一种利用野生观赏植物长药八宝修复石油污染土壤的方法

摘要

一种利用野生观赏植物长药八宝修复石油烃污染土壤的方法,利用植株本身的吸收、根际微生物及其根系分泌物对石油烃的降解作用，实现降解土壤中石油烃，步骤如下：采用根状茎扦插或幼苗移植的方法，将长药八宝种植于浓度不高于4%的石油烃污染的土壤中并进行管理，当其长到成熟期或开花期时，可将其整体移走作为观赏花卉即商品出售；重复在上述土壤中种植长药八宝，直至土壤中的石油烃含量达到国家环境标准或生态安全指标为止。本方法的优点是：利用长药八宝修复石油烃污染土壤，费用低、不产生二次污染、不进入食物链、不破坏土壤理化性质、治理污染的同时美化化境、适合大面积操作且工程量小、野生花卉管理粗放、见效快，利于推广应用。

说明书

技术领域

本发明涉及有机污染土壤的环境修复技术，具体地说是一种利用野生观赏植 物长药八宝修复石油污染土壤的方法。

背景技术

当前土壤污染是世界公认的最为严重的环境污染问题之一，石油烃则是土壤 污染的一个重要污染源。石油烃是由于人们对石油的各种应用而产生的化学物 质，包括烷烃（直链烷烃、支链烷烃和环烷烃）、芳香烃类化合物、沥青质、极 性物质等，参见文献1:ZHOU Qixing,CAI Zhang,ZHANG Zhineng and LIU Weitao. Ecological Remediation of Hydrocarbon Contaminated Soils with Weed Plant. Journal of Resources and Ecology,2011,2(2):97-105。在石油的开采、炼制、 贮存以及运输过程中所发生的溢油和泄露，无法避免地会产生落地原油将石油烃 带入土壤，油页岩矿渣的堆放和使用也会使大量石油烃进入土壤，参见文献2: 张从,夏立江.污染土壤的生物修复技术[M].北京:中国环境科学出版 社,2000,246—254,264—268，对土壤造成严重污染。土壤中的石油烃不仅影响 土壤结构、土壤通透性、土壤吸湿性等土壤的理化性质，阻碍植物的正常生长， 参见文献3:Liste H.H.,Felgentreu D.,Crop growth,culturable bacteria, and degradation of petrol hydrocarbons(PHCs)in a long-term contaminated  field soil.Applied Soil Ecology,2006,31:43-52，而且能通过渗透作用污 染地下水，参见文献4:N.Sawatsky,X.Li.Importance of soil-water  relations in the endpoint of bioremediation soils.Plant and  Soil,1997,192:227-236，通过生物链对整个生态系统及人类健康造成重大威胁。 因此，如何经济有效地修复石油烃污染土壤已经成为国内外广泛关注的热点问 题，参见文献5:Chaudhry Q,M Blom-Zandstra,S Gupta,E J Joner.Utilising  the synergy between plants and rhizosphere microorganisms to enhance  breakdown of organic pollutants in the environment.Environmental Science  Pollution Research,2005,12:34–48；文献6:Euliss K,Ho C H,A P Schwab, S Rock,M K Banks.Greenhouse and field assessment of phytoremediation  for petroleum contaminants in a riparian zone.Bioresource  Technology,2008,99:1961–1971；文献7:Vaajasaari K,A Joutti. Field-scale assessment of phytotreatment of soil contaminated with  weathered hydrocarbons and heavy metals.Journal of Soils and  Sediments,2006,6(3):128–136。

目前，石油烃污染土壤的修复是学术界和工程界的共同难点，所用的修复技 术主要有物理修复法、化学修复法和生物修复法三种。但是，传统的物理修复法 和化学修复法成本较高,易导致二次污染且不适合大规模的实施应用；微生物修 复技术可能会给土壤和地下水带来生物性污染，并且微生物可降解的有机污染物 类型有限，很多难降解的有机污染物根本无法通过微生物进行修复。而有机污染 土壤的植物修复技术作为一项绿色修复技术，必将在有机污染土壤的修复中扮演 越来越重要的角色，参见文献8:戴树桂.环境化学进展.北京:化学工业出版 社,2005,119-120。

有机污染土壤的植物修复是指植物在其生长过程中，通过植株本身的吸收、 根际微生物及其根系分泌物对有机物的降解或钝化作用，实现修复污染土壤的一 种原位修复方法，参见文献9:周启星,宋玉芳.污染土壤修复原理与方法[M]. 北京:科学出版社,2004,22—42。与传统方法相比，植物修复方法具有成本低、 自然美观、可进行大面积原位操作、无二次污染等特点，参见文献10:Macek T. et al.Biotechnology Advances.2000,18:23；文献11:Cai Z.,et al., Promoted biodegradation and microbiological effects of petroleum  hydrocarbons by Impatiens balsamina L.with strong endurance.Journal of  Hazardous Materials,2010,183(1–3):731-737，因此逐渐成为石油污染土壤修 复的最有效而可行的方法之一。

