專利名稱：一種利用觀賞植物大花馬齒莧修復(fù)石油烴污染土壤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)污染土壤的環(huán)境修復(fù)技術(shù)，具體地說(shuō)是一種利用觀賞植物大花馬齒莧(Portulaca Grandiflora L.)修復(fù)石油烴污染土壤的植物修復(fù)方法。
背景技術(shù)：
土壤是人類(lèi)賴以生存的主要環(huán)境資源之一。在過(guò)去的幾十年里，人們使用有毒有害有機(jī)物的種類(lèi)和數(shù)量不斷增多，進(jìn)入土壤環(huán)境中的有機(jī)污染物日益增加。土壤有機(jī)污染物不僅直接導(dǎo)致生活在其中的生物衰亡，而且通過(guò)土壤-植物系統(tǒng)經(jīng)由食物鏈危及人類(lèi)的健康甚至整個(gè)生態(tài)環(huán)境的安全，而且通過(guò)污染物的遷移引起地表水和地下水的污染，在多個(gè)層面上構(gòu)成對(duì)人類(lèi)生存環(huán)境的威脅，使人類(lèi)暴露于更大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)中[文獻(xiàn) 1 周啟星，孔繁翔，朱琳.生態(tài)毒理學(xué).北京科學(xué)出版社2004，353-386;文獻(xiàn)2:戴樹(shù)桂.環(huán)境化學(xué)進(jìn)展.北京化學(xué)工業(yè)出版社2005，119-144 ；文獻(xiàn)3 James C. A.，Strand S. Ε. , Phytoremediation of small organic contaminants using transgenic plants, Current Opinion in Biotechology, 2009, 20 (2) :237-241.]。因此有效治理土壤中的有毒有害有機(jī)污染物已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外土壤和環(huán)境科學(xué)界共同研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)領(lǐng)域之一[文獻(xiàn)4 郭婷，張承東，齊建超，張清敏，喬俊，陳威，酵母菌-細(xì)菌聯(lián)合修復(fù)石油污染土壤研究，環(huán)境科學(xué)研究，22 (2009) 1472-1477 ；文獻(xiàn) 5 =Agamuthu P.，Abioye 0. P.，Aziz Α. A.， Phytoremediation of soil contaminated with used lubricating oil using Jatropha curcas，Journal of hazardous materials，179 Q010) 891-894 ；文獻(xiàn) 6 :宋玉芳，許華夏， 任麗萍.兩種植物條件下土壤中礦物油和多環(huán)芳烴(PAiB)的生物修復(fù)研究.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào).2001,12(1) :108-112.]。石油烴是由烷烴，芳烴，浙青質(zhì)和極性物質(zhì)四大類(lèi)物質(zhì)組成的復(fù)合污染物。石油被人們稱為“工業(yè)的血液”，是社會(huì)發(fā)展的支柱，現(xiàn)今全球每年石油產(chǎn)量達(dá)到 37 億噸左右[文獻(xiàn) 7 :Table Al. World total primary energy consumption by region，Reference case，2005-2035. U. S. Energy Information Administration (EIA)， International Energy Outlook 2010. http://www, eia. gov/oiaf/ieo/ieorefcase, htmll ο石油在開(kāi)采、儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中出現(xiàn)的含油泥漿、巖屑和落地原油，在煉制過(guò)程中出現(xiàn)的不當(dāng)操作會(huì)不可避免的產(chǎn)生石油烴類(lèi)的排放，從而對(duì)油井周?chē)^大面積的土壤產(chǎn)生嚴(yán)重污染。