CN114733903B - 应用绿肥植物修复农田土壤邻苯二甲酸酯污染的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于土壤的修复技术领域，具体的涉及一种应用绿肥植物修复农田土壤邻苯二甲酸酯污染的方法。包括以下步骤：疏松整平待修复的污染土壤；在污染土壤中种植紫花苜蓿或毛苕子、加入粉碎后的新鲜紫花苜蓿或毛苕子；对修复后的污染土壤中的PAEs含量进行检测。本发明的方法可与农业生产活动有机结合、环境友好、经济易行；紫花苜蓿和毛苕子茎叶含有丰富的有机质和矿物质养分，翻压入田后，为土壤微生物提供碳源和共代谢基质，促进土壤中PAEs污染的降解；同时，紫花苜蓿和毛苕子可以作为清洁有机肥，在发挥修复土壤PAEs污染作用的同时，兼具培肥地力的作用；我国农田土壤中6种PAEs化合物总浓度范围为0.03‑6.29 mg/kg，本发明方法适应我国大部分农田土壤中PAEs污染的修复。

Description

应用绿肥植物修复农田土壤邻苯二甲酸酯污染的方法

技术领域

本发明属于土壤的修复技术领域，具体的涉及一种应用绿肥植物修复农田土壤邻苯二甲酸酯污染的方法。

背景技术

邻苯二甲酸酯（PAEs）主要用作增塑剂、溶剂、助剂等，全球年使用高达800万吨。由于农膜、肥料和农药大量使用，以及大气沉降，污水灌溉等因素，PAEs已成为我国农田土壤中普遍存在且含量最高的半挥发性有机污染物之一。

土壤中PAEs污染的修复方法主要有物理化学修复、植物修复和微生物修复等。我国耕地资源紧张，耕地污染治理的核心目标是实现土壤污染治理与农业生产的有效结合。相比于物理化学修复和微生物修复，植物修复方法可与农业生产活动有机结合、环境友好、经济易行，优点非常突出。

绿肥植物可以通过自身酶系及其根际体系对土壤有机污染物进行降解修复。紫花苜蓿和毛苕子是种植最为广泛的2种绿肥植物，其根系发达、适应性强、生物量较大，在修复土壤PAEs污染方面具有较大潜力。中国发明“PAEs污染土壤的修复方法”（申请号201610825410.9）和“一种PAEs污染土壤的植物修复方法”（申请号201310745346.X）通过在PAEs污染土壤中种植绿豆和玉米，实现土壤中PAEs污染物的修复。然而目前，还未检索到有关利用绿肥植物紫花苜蓿和毛苕子修复农田土壤PAEs污染的报道。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种应用绿肥植物修复农田土壤邻苯二甲酸酯污染的方法，包括以下步骤：

步骤一、疏松整平待修复的污染土壤；

步骤二、在污染土壤中种植紫花苜蓿或毛苕子；

步骤三、对修复后的污染土壤中的PAEs含量进行检测。

在上述的应用绿肥植物修复农田土壤邻苯二甲酸酯污染的方法中，作为优选的方案，所述步骤一中的疏松整平待修复的污染土壤具体为，疏松整平待修复土壤，开好排灌沟，并施用基肥，灌溉至土壤湿润，使土壤含水量达到土壤持水量的70%左右。

在上述的应用绿肥植物修复农田土壤邻苯二甲酸酯污染的方法中，作为优选的方案，所述步骤二中在污染土壤中种植紫花苜蓿或毛苕子具体为，播种前将紫花苜蓿或毛苕子种子用温水浸泡24 h，然后播种到污染土壤中；其中，紫花苜蓿播种量为1.5-2 kg/亩，毛苕子播种量为3-4 kg/亩；采取春播或秋播的方式，生长周期为45天-65天。

一种应用绿肥植物修复农田土壤邻苯二甲酸酯污染的方法，包括以下步骤：

步骤A、新鲜紫花苜蓿或毛苕子粉料制备；

步骤B、疏松整平待修复土壤，将步骤A制得的粉料均匀翻压入污染土壤中进行治理修复；

步骤C、对修复后的污染土壤中的PAEs含量进行检测。

在上述的应用绿肥植物修复农田土壤邻苯二甲酸酯污染的方法中，作为优选的方案，所述步骤A中新鲜紫花苜蓿或毛苕子粉料制备具体为，选取正常土壤对紫花苜蓿或毛苕子进行种植，将生长周期为45天-60天的紫花苜蓿或毛苕子进行粉碎；粉料的长度小于＜5cm。

