利用蚯蚓堆肥降解大棚土壤中邻苯二甲酸酯类污染的方法

摘要

利用蚯蚓堆肥降解大棚土壤中邻苯二甲酸酯类污染的方法，涉及一种污染土壤修复方法，该方法包括土壤PAEs目标修复单体确定、蚯蚓降解修复、修复效果确定过程。测得土壤中6种PAEs单体的含量，确定超出了USEPA土壤控制标准的目标修复单体；将大棚均分成长×宽为8m×5m的区域，按照每平方米200条具环带的成体赤子爱胜蚯蚓的数量进行投放，采集蚯蚓堆肥降解修复后土壤，风干研磨，过100目筛；采用超声萃取-气相色谱法，测得超标PAEs单体的修复效果，确定其含量已达标，土壤肥力也有增加。本方法在避免轮作障碍的同时，充分提高蚯蚓对土壤中PAEs的降解能力并改善土壤肥力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种污染土壤修复方法，特别是涉及一种利用蚯蚓堆肥降解大棚土壤中邻苯二甲酸酯类污染的方法。

背景技术

我国是农业大国，农业生产中温室大棚对塑料薄膜的大量使用，使得我国农业土壤中的邻苯二甲酸酯（PAEs）含量不断增高。PAEs作为塑化剂被添加到塑料薄膜中，其与塑料分子间以氢键和范德华力结合，导致PAEs很容易从塑料中释放出来。研究显示，多种PAEs化合物具有雌激素效应，长期接触可对人类与动物的行为和生殖能力产生不良影响，部分种类甚至具有潜在的致癌、致畸和致突变效应。因此，美国环保局（USEPA）将6种PAEs邻苯二甲酸二甲酯（DMP）、邻苯二甲酸二乙酯（DEP）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、邻苯二甲酸二正辛酯（DOP）、邻苯二甲酸丁基苄基酯（BBP）和邻苯二甲酸二（2-乙基）己酯（DEHP）列为优先控制污染物“黑名单”,并制定了相应的土壤环境质量控制标准，DMP为0.02mg/kg、DEP为0.071mg/kg、DBP为0.081mg/kg、DOP为1.2mg/kg、BBP为1.125mg/kg、DEHP为4.350mg/kg。

据统计，在2011年，增塑剂在全球的总产量为590万吨/年，而在所有塑化剂中，PAEs类约占80%，其他塑化剂如环氧类、脂肪族类、苯三酸酯类仅占20%。我国农业土壤中PAEs含量较高，且分布较广。调查显示，广州市农业土壤中6种USEPA优控PAEs污染物总含量为0.195-33.60mg/kg；青岛市典型覆膜作物花生和棉花土壤中4种PAEs的总含量分别为33.36mg/kg和25.59mg/kg；2014年对沈阳周边设施大棚内土壤的调查显示，土壤中6种USEPA优控PAEs污染物总含量最高达为35.85mg/kg。综合全国的调查数据发现，PAEs污染物已成为我国土壤中普遍存在且含量较高的有机污染物，且单体的含量超出了USEPA土壤环境质量控制标准，我国土壤中含量最高的两种PAEs分别为DEHP和DBP。为了提高土壤环境质量和保障农产品安全，如何廉价、高效、安全地处理土壤中的PAEs污染物，使其达到土壤环境质量标准已引起普遍关注。

目前，比较普遍应用的降解环境中PAEs的方法主要有：物理吸附法、高级氧化法和生物修复法。对于土壤中的PAEs主要应用生物法进行降解，包括植物修复法、微生物修复法和土壤动物修复法。其中，土壤动物修复技术是利用土壤动物吸收、聚集和降解环境中的污染物质的能力，达到减少或降低污染物质生物毒性的目的，其在污染土壤修复中具有重要理论价值和广阔应用前景，与传统修复技术相比，它具有成本低、环境友好和可大面积操作等优点。

由于蚯蚓对DBP和DEHP的耐受性比较高，因此可选取蚯蚓作为动物修复法的目标动物。然而，目前的蚯蚓修复技术主要是，在温室大棚轮作植物换季期间直接投放蚯蚓对土壤表层的PAEs进行降解，但由于大棚土壤面积较大，污染物无法被降解减少达到理想的浓度，耗时也长。因此，研究合理的农艺调控方法和田间管理措施以高效发挥蚯蚓的PAEs去除能力是本发明的主要目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用蚯蚓堆肥降解大棚土壤中邻苯二甲酸酯类污染的方法，将大棚轮季期土壤统一堆肥，利用蚯蚓对大棚土壤中的PAEs进行降解的农艺措施，在避免轮作障碍的同时，充分提高蚯蚓对土壤中PAEs的降解能力并改善土壤肥力。