土壤中過(guò)量的石油烴導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)的破壞，分散土粒，影響土壤的通透性，同時(shí)被石油烴污染的土壤產(chǎn)生嚴(yán)重的疏水性，導(dǎo)致土壤不能正常吸濕和儲(chǔ)存水分從而阻礙植物正常生長(zhǎng)[文獻(xiàn) 8 :Liste H. H. Felgentreu D. Crop growth, culturabIe bacteria, and degradation of petrol hydrocarbons (PHCs) in a long-term contaminated field soil. Applied Soil Ecology，2006，31 :43-52.];并且可能通過(guò)滲透作用污染地下水[文獻(xiàn)9 : N. Sawatsky, X. Li.Importance of soil-water relations in assessing the endpoint of bioremediated soils. Plant and Soil. 1997，192 :227-236.]。因而對(duì)石油烴污染土壤進(jìn)行有效治理已經(jīng)刻不容緩。土壤石油污染的有效治理手段是學(xué)術(shù)界和工程界共同面對(duì)的一大難點(diǎn)，用以土壤石油污染修復(fù)的技術(shù)主要有物理化學(xué)方法和微生物修復(fù)技術(shù)。傳統(tǒng)的物理化學(xué)方法費(fèi)用高昂，易產(chǎn)生二次污染，不適合大規(guī)模應(yīng)用；值得注意的是微生物修復(fù)技術(shù)中使用的細(xì)菌等微生物可能給土壤和地下水帶來(lái)生物性污染，并且對(duì)于微生物難降解的有機(jī)污染物，根本無(wú)法使用微生物修復(fù)技術(shù)。可以預(yù)見(jiàn)，安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效的新技術(shù)在有機(jī)污染土壤修復(fù)中將扮演越來(lái)越重要的角色[文獻(xiàn)10 戴樹(shù)桂.環(huán)境化學(xué)進(jìn)展.北京化學(xué)工業(yè)出版社2005， 119-120]。作為一項(xiàng)新興的環(huán)境修復(fù)技術(shù)，有機(jī)污染土壤的植物修復(fù)是指利用植物在生長(zhǎng)過(guò)程中，吸收、降解、鈍化有機(jī)污染物的一種原位處理污染土壤的方法[文獻(xiàn)11 周啟星， 宋玉芳.2004.污染土壤修復(fù)原理與方法.北京科學(xué)出版社]。與傳統(tǒng)方法相比，有機(jī)污染土壤的植物修復(fù)方法主要優(yōu)點(diǎn)有對(duì)環(huán)境具有改善作用；不需要特別處置現(xiàn)場(chǎng)；具有處理不同種類(lèi)危險(xiǎn)物質(zhì)的多功能性；費(fèi)用低，適于大規(guī)模操作，一般遠(yuǎn)低于物理、化學(xué)和微生物修復(fù)技術(shù)；在美學(xué)上另人愉悅；公眾接受度高[文獻(xiàn)12 =Macek T. et al. Biotechnology Advances. 2000,18 :23 ；文獻(xiàn) 13 :Χ· Ying, G. Dongmei, L. Judong, W. Zhenyu, Plant-microbe Interactions to Improve Crude Oil Degradation, Energy Procedia,2011,5,844-848 ； 文獻(xiàn) 14 Schnoor J L. Phytoremediation Technology Evalution Report, Prepared for Groundwater Remediation Technologies Analysis Center.http://Rwrtac. orR. 1997.； 文獻(xiàn)15 :戴樹(shù)桂.環(huán)境化學(xué)進(jìn)展.北京化學(xué)工業(yè)出版社2005，119-122.]，因而正逐漸成為石油烴污染修復(fù)研究的方向之一。在植物提取修復(fù)技術(shù)的研究和實(shí)踐中，篩選出能夠高效降解土壤中過(guò)量石油烴的植物是開(kāi)展工作的必要前提和基礎(chǔ)。