在上述的应用绿肥植物修复农田土壤邻苯二甲酸酯污染的方法中，作为优选的方案，所述步骤B中疏松整平待修复土壤，将步骤A制得的粉料均匀翻压入污染土壤中进行治理修复具体为，疏松整平待修复土壤，将新鲜紫花苜蓿或毛苕子植株粉碎至<5 cm后均匀翻压入土壤中；灌溉至土壤湿润，定期灌溉，保持土壤含水量为土壤持水量的70%左右45天；绿肥翻压量为1-1.5 t/亩。

在上述的应用绿肥植物修复农田土壤邻苯二甲酸酯污染的方法中，作为优选的方案，所述对修复后的污染土壤中的PAEs含量进行检测中，检测结果满足6种PAEs化合物总浓度<1 mg/kg，可恢复农业生产活动。

在上述的应用绿肥植物修复农田土壤邻苯二甲酸酯污染的方法中，作为优选的方案，所述步骤A中制得的粉料至少包含紫花苜蓿或毛苕子中的一种。

在上述的应用绿肥植物修复农田土壤邻苯二甲酸酯污染的方法中，作为优选的方案，所述毛苕子或紫花苜蓿施用量为800 kg/亩。

本发明提供应用绿肥植物修复农田土壤邻苯二甲酸酯污染的方法，具有如下有益效果：

1、本发明的方法可与农业生产活动有机结合、环境友好、经济易行；

2、紫花苜蓿和毛苕子适种区广，春秋均可播种，根系发达、适应性强、生物量较大，在生长过程中有效去除土壤中的PAEs化合物；

3、紫花苜蓿和毛苕子茎叶对PAEs的富集能力明显低于其它绿肥作物，轻度PAEs污染土壤中种植的紫花苜蓿和毛苕子，其茎叶中PAEs污染物含量极低（图2）。收获的紫花苜蓿和毛苕子茎叶可用作饲料或作为有机肥翻压入田；

4、紫花苜蓿和毛苕子茎叶含有丰富的有机质和矿物质养分，翻压入田后，为土壤微生物提供碳源和共代谢基质，促进土壤中PAEs污染的降解；同时，紫花苜蓿和毛苕子可以作为清洁有机肥，在发挥修复土壤PAEs污染作用的同时，兼具培肥地力的作用；

5、土壤PAEs化合物中DEHP含量最高且较难降解，本发明方法在土壤中DEHP浓度为50 mg/kg时，可实现62.1%-93.5%的去除率（图1和图3）；我国大部分农田土壤中6种优控PAEs化合物总浓度范围为0.03-6.29 mg/kg（Niu et al., 2014），因此本发明方法适用于我国大部分PAEs污染农田土壤的原位修复。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的种植不同绿肥对土壤中DEHP的修复效果图；

图2为本发明实施例所提供的种植60 d时不同绿肥茎叶中DEHP含量图；

图3为本发明实施例所提供的毛苕子和紫花苜蓿还田对土壤中DEHP的修复效果图；

图4为本发明实施例所提供的毛苕子和紫花苜蓿对菜地土壤中PAEs的修复效果。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合具体情况说明本发明的示例性实施例：

实施例1：

一种应用绿肥植物修复农田土壤邻苯二甲酸酯污染的方法，包括以下步骤：

步骤一、疏松整平待修复的污染土壤；具体为，疏松整平待修复土壤，开好排灌沟，并施用基肥，灌溉至土壤湿润，使土壤含水量达到土壤持水量的70%左右。

步骤二、在污染土壤中种植紫花苜蓿或毛苕子；具体为，播种前将紫花苜蓿或毛苕子种子用温水浸泡24 h，然后播种到污染土壤中；其中，紫花苜蓿播种量为1.5-2 kg/亩，毛苕子播种量为3-4 kg/亩；采取春播或秋播的方式，生长周期为45天-65天。