寻求能够高效降解石油烃的植物种类是进行石油烃污染土壤修复的前提，然 而，迄今为止，国内外对此领域的研究还比较少，具有自主知识产权的修复石油 污染的植物更少。此外，已报道的修复石油烃污染土壤的植物种类非常有限，目 前尚未见野生观赏植物在这方面的系统报道。野生观赏植物作为本土物种，其应 用于修复污染土壤具有以下优点：1）野生观赏植物具有比普通花卉植物对污染 物更耐贫瘠、抗性更好、生物量更发达的特点，具备能更好地修复污染环境的条 件；2）在自然环境中土生土长的野生种对环境要求不像人类培育出的花卉对环 境要求高，从而实际场地施用时可以减少人工管理成本；3）野生观赏植物往往 可以通过幼苗直接种植，缩短植物从种子到成苗的生长时间，最终达到缩短植物 修复时间的目的；4）观赏植物一般不进入食物链，不会对人体甚至整个生态系 统的安全造成威胁，参见文献12:刘家女,周启星,孙挺等.花卉植物应用于 污染土壤修复的可行性研究.应用生态学报,2006,18:1617-1623；5）野生观赏 植物在修复污染土壤的同时美化环境，达到生态效益和环境效益的统一；6）野 生观赏植物一般具有一定的经济价值，修复后的植物材料可投入市场，降低修复 成本，实现环境效益与经济效益的统一；7）我国作为世界上拥有观赏植物种类 最为丰富的国家之一，参见文献13:郭维明,毛龙生.观赏园艺概论[M].北京: 中国农业出版社,2001，种质丰富，为筛选工作提供了广阔的资源基础。因此从 野生观赏植物中筛选高效降解石油烃植物并用于修复实践是完全可行的。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术分析和存在问题，提供一种利用野生观赏植 物长药八宝[Hylotelephium spectabile(Boreau)H.Ohba]修复石油烃污染土 壤的方法，该方法费用低、不产生二次污染、不进入食物链、不破坏土壤理化性 质、治理污染的同时美化化境、适合大面积操作且工程量小、野生花卉管理粗放、 见效快。

本发明的技术方案：

一种利用野生观赏植物长药八宝修复石油烃污染土壤的方法,利用植株本 身的吸收、根际微生物及其根系分泌物对石油烃的降解作用，实现降解土壤中石 油烃，步骤如下：

1）采用根状茎扦插或幼苗移植的方法，将长药八宝种植于浓度不高于4% 的石油烃污染的土壤中，每日早八点定时浇水一次，使土壤持水量保持在最大持 水量的60%，以使其生物量生长最大、污染物降解率最高，当其长到成熟期或开 花期时，可将其整体移走作为观赏花卉即商品出售；

2）重复在上述土壤中种植长药八宝，直至土壤中的石油烃含量达到国家环 境标准或生态安全指标为止。

本发明所采用的长药八宝为多年生肉质草本野生植物，具备很好的观赏价 值，其植物分类学特征如下：长药八宝为多年生草本，株高30-50cm，主要分布 于中国东北地区以及河北、河南、安徽、山东等地。茎直立，具条棱，伏生糙硬 毛及螫毛。叶互生，托叶合生，三角状锥形，早落；叶柄细弱，长(2)5至6(12) 厘米，伏生糙硬毛及螫毛；叶片卵圆形，长4至17厘米，宽3至10厘米，基部 圆形或近截形，先端渐尖或尾状尖，边缘具缺刻状大齿牙，表面深绿色，密布小 球状钟乳体背面色淡，两面伏生糙硬毛，背面主脉上疏生螫毛。花单性，雌雄同 株，花序腋生，单一或分枝，具总梗，比叶短，分枝稀疏，伏生糙硬毛及稀疏直 立的螫毛；花期7至8月；花开粉色、红色。

本方法的优点是：长药八宝是一种高效修复石油烃污染的植物，对土壤中低、 中、高浓度的石油烃污染物均具有较强的忍耐力和一定的降解能力。利用长药八 宝修复石油烃污染土壤，具有费用低、不产生二次污染、不进入食物链、不破坏 土壤理化性质、治理污染的同时美化化境、适合大面积操作且工程量小、野生花 卉管理粗放、见效快等优点，有助于改善因石油污染引起的土壤结构改变、生产 力下降、退化等问题，恢复并提高其生物多样性，充分实现了生态效益、环境效 益及经济效益的统一。