然而，迄今為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)能夠降解土壤中過(guò)量石油烴的植物研究還比較少；我國(guó)在這方面的研究還處于起步階段，而具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的用于修復(fù)石油烴污染物的植物就更少，加之在農(nóng)藝性狀、病蟲(chóng)害防治、育種潛力以及生理學(xué)方面的研究不完備，嚴(yán)重影響其在實(shí)際修復(fù)的應(yīng)用[文獻(xiàn)16 :S. Ε. Gaskin, R. H. Bentham, Rhizoremediation of hydrocarbon contaminated soi 1 using Austral ian native grasses. Science of The Total Environment，2010，408，3683-3688.]。因此，尋找更多更為理想的高效修復(fù)石油烴污染土壤的植物仍然是當(dāng)前植物提取修復(fù)研究的一項(xiàng)重要任務(wù)。觀賞植物是人類(lèi)利用歷史悠久的一大植物類(lèi)群，包含40萬(wàn)個(gè)以上的栽培品種，種質(zhì)資源極其豐富，而我國(guó)是世界上擁有觀賞植物種類(lèi)最為豐富的國(guó)度之一[文獻(xiàn)17 郭維明，毛龍生.觀賞園藝概論[M].北京中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2001.]。在觀賞植物中篩選具有高效降解有毒有機(jī)污染物質(zhì)的植物并用于修復(fù)研究和實(shí)踐具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)觀賞植物種質(zhì)資源豐富，既有草本也有木本植物，為篩選工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；(2)能夠在進(jìn)行治理污染同時(shí)美化環(huán)境，一舉兩得；C3)觀賞植物一般不會(huì)進(jìn)入食物鏈，可以減少對(duì)人體甚至整個(gè)生態(tài)安全的威脅；(4)很多觀賞植物都有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，修復(fù)后植物材料可以作為原材料，以提高修復(fù)產(chǎn)出，降低修復(fù)成本；( 人類(lèi)在長(zhǎng)期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，積累了豐富的觀賞植物栽培管理經(jīng)驗(yàn)，使得觀賞植物的修復(fù)實(shí)踐有了充分的農(nóng)業(yè)技術(shù)保障[文獻(xiàn)18 劉家女，周啟星，孫挺，等.花卉植物應(yīng)用于污染土壤修復(fù)的可行性研究.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2006， 18:1617-1623.]。因此，從觀賞植物中篩選高效降解土壤石油烴植物并用于修復(fù)實(shí)踐是完全可行的
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用高效修復(fù)植物大花馬齒莧(Portulaca Grandiflora L.)修復(fù)石油烴污染土壤的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為(1)在石油污染土壤中扦插大花馬齒莧或播種該種植物的種子；(2)異位修復(fù)時(shí)，在石油烴污染土壤中種植的大花馬齒莧采用溫室栽培，定期澆水，使土壤含水量保持在其生物量生長(zhǎng)最大、污染物降解率最高；也可以把大花馬齒莧直接種植到野外石油烴污染的土壤上，即原位修復(fù)；(3)收獲的大花馬齒莧可以作為觀賞花卉即商品進(jìn)行出售，或者這些植物也可以不必移除，讓其留在田間，通過(guò)直接埋在田間的方法；使之降解而作為下茬大花馬齒莧種植的有機(jī)肥。再扦插大花馬齒莧或播種該種植物的種子，重復(fù)上述操作，直至土壤中的石油烴含量達(dá)到國(guó)家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)或生態(tài)安全水平。