步骤三、对修复后的污染土壤中的PAEs含量进行检测；检测结果满足6种PAEs化合物总浓度<1mg/kg，可恢复农业生产活动。

一种应用绿肥植物修复农田土壤邻苯二甲酸酯污染的方法，包括以下步骤：

步骤A、新鲜紫花苜蓿或毛苕子粉料制备；具体为，选取正常土壤对紫花苜蓿或毛苕子进行种植，将生长周期为45天-60天的紫花苜蓿或毛苕子进行粉碎；粉料的长度小于＜5 cm。

步骤B、疏松整平待修复土壤，将步骤A制得的粉料均匀翻压入污染土壤中进行治理修复；具体为，疏松整平待修复土壤，将新鲜紫花苜蓿或毛苕子植株粉碎至<5 cm后均匀翻压入土壤中；灌溉至土壤湿润，定期灌溉，保持土壤含水量为土壤持水量的70%左右45天；绿肥翻压量为1-1.5 t/亩。

步骤四C、对修复后的污染土壤中的PAEs含量进行检测检；测结果满足6种PAEs化合物总浓度<1 mg/kg，可恢复农业生产活动。

在上述的应用绿肥植物修复农田土壤邻苯二甲酸酯污染的方法中，作为优选的方案，所述步骤A中制得的粉料至少包含紫花苜蓿或毛苕子中的一种。优选的方案，所述毛苕子或紫花苜蓿施用量为800 kg/亩。

实施例2：

室内盆栽种植绿肥试验

以土壤中污染浓度最高且较难降解的DEHP为代表性PAEs污染物，开展室内盆栽试验。供试土壤为采自江苏省南京市农田的0~20 cm层黄棕壤（32°01′58″N，118°52′15″E），pH值为7.24，有机碳含量为7.44 g/kg，粘粒含量为27%。黄棕壤风干，去除植物根系等杂物，过2mm不锈钢筛网。取一部分过筛土壤制备0和5000 mg/kg DEHP污染母土。取1%的污染母土和99%的过筛土，充分混合均匀，制备成0和50 mg/kg的DEHP污染土壤。

将DEHP污染土壤装入玻璃缸（30 cm*20 cm*20 cm）中，土壤深度15 cm。用自来水将土壤含水量调节至田间最大持水量的50%，老化7 d后种植绿肥植物。

种植的绿肥植物共6种，包括油菜、毛苕子、高丹草、紫花苜蓿、豌豆和黑麦草。将饱满均匀的绿肥种子，经温水浸泡催芽后，播种于污染土壤中。播种量为每盆15粒种子。于25℃人工温室中恒温培养，光周期为12/12 h光/暗、光强为100 μmol/m²/s，定期补水维持土壤湿度。

绿肥播种后30 d时，采集土壤样品，60 d时采集绿肥茎叶样品和土壤样品。对不同绿肥植物茎叶和土壤中的DEHP残留量进行测定，根据土壤DEHP污染初始浓度，计算土壤中DEHP的去除率（图1）。同时对茎叶DEHP含量（图2）进行安全利用风险评估。

由图1可以看出，不同绿肥品种对土壤DEHP均有较好的修复效果，其中毛苕子和紫花苜蓿的修复效果最好。30 d和60 d时，种植毛苕子土壤中DEHP的去除率分别可达到71.8%和92.1%，种植紫花苜蓿土壤中DEHP的去除率分别可达到62.1%和79.1%。

由图2可以看出，种植60 d后，6种绿肥茎叶中DEHP含量范围为0.26-0.46 mg/kg。据报道，汕头市不同蔬菜基地蔬菜中DEHP含量为0.041-0.643 mg/kg（吴山等, 2015, 农业环境科学学报）。本研究中6种绿肥茎叶中DEHP含量在蔬菜DEHP含量范围之内。欧盟食品科学委员会通过科学评估，提出DEHP的人体每日允许摄入量为50 ug/(kg bw d)，按成人体重60 kg计算，每人每天摄入新鲜蔬菜0.5 kg，蔬菜中DEHP含量限值应为6 mg/kg。因此，在50mg/kg DEHP污染土壤中种植的6种绿肥，其茎叶中DEHP含量水平均较低，可以作为饲料加以利用。其中，毛苕子和紫花苜蓿茎叶DEHP含量在6种绿肥中均较低。

