一种利用野生观赏植物大滨菊修复石油污染土壤的方法

摘要

一种利用野生观赏植物大滨菊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：采用幼苗移植的方法，将大滨菊种植于质量浓度为4%的石油烃污染的土壤中，当其长到成熟期时可将其整体移走作为观赏花卉即商品出售，也可移走其地上部分待根系生长为新一茬植株；重复在上述种植过程，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：利用大滨菊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大滨菊修复高浓度石油污染土壤的方法。

背景技术

伴随着工业化发展和城市化进程加快，石油能源在经济运行中的地位越来越重要，已成为各国的能源支柱产业之一，相应地，石油开采活动也愈演愈烈，参见文献1：蔺昕, 李培军,台培东等. 石油污染土壤植物-微生物修复研究进展[J]. 生态学杂志, 2006, 25(1): 93-100。据统计，中国目前处于运营中的油田约400多个，主要的工作范围达20万平方公里，覆盖的地区面积为32万平方公里，参见文献2：蔺昕, 李培军,台培东等. 石油污染土壤植物-微生物修复研究进展[J]. 生态学杂志, 2006, 25(1): 93-100。然而石油在满足人类需求，为其提供可利用能源的同时，也不可避免地产生大量污染。在石油的开采、炼制、贮存以及运输过程中会产生大量落地原油而将石油烃带入土壤，油页岩矿渣的堆放和使用也会使大量石油烃进入土壤，对土壤造成严重污染，参见文献3: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。石油烃是混合的碳氢化合物，包括烷烃、芳香烃、沥青质、极性物质等，质地多粘稠、易燃，参见文献4: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。土壤中的石油烃不仅影响土壤的物理化学性质，阻碍植物的正常生长，参见文献5: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6: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。因而对石油烃污染土壤进行有效治理已经刻不容缓。

植物修复，是指通过植株本身的吸收、根际微生物及其根系分泌物的降解、吸收、固定或钝化作用，将有毒有害的污染物质从环境中移除、降解或转变成为毒性较小甚至无毒的物质，实现污染土壤的原位修复方法，参见文献7：S. P. Pradhan,J. R. Conrad,J. R. Paterek, et al. Potential of phytoremediation for treatment of PAHs in soil at MGP sites[J]. Journal of Soil Contamination, 1998, 7(4): 467-480；文献8：周启星,宋玉芳. 污染土壤修复原理与方法[M]. 2004, 北京: 科学出版社. 22-42。植物修复作为一项新兴的绿色修复技术，自20世纪90年代以来渐渐发展，开始成为土壤污染修复领域最具生命力的技术之一，并迅速步入到到产业化阶段。植物修复早期的研究范围主要针对于特定土壤和污染水域内的有害元素的去除，随着污染物种类的增加，对植物修复的研究逐渐延伸到有机污染物领域，参见文献9：焦杏春, 陈素华,沈伟然等. 水稻根系对多环芳烃的吸着与吸收[J]. 环境科学, 2006, 27(4): 760-764。植物修复技术对于浅层（0-20cm）中低浓度的石油烃污染土壤比较有效，可以应用于物理化学修复技术后期或末端，既可用于对有机污染物的分解，也可用于对无机污染物的清理。与传统的物理、化学方法相比，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。

迄今为止，应用于修复石油污染土壤的植物多为牧草类和作物类，少见花卉植物来修复石油污染土壤的报道，参见文献12：G. Malallah,M. Afzal,M. Kurian, et al. Impact of oil pollution on some desert plants[J]. Environment International, 1998, 24(8): 919-924。花卉植物与普通植物相比，具有美化环境、不进入食物链等优点，因此作为修复植物具备更大的优势和应用潜力。但是，由于植物生长受到气候条件、地形地貌、土壤性质等的深刻影响，参见文献13：X. Li, Y. Feng,N. Sawatsky. Importance of soil-water relations in assessing the endpoint of bioremediated soils: I. Plant growth[J]. PLANT AND SOIL, 1997, 192(2): 219-226，具有良好修复效果的植物进入到另一个环境未必能得到同样理想的修复效果，所以更好地适应于污染环境的本土观赏物种的筛选成为植物修复的首选工作。