附图说明

图1为不同处理组总石油烃（TPH）降解率。

具体实施方式

实施例：

一种利用野生观赏植物长药八宝修复石油烃污染土壤的方法,利用植株本 身的吸收、根际微生物及其根系分泌物对石油烃的降解作用，实现降解土壤中石 油烃，长药八宝对石油烃污染土壤的温室盆栽修复试验如下：

实验地点在天津市南开大学泰达学院温室，地处天津市经济技术开发区，属 温带半湿润大陆性季风气候，年降水量在500-600左右。试验所用土壤采自于天 津市大港油田。

将石油污染土壤和清洁土壤自然风干后分别过2mm筛，然后将两种土壤按照 一定比例充分混合成不同浓度梯度的石油烃污染土壤。试验共设4个处理组，分 别为：CK（清洁土壤）、污染土壤A-总石油烃浓度为11874mg/kg（污染浓度约为 1%）、污染土壤B-总石油烃浓度为20075mg/kg（污染浓度约为2%）、污染土壤C- 总石油烃浓度为38986mg/kg（污染浓度约为4%），每个处理设3个平行组。

盆栽试验的花盆上口直径为230mm，高为180mm，每盆装土1500克，盆土浇 透水，平衡两周后，将长药八宝的根状茎移栽于盆中，每盆移栽3株。试验期间 可利用小铁铲松动表土，但不能伤到植株的根，以保证土壤中的氧气来源。试验 中每日早八点定时浇水一次，使土壤持水量保持在最大持水量的60%，以使其生 物量生长最大、污染物降解率最高。浇水方式采用顶部喷洒浇水和底部托盘浇水 相结合的方式，以促进植株的根部生长。采用异位修复种植时，先将盆土浇透水， 移植时间宜在傍晚，也可通过大田直接种植来进行原位修复。

长药八宝种植4个月长到成熟期后收获。将收获的植株用自来水清洗干净再 用去离子水清洗，沥去水分，进行地上部分鲜重和根部鲜重的称重。土壤样品用 真空冷冻干燥机进行24小时干燥脱水，然后用索提法测定土壤总石油烃含量， 提取剂为分析纯二氯甲烷。

实验结果：

1、不同处理浓度下长药八宝对石油烃污染的耐性

植株收获时，不同石油烃污染浓度下的长药八宝从外表看生长状况良好，无 叶片发黄、落叶、枯萎等明显的毒害症状，说明长药八宝对石油烃污染具备一定 的耐性。

表1为不同浓度石油烃污染土壤对长药八宝生物量的影响。

表1

从表1可知，从株高来看，长药八宝在各种浓度处理下的株高与对照组相比 有显著性差异（P<0.05），且随着石油烃浓度增加呈现株高降低的趋势，这说明 石油烃对于八宝景天的地上部生长出现了抑制作用。当土壤总石油烃浓度为 11874mg/kg、20075mg/kg、38986mg/kg时，相对于对照组的株高抑制率分别为 24.51%、38.74%、46.64%，远超过20%，抑制作用比较显著。但从根长来看，长 药八宝在各种浓度处理下的根长、根重与对照组无显著性差异（P>0.05），说明 长药八宝的根系生长没有收到明显的抑制。考虑到植物修复有机物的机制主要在 于根际微生物及根系分泌物的降解作用，因此在检验长药八宝对石油烃污染是否 具备耐性时，根长、根重是比株高更为重要的一项指标。不同石油烃浓度处理下 长药八宝的根长相对于对照组无明显降低，这对于其发挥修复作用是极有利的。 值得一提的是，在石油烃浓度为20075mg/kg时的根长要明显高于对照组，这一 现象的机理还有待于进一步的研究，但可以肯定的是，长药八宝对于石油烃污染 具备一定的耐性，因而具有修复石油烃污染土壤的潜力。

2、不同处理浓度下长药八宝对土壤总石油烃的降解率

如图1所示，剖线条框代表种植长药八宝组对土壤总石油烃的降解率，白色 条框代表未种植长药八宝组的土壤总石油烃的自然降解率。不同处理浓度下长药 八宝对土壤总石油烃的降解率都高于对照组，这说明虽然土壤中总石油烃存在一 定的淋滤、光解、挥发等自然降解，但是长药八宝的修复效果比较显著。当土壤 石油烃浓度为11874mg/kg、20075mg/kg、38986mg/kg时，种植长药八宝组的总 石油烃降解率分别是空白对照组的1.53、1.16、1.45倍。尤其是在石油烃污染 浓度为低浓度即11874mg/kg时，降解率高达47.99%。

由以上结果推断：长药八宝对于低、中、高浓度的石油烃污染土壤都具备一 定的修复效果，尤其是对低浓度石油烃污染土壤具备非常显著的修复效果。在上 述土壤中重复种植长药八宝，即可使土壤中的石油烃含量达到国家环境标准或生 态安全指标。