶液中溶解态的有机污染物，修复效率较低。表面活性剂能够促进有机污染物从土壤中释放，使其分配到表面活性剂胶束中或吸附到表面活性剂单体上，提高微生物降解率及生物有效性。因此，采用表面活性剂-植物-微生物联合修复复合有机污染土壤，不但可以提高修复效率，而且，微生物分泌的化学物质又可减轻植物受到的毒害作用，促进植物生长，同时，选用低积累型植物，其地上部分吸收和富集DDTs及PAHs含量远远低于常规植物，在安全食用标准内时，仍可作为食用蔬菜获得经济效益。
发明内容
本发明的目的提供一种一种联合修复DDTs-PAHs复合污染土壤的方法，即植物-微生物-表面活性剂联合修复DDTs-PAHs复合污染农业土壤的方法。该方法具有对环境破坏小，不产生二次污染、费用低廉、易于大规模操作、不影响生产及经济收入的优点，是一种安全有效、能够边修复边生产的原位修复技术，适合中低污染的设施农业土壤修复。
本发明采用的技术方案为：
鼠李糖脂强化植物-微生物联合修复DDTs-PAHs复合污染农业土壤的方法，该方法是在有机氯农药滴滴涕及多环芳烃复合污染农业土壤中喷洒生物表面活性剂鼠李糖脂，并接种土著混合降解菌（甲基营养型芽孢杆菌和球形节杆菌），同时种植低积累型蔬菜作物，通过植物-微生物-生物表面活性剂的协同作用降解目标污染物，从而实现既去除设施土壤中残留的复合有机污染物，又不影响生产和经济收益的目的；所述土著高效降解菌为DDTs-PAHs复合污染农业土壤中筛选出的土著微生物甲基营养型芽孢杆菌和球形节杆菌；所述表面活性剂为鼠李糖脂；所述植物为低积累型蔬菜作物。
混合降解菌为甲基营养型芽孢杆菌和球形节杆菌，甲基营养型芽孢杆菌（Bacillus methylotrophicus），2016年5月18日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号：CGMCC No.12461，保藏地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号。球形节杆菌（Arthrobacter globiformis）2016年3月16日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号：CGMCC No.12220，保藏地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号。
本发明方法的具体实施步骤如下：
1. 设施农业土壤经过初步翻耕（翻耕深度为20～40 cm）、平整，自然条件下晾晒1～2周，然后将实验室筛选出的高效降解菌甲基营养型芽孢杆菌和球形节杆菌制成混合菌悬液，均匀的喷洒于污染土壤上，土壤的接菌剂量为100～300 L/ha，接种浓度为0.5～1.5×109cfu/g土，喷洒后12 h内立刻将土壤翻耕混匀；
2. 鼠李糖脂的施加浓度为5～20mg/kg，将配制好的鼠李糖脂溶液均匀的喷洒于土壤表面上，表面活性剂投加后立刻将土壤进行二次混匀；
3. 通过实验室盆栽实验筛选出茎叶中吸收DDTs-PAHs浓度低的低积累型蔬菜作物。选取饱满的作物种子，于土壤接种高效混合降解菌及喷洒表面活性剂鼠李糖脂后6～12h内播种。蔬菜播种方式为条播，播种量为0.5～0.8公斤/亩，播种深度为2.0～3.0cm，播种前每条带中先施用氮磷钾复合肥，然后覆土，土壤上层播撒饱满、无虫蛀的蔬菜种子。
4. 种植植物后，按照设施农业常规管理方法，定期浇水、施肥、除草，并保持田间持水量60%～75%。
5. 通过重复步骤1～步骤4，就可清除污染设施农业土壤中PAHs和DDTs，直到达到其环境安全标准。
本发明具有如下优点与有益效果：
本发明通过生物表面活性剂鼠李糖脂联合PAHs-DDTs混合降解菌及低积累型蔬菜作物修复PAHs-DDTs有机复合污染农田土壤。该方法采用的生物表面活性剂鼠李糖脂具有低毒/无毒特性，且能够被生物降解，不会造成土壤二次污染。而且通过施用生物表面活性剂可协同增溶洗脱吸附在土壤上的DDTs和PAHs，进而显著提高微生物降解菌的降解效率。本发明中接种混合降解菌，与单一降解菌相比，能够获得更高的修复效果。另外，通过实验室筛选出低积累型蔬菜作物，联合种植植物过程中植物根系分泌物可以进一步促进土壤中DDTs和PAHs的分解。由于低积累型蔬菜作物其地上茎叶中污染物的浓度及富集量较低，在食品食用安全范围内时，即可实现边生产边修复，将会成为中低污染农业土壤未来的一种修复趋势。
附图说明
图1是（70天后）不同处理组土壤中多环芳烃（16 Priority PAHs）的残留量与降解率，从左至右：（1）混合降解菌+5mg/kg鼠李糖脂+油菜(RL5)；（2）混合降解菌+10mg/kg鼠李糖脂+油菜(RL10)；（3）混合降解菌+20mg/kg鼠李糖脂+油菜(RL20)；（4）未添加任何物质的自然土壤(CK)。
图2是（70天后）不同处理组土壤中滴滴涕（p,p'-DDT + o,p'-DDT + p,p'-DDE +p,p'-DDD）的残留量与降解率，从左至右：（1）混合降解菌+5mg/kg鼠李糖脂+油菜(RL5)；（2）混合降解菌+10mg/kg鼠李糖脂+油菜(RL10)；（3）混合降解菌+20mg/kg鼠李糖脂+油菜(RL20)；（4）未添加任何物质的自然土壤(CK)。