因此，综合考虑土壤DEHP去除率和茎叶DEHP含量，筛选出毛苕子和紫花苜蓿作为修复土壤DEHP污染的最佳绿肥植物。

实施例3：

绿肥翻压室内试验

试验所用土壤来源、性质、PAEs污染制备方式和浓度同实施例1。

将2 kg DEHP污染土壤与10 g 粉碎后的新鲜紫花苜蓿或毛苕子茎叶充分混合均匀，装入陶瓷盆中。调节土壤含水量至田间最大持水量的50%，于25℃人工温室中恒温培养，定期补水保持土壤湿度。

培养45 d后，采集土壤样品，测定土壤中DEHP残留量，根据土壤DEHP污染初始浓度，计算土壤中DEHP的去除率（图3）。

由图3可知，毛苕子和紫花苜蓿还田对土壤DEHP污染具有显著的修复效果，还田45d后，土壤中DEHP的去除率分别可达到93.5%和86.1%。其修复效果略优于绿肥种植。本试验中，绿肥与土壤的比例为1：200，按照每亩地耕层土重为160 t换算，毛苕子和紫花苜蓿施用量为800 kg/亩。因此，为达到较好的PAEs修复效果，推荐毛苕子和紫花苜蓿田间施用量为800 kg/亩。

实施例4：

种植绿肥修复PAEs污染菜地土壤试验

实施地点在南京市江宁区某PAEs污染菜地。经检测，土壤中6种优控PAEs污染总浓度为10.95 mg/kg。污染菜地翻耕整平后，分隔出9块4 m*5 m的试验小区，随机安排对照、种植苕子和种植苜蓿处理，每个处理重复3次。使用自来水灌溉土壤，使土壤含水量达到土壤持水量的70%左右。播种前，将紫花苜蓿或毛苕子种子用温水浸泡24 h，然后播种到污染土壤中。每个试验小区紫花苜蓿播种量为60 g，毛苕子播种量为120 g。播种后45 d采集土壤样品，测定土壤中PAEs残留量，计算土壤中PAEs的去除率（图4）。

由图4可知，种植毛苕子和紫花苜蓿45 d后，菜地土壤中PAEs的去除率分别达到75.34%和68.49%，去除效果远远高于对照处理。因此，在田间条件下，按照紫花苜蓿播种量为1.5-2 kg/亩、毛苕子播种量为3-4 kg/亩，可以达到较好的修复效果。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种应用绿肥植物修复农田土壤邻苯二甲酸酯污染的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、疏松整平待修复的污染土壤；

步骤二、在污染土壤中种植毛苕子，播种前将毛苕子种子用温水浸泡24 h，然后播种到污染土壤中；其中，毛苕子播种量为3-4 kg/亩；采取春播或秋播的方式，生长周期为45天-65天；

步骤三、对修复后的污染土壤中的PAEs含量进行检测。

2.根据权利要求1所述的应用绿肥植物修复农田土壤邻苯二甲酸酯污染的方法，其特征在于：所述步骤一中的疏松整平待修复的污染土壤具体为，疏松整平待修复土壤，开好排灌沟，并施用基肥，灌溉至土壤湿润，使土壤含水量达到土壤持水量的70%左右。

3.一种应用绿肥植物修复农田土壤邻苯二甲酸酯污染的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、新鲜毛苕子粉料制备，所述步骤A中新鲜毛苕子粉料制备具体为，选取正常土壤对毛苕子进行种植，将生长周期为45天-60天的毛苕子进行粉碎；粉料的长度小于＜5 cm；

步骤B、疏松整平待修复土壤，将步骤A制得的粉料均匀翻压入污染土壤中进行治理修复；具体为，疏松整平待修复土壤，将新鲜毛苕子植株粉碎至<5 cm后均匀翻压入土壤中；灌溉至土壤湿润，定期灌溉，保持土壤含水量为土壤持水量的70%左右45天；绿肥翻压量为1-1.5 t/亩；

步骤C、对修复后的污染土壤中的PAEs含量进行检测。

4.根据权利要求1或3所述的应用绿肥植物修复农田土壤邻苯二甲酸酯污染的方法，其特征在于：所述对修复后的污染土壤中的PAEs含量进行检测中，检测结果满足6种PAEs化合物总浓度<1 mg/kg，可恢复农业生产活动。

5.根据权利要求4所述的应用绿肥植物修复农田土壤邻苯二甲酸酯污染的方法，其特征在于：所述毛苕子施用量为800 kg/亩。