野生种花卉与普通花卉植物相比，具有诸多优点。野生花卉由于多生长于山坡、野地等较为苛刻的环境，因而往往更耐贫瘠、抗性更好、生物量更发达，其对环境要求也不像人类培育出的花卉那样对环境要求高；野生花卉对营养的要求低，不需要过多的培育和养护，管理粗放简单，因而实际场地施用时可以减少培育成本和人工管理成本；野生花卉植物往往可以通过幼苗直接移栽，幼苗的成活率也高，能够大大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周期的目的，从而克服植物修复时间长的弊端，参见文献14：程立娟,周启星. 野生观赏植物长药八宝对石油烃污染土壤的修复研究[J]. 环境科学学报, 2014, 34(4): 980-986。根据以上所述的种种野生观赏植物的优点，选择野生花卉植物进行污染场地的修复，将为植物修复打开一条全新的路径。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术分析，提供一种利用野生观赏植物大滨菊[Leucanthemum maximum (Ramood) DC.]修复石油污染土壤的方法，野生观赏植物作为本土物种具有对污染物更耐贫瘠、抗性更好、种质更丰富、生物量更发达、不进入食物链、管理更简单、能美化环境等优点；野生观赏植物可通过幼苗直接种植，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。

本发明的技术方案：

1.一种利用野生观赏植物大滨菊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）采用幼苗移植的方法，将大滨菊种植于石油烃污染的土壤中，每日早晨定时浇水一次，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）重复在上述土壤中幼苗移植大滨菊，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。

所述石油烃污染的土壤的质量百分比浓度为小于4%。

本发明所采用的大滨菊隶属于菊科滨菊属，为多年生草本。植株高15-80厘米，茎直立，通常不分枝，被绒毛或卷毛至无毛；基生叶花期生存，长椭圆形、倒披针形、倒卵形或卵形，长3-8厘米，宽1.5-2.5厘米；基部楔形，渐狭成长柄，柄长于叶片自身，边缘圆或钝锯齿；中下部茎叶长椭圆形或线状长椭圆形，向基部收窄，耳状或近耳状扩大半抱茎，中部以下或近基部有时羽状浅裂；上部叶渐小，有时羽状全裂；全部叶两面无毛，腺点不明显；头状花序单生茎顶，有长花梗，或茎生2-5个头状花序，排成疏松伞房状；总苞径10-20毫米。全部苞片无毛，边缘白色或褐色膜质；舌片长10-25毫米，瘦果长2-3毫米，无冠毛或舌状花瘦果有长达0.4毫米的侧缘冠齿；花果期5-10月。

本方法的优点是：大滨菊是一种高效修复石油烃污染的植物，对高浓度的石油烃污染土壤具有较强的忍耐力和降解能力；利用大滨菊修复石油烃污染土壤，具有成本低、美化环境、不产生二次污染、不进入食物链、能够改善土壤的理化性质、适合大面积操作等优点，充分实现了生态效益、环境效益及经济效益的统一。

具体实施方式

实施例：

一种利用野生观赏植物大滨菊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，大滨菊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，然后将两种土壤混合成质量百分比浓度为4%的石油烃污染土壤。试验共设2个处理组，分别为：CK（清洁土壤）、污染土壤A-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，将大滨菊的幼苗根状茎移栽于盆中，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。

大滨菊种植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、不同处理浓度下大滨菊对石油烃污染的耐性

收获时有石油烃污染组的大滨菊地上部生物量明显降低，说明大滨菊的生长受到了明显的抑制作用，但是仍没出现干枯、倒伏等明显的中毒症状。

表1为不同浓度石油烃污染土壤对大滨菊生物量的影响。

 

表1  

总石油烃浓度（mg/kg）根长（cm）根重（g）地上部重（g）鲜重（g）017.022.0937.9860.073898615.516.1824.1140.29

参见表1可知，石油烃污染处理组的生物量数据都小于空白对照组，这说明石油烃污染存在条件下，大滨菊的生长受到了一定的抑制作用。然而高浓度（38986mg/kg）的石油烃污染浓度下，大滨菊的生物量降低并不显著，可以说是非常接近无污染对照组，并且此浓度下大滨菊仍未出现枯萎、倒伏等明显的毒害症状，说明大滨菊对高浓度石油烃表现出了极强的耐受性。虽然其对石油烃污染的耐受性机理尚未有明确的研究，但可以确定，大滨菊对较高浓度的石油烃具备很强的耐受性，具备改善石油烃污染土壤的性质，甚至是修复石油烃污染土壤的潜力。

2、不同处理浓度下大滨菊对土壤总石油烃的降解率

在38986mg/kg的污染浓度下，大滨菊对总石油烃的降解率为19.50%，明显高于空白对照组的10.56%，是空白对照组的1.85倍，这说明在高浓度污染水平下，依靠植物的修复效果要明显好于土壤的自然降解。

由以上结果推断：大滨菊对于高浓度的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大滨菊，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。