在石油烴污染土壤中種植大花馬齒莧，石油烴通過(guò)大花馬齒莧吸收經(jīng)體內(nèi)代謝， 降解或者積累在組織內(nèi)或者經(jīng)植物的揮發(fā)作用；并在根際微生物以及根系分泌物和酶的共同作用下，促進(jìn)土壤中石油烴污染物的高效降解，因此通過(guò)種植大花馬齒莧可清除土壤中過(guò)量的石油烴，從而達(dá)到降低土壤中石油烴污染物的目的，最終使土壤中的石油烴含量達(dá)到國(guó)家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)或生態(tài)安全水平。收獲的大花馬齒莧可以作為觀賞花卉(商品)進(jìn)行出售，在獲得經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)， 自動(dòng)獲得對(duì)生物量的處理(千家萬(wàn)戶可以把使用過(guò)的花卉扔到各自的垃圾箱，隨著垃圾的處理，就解決了生物量的處理)。因此，大規(guī)模栽培，意味著大規(guī)模修復(fù)，同時(shí)也意味著通過(guò)商品交換取得更大的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)然，這些花卉植物也可以不必移除，讓其留在田間，通過(guò)直接埋在田間的方法，使之降解而作為下茬大花馬齒莧種植的有機(jī)肥，從而避免二次污染。本發(fā)明所采用的大花馬齒莧(Portulaca Grandiflora L.)為一年生草本花卉，具有較好的觀賞價(jià)值。其植物分類(lèi)學(xué)特征如下大花馬齒莧株高0-20厘米，枝條倒伏半匐生、 肉質(zhì)。葉互生或散生、肉質(zhì)，圓柱形。花1-3朵簇生莖頂?；◤?-4厘米，碟形、花瓣5枚， 有重瓣種?；ㄉ邪咨?、各種黃色、紅色、紫色等?；ㄓ谌粘龊箝_(kāi)放至午后凋謝，陰天至傍晚始凋謝。花期6月下旬至8月。有白、白花紅點(diǎn)、雪青、淡黃、深黃、妃紅、棕紅、大紅、深紅和紫紅；除頭三種花色的莖基部為綠色外，余均為淺棕紅色。大花馬齒莧多單瓣，重瓣的稱鳳球花。異位修復(fù)種植前，應(yīng)將盆土澆透水，使其保持濕潤(rùn)，種植大花馬齒莧時(shí)間宜選在傍晚后。研究表明，大花馬齒莧是一種高效修復(fù)石油烴污染的植物，對(duì)土壤中的中低濃度石油烴污染物具有較強(qiáng)的忍耐、吸收和降解能力。本發(fā)明也可通過(guò)大田直接種植大花馬齒莧來(lái)原位修復(fù)石油烴污染土壤。該方法與傳統(tǒng)的污染土壤治理方法相比，具有投資少、工程量小、技術(shù)要求不高等優(yōu)點(diǎn)；而且作為一種綠色修復(fù)技術(shù)，所收獲植株不需要另外進(jìn)行集中處理，不會(huì)造成二次污染，同時(shí)修復(fù)進(jìn)程不僅不會(huì)破壞土壤生態(tài)環(huán)境，還有助于改善因石油烴污染而引起的土壤退化和生產(chǎn)力下降等問(wèn)題，恢復(fù)并提高其生物多樣性。另外，作為一種觀賞植物，種植大花馬齒莧在修復(fù)污染環(huán)境的同時(shí)，可以起到美化環(huán)境的作用，具有良好的生態(tài)效益。


圖1為不同石油烴處理濃度下大花馬齒莧的修復(fù)效果，即不同處理組總石油烴 (TPH)降解率(％ )。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 大花馬齒莧對(duì)石油烴污染土壤的溫室盆栽修復(fù)試驗(yàn)本試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在天津市南開(kāi)大學(xué)陽(yáng)光房?jī)?nèi)，地處天津市南開(kāi)區(qū)，屬溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年降水量在500 600mm左右。試驗(yàn)用原始石油污染土壤取自山東省東營(yíng)市勝利油田。原始石油污染土壤和清潔土壤分別過(guò)2mm篩后，將其按一定比例均勻混合，配置成不同的濃度梯度。實(shí)驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理，分別為CK (清潔土壤)、石油烴污染物濃度依次為土壤4:5，0901^/1^、土壤8:10，2781^/1^，每個(gè)處理重復(fù)4次。盆栽用花盆各裝有不同石油烴濃度土壤1800克。土壤澆透水后，保持濕潤(rùn)，將大花馬齒莧枝條用植物營(yíng)養(yǎng)液水培至根長(zhǎng)3cm，大花馬齒莧枝條之間保持適當(dāng)距離扦插于實(shí)驗(yàn)用盆栽土壤中，每盆扦插8株。 根據(jù)土壤水分豐缺狀況，不定期澆水，使土壤含水量常保持在其生物量生長(zhǎng)最大、污染物降解率最高?