具体实施方式
实施例1：设施农业土壤原位修复试验
本实验采用现场修复实验，实验地选择在沈阳城郊设施农业基地内。首先将设施大棚内土壤进行翻耕（翻耕深度为20～40 cm）、平整，自然条件下晾晒1～2周。然后将土壤分成1.5 m×1.5 m正方形土格，每两个土格中间留有40-50cm宽间隔带。共做四种处理：（1）什么也不添加的对照处理；（2）混合降解菌+5mg/kg鼠李糖脂+油菜(RL5)；（3）混合降解菌+10mg/kg鼠李糖脂+油菜(RL10)；（4）混合降解菌+20mg/kg鼠李糖脂+油菜(RL20)。
具体实施步骤如下：
（1）将实验室筛选出的高效降解菌甲基营养型芽孢杆菌和球形节杆菌制成混合菌悬液，均匀的喷洒于污染土壤上，土壤的接菌剂量为100～300 L/ha，接种浓度为0.5～1.5×109cfu/g土；（2）将鼠李糖脂用去离子水溶解成溶液，均匀的喷洒于土壤表面上，施加浓度分别为5、10和20mg/kg。12 h内立刻将土壤翻耕混匀；（3）以条播方式播种油菜。每个土壤格中设置8-10条种植垄，每条垄中先施用氮磷钾复合肥，然后覆土，土壤上层播撒饱满、无虫蛀的油菜种子，播种量为0.5～0.8公斤/亩，播种深度为2.0～3.0cm；（4）种植油菜后，按照设施农业常规管理方法，定期浇水、施肥、除草，并保持田间持水量60%～75%。油菜生长2-3个月时进行采收，并测定土壤及植物地上部分中污染物含量。
实施例2：设施农业土壤原位修复模拟试验
本实验采用现场修复实验，在设施农田土壤中人工添加一定DDT污染物，平衡一段时间后进行修复。实验地选择在沈阳城郊设施农业基地内。首先将设施大棚内土壤中添加一定剂量DDT污染物，然后进行翻耕（翻耕深度为20～40 cm）、平整，自然条件下晾晒平衡1～3月。然后将土壤分成1.5 m×1.5 m正方形土格，每两个土格中间留有40-50cm宽间隔带。共做四种处理：（1）什么也不添加的对照处理；（2）混合降解菌+5mg/kg鼠李糖脂+油菜(RL5)；（3）混合降解菌+10mg/kg鼠李糖脂+油菜(RL10)；（4）混合降解菌+20mg/kg鼠李糖脂+油菜(RL20)。
具体实施步骤如下：
（1）将实验室筛选出的高效降解菌甲基营养型芽孢杆菌和球形节杆菌制成混合菌悬液，均匀的喷洒于污染土壤上，土壤的接菌剂量为100～300 L/ha，接种浓度为0.5～1.5×109cfu/g土；（2）将鼠李糖脂用去离子水溶解成溶液，均匀的喷洒于土壤表面上，施加浓度分别为5、10和20mg/kg。12 h内立刻将土壤翻耕混匀；（3）以条播方式播种油菜。每个土壤格中设置8-10条种植垄，每条垄中先施用氮磷钾复合肥，然后覆土，土壤上层播撒饱满、无虫蛀的油菜种子，播种量为0.5～0.8公斤/亩，播种深度为2.0～3.0cm；（4）种植油菜后，按照设施农业常规管理方法，定期浇水、施肥、除草，并保持田间持水量60%～75%。油菜生长2-3个月时进行采收，并测定土壤及植物地上部分中污染物含量。
本实施例可以使本领域研究及技术人员更直观全面的了解该发明，但不以任何方式限制本发明。

Claims (3)

1.一种联合修复DDTs-PAHs复合污染土壤的方法，其特征在于：该方法在有机氯农药滴滴涕及多环芳烃复合污染农业土壤中喷洒生物表面活性剂鼠李糖脂，并接种土著混合降解菌，即，甲基营养型芽孢杆菌和球形节杆菌，同时种植低积累型蔬菜作物，土著混合降解菌为DDTs-PAHs复合污染农业土壤中筛选出的甲基营养型芽孢杆菌和球形节杆菌；表面活性剂为鼠李糖脂；植物为低积累型蔬菜作物；具体实施步骤如下：
（1）土壤经过初步翻耕，翻耕深度为20～40 cm、平整，自然条件下晾晒1-2周，然后将实验室筛选出的土著混合降解菌甲基营养型芽孢杆菌和球形节杆菌制成混合菌悬液，均匀的喷洒于污染土壤上，土壤的接菌剂量为100～300 L/ha，接种浓度为0.5～1.5×109cfu/g土，喷洒后12 h内立刻将土壤翻耕混匀；
（2）鼠李糖脂的施加浓度为5～20mg/kg，将配制好的鼠李糖脂溶液均匀的喷洒于土壤表面上，表面活性剂投加后立刻将土壤进行二次混匀；
（3）通过实验室盆栽实验筛选出茎叶中吸收DDTs-PAHs浓度低的低积累型蔬菜作物；选取饱满的作物种子，于土壤接种土著混合降解菌及喷洒表面活性剂鼠李糖脂后6～12h内播种。
2.按照权利要求1所述的一种联合修复DDTs-PAHs复合污染土壤的方法，其特征在于：低积累型蔬菜作物播种方式为条播，播种量为0.5～0.8公斤/亩，播种深度为2.0～3.0cm，播种前每条带中先施用氮磷钾复合肥，然后覆土，土壤上层播撒饱满、无虫蛀的蔬菜种子。
3.按照权利要求1所述的一种联合修复DDTs-PAHs复合污染土壤的方法，其特征在于：种植低积累型蔬菜作物后，按照设施农业常规管理方法，定期浇水、施肥、除草，并保持田间持水量60%～75%。
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