；ɑ苌L(zhǎng)期間利用竹片或小鐵鏟松動(dòng)表土，竹片或小鐵鏟的角度應(yīng)在45°位置左右，松土?xí)r不要傷到大花馬齒莧的根，從而保證土壤中氧氣充足，利于大花馬齒莧的生長(zhǎng)及其根際微生物的生長(zhǎng)繁殖。生長(zhǎng)期適時(shí)澆水，炎熱夏季7-8月份每天澆水2次，但不使盆栽積水，澆水采用根部吸水。植物生長(zhǎng)4個(gè)月后收獲植株。將收獲的植物樣品分為地上部分和地下部分，分別用自來(lái)水充分沖洗以去除粘附于植物樣品上的泥土和污物，然后再用去離子水沖洗，浙去水分。分別對(duì)株高、根長(zhǎng)、植物鮮重進(jìn)行測(cè)定，之后在真空冷凍干燥機(jī)中干燥M小時(shí)脫去水分使其至恒重測(cè)量植物干重。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下1)不同處理濃度下大花馬齒莧對(duì)石油烴污染的耐受性參見(jiàn)表1可知，在不同石油烴濃度處理下，大花馬齒莧的生物量不同。當(dāng)石油烴污染濃度為5，090mg/kg時(shí)，大花馬齒莧對(duì)污染物顯示出了較強(qiáng)的耐受性，植株生物量與清潔對(duì)照土壤中大花馬齒莧相比差異不顯著。與清潔土壤中的各項(xiàng)生物指標(biāo)相比，濃度為5，090mg/kg處理下石油烴污染物對(duì)株高及根長(zhǎng)植株鮮重的抑制率分別為11.51%， 11.32%。在處理濃度為10，278mg/kg時(shí)，大花馬齒莧植株株高抑制率為28. 30%，對(duì)根的抑制率為40. 93%，遠(yuǎn)超過(guò)20%，抑制作用比較顯著；即當(dāng)土壤中的石油烴濃度達(dá)到 10，278mg/kg時(shí)，石油烴污染物對(duì)大花馬齒莧的生長(zhǎng)抑制作用明顯加強(qiáng)。由此可見(jiàn)，大花馬齒莧適合修復(fù)濃度< 10，278mg/kg左右的中低濃度石油烴污染土壤。表1不同濃度石油烴污染土壤對(duì)大花馬齒莧生物量的影響
權(quán)利要求
1. 一種利用觀賞植物大花馬齒莧修復(fù)石油烴污染土壤的方法，其特征在于，具體實(shí)施步驟如下(1)在石油污染土壤中扦插大花馬齒莧或播種該種植物的種子；(2)異位修復(fù)時(shí)，在石油烴污染土壤中種植的大花馬齒莧采用溫室栽培，定期澆水，使土壤含水量保持在其生物量生長(zhǎng)最大、污染物降解率最高；也可以把大花馬齒莧直接種植到野外石油烴污染的土壤上，即原位修復(fù)；(3)收獲的大花馬齒莧可以作為觀賞花卉即商品進(jìn)行出售，或者這些植物也可以不必移除，讓其留在田間，通過(guò)直接埋在田間的方法；再扦插大花馬齒莧或播種該種植物的種子，重復(fù)上述操作，直至土壤中的石油烴含量達(dá)到國(guó)家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)或生態(tài)安全水平。
全文摘要
本發(fā)明涉及有機(jī)污染土壤的環(huán)境修復(fù)技術(shù)，具體地說(shuō)是一種利用觀賞植物大花馬齒莧(Portulaca Grandiflora L.)修復(fù)石油烴污染土壤的植物修復(fù)方法。本方法利用大花馬齒莧植株本身的吸收、根系分泌物及其根際微生物的降解作用，來(lái)促進(jìn)污染土壤中目標(biāo)污染物石油烴(TPH)的降解。待植株生長(zhǎng)成熟后整體將其從土壤中移除并可作為商品出售；也可以不移除。通過(guò)反復(fù)種植該種植物，重復(fù)上述操作，就可以連續(xù)減少污染土壤中石油烴污染物，直至其污染物含量達(dá)到國(guó)家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)或生態(tài)安全水平。本方法具有對(duì)環(huán)境美化，不需要處置現(xiàn)場(chǎng)，不破壞土壤的理化性質(zhì)，無(wú)二次污染，費(fèi)用低且適于大規(guī)模操作，在治理污染的同時(shí)改善環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B09C1/10GK102357519SQ20111020648
公開(kāi)日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者劉暢, 周啟星, 張志能, 蔡章, 陳翠紅 申請(qǐng)人:南開(kāi)大學(xué)