本发明是通过以下技术方案实现的：

利用蚯蚓堆肥降解大棚土壤中邻苯二甲酸酯类污染的方法，所述方法包括以下过程：

（1）土壤PAEs目标修复单体确定

大棚农产品于6月初采收结束，不要立即翻耕，在大棚内均匀采集表层20cm深度土样，风干研磨，过100目筛。采用超声萃取-气相色谱法，测得土壤中美国环保局优先控制的6种PAEs单体的含量，确定超出了USEPA土壤控制标准的目标修复单体。外热法测得土壤有机质含量。

（2）蚯蚓降解修复

将大棚均分成长×宽为8m×5m的区域，将大棚内20cm深度的表层土壤连同作物残体挖出并堆集至预先铺设的孔径为100目的尼龙细纱网上，按照每平方米200条具环带的成体赤子爱胜蚯蚓的数量进行投放，喷洒适量的水，保持土壤湿度为最大持水量的45-55%。棚内温度在20~30℃，每隔3天翻动土壤，保证土壤的透气性。连续堆集15-20天后，撤去尼龙细纱网装置，将土壤摊开，即可进行下一季作物的播种和育苗。

（3）修复效果确定

采集蚯蚓堆肥降解修复后土壤，风干研磨，过100目筛。采用超声萃取-气相色谱法，测得超标PAEs单体的修复效果，确定其含量已达标，土壤肥力也有一定的增加。

本发明的优点：

本方法是以土壤大型无脊椎动物蚯蚓为修复主体，通过调控土壤温度、湿度等环境条件，同时利用蚯蚓分泌的多种酶来达到对有机污染物邻苯二甲酸酯类的有效去除，同时达到提高土壤肥力的目的。本发明具有廉价、高效、安全地处理土壤中的邻苯二甲酸酯类（PAEs）污染物，使其达到土壤环境质量标准，保障农产品安全。

具体实施方案

下面通过实例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

（1）土壤PAEs目标修复单体确定

以沈阳市沈北地区某蔬菜大棚土壤进行示范研究。甜玉米于6月初采收结束，不要立即翻耕，在大棚内均匀采集表层20cm深度土样，风干研磨，过100目筛。采用超声萃取-气相色谱法，测得土壤中美国环保局优先控制的6种PAEs单体的含量，确定超出了USEPA土壤控制标准的目标修复单体。发现邻苯二甲酸二丁酯（DBP）的平均初始浓度为0.15mg/kg，超出了USEPA土壤控制标准（标准值为0.071mg/kg)，确定DBP为目标PAEs污染物。外热法测得土壤有机质含量为4.75%。

（2）蚯蚓降解修复

将50m×8m的大棚纵向均分成10片区域，大棚均分成长×宽为8m×5m的区域，将大棚内20cm深度的表层土壤连同作物残体挖出并堆集至预先铺设的孔径为100目的尼龙细纱网上，按照每平方米200条具环带的成体赤子爱胜蚯蚓的数量进行投放，喷洒适量的水，保持土壤湿度为最大持水量的45%。棚内温度在20-28℃，每隔3天翻动土壤，保证土壤的透气性。连续堆集15天后，撤去尼龙细纱网装置，将土壤摊开，即可进行下一季作物的播种和育苗。

（3）修复效果确定

采集蚯蚓堆肥降解修复后土壤，风干研磨，过100目筛。采用超声萃取-气相色谱法，测得超标PAEs单体的修复效果，修复法后土壤中DBP浓度降低为0.05mg/kg，其含量已达标。土壤有机质含量为4.93%，土壤肥力也有一定的增加。

实施例2

（1）土壤PAEs目标修复单体确定

以沈阳市沈北地区某蔬菜大棚土壤进行示范研究。蔬菜于6月初采收结束，不要立即翻耕，在大棚内均匀采集表层20cm深度土样，风干研磨，过100目筛。采用超声萃取-气相色谱法，测得土壤中美国环保局优先控制的6种PAEs单体的含量，确定超出了USEPA土壤控制标准的目标修复单体。发现土壤中邻苯二甲酸二（2-乙基）己酯（DEHP）的平均初始浓度为5.20mg/kg，超出了USEPA土壤控制标准（标准值为4.350mg/kg），确定DEHP为目标PAEs污染物。外热法测得土壤有机质含量为5.98%。

（2）蚯蚓降解修复

将50m×8m的大棚纵向均分成10片区域，大棚均分成长×宽为8m×5m的区域，将大棚内20cm深度的表层土壤连同作物残体挖出并堆集至预先铺设的孔径为100目的尼龙细纱网上，按照每平方米200条具环带的成体赤子爱胜蚯蚓的数量进行投放，喷洒适量的水，保持土壤湿度为最大持水量的55%。棚内温度在22-30℃，每隔3天翻动土壤，保证土壤的透气性。连续堆集20天后，撤去尼龙细纱网装置，将土壤摊开，即可进行下一季作物的播种和育苗。

（3）修复效果确定

采集蚯蚓堆肥降解修复后土壤，风干研磨，过100目筛。采用超声萃取-气相色谱法，测得超标PAEs单体的修复效果，修复法后土壤中DEHP浓度降低为3.85mg/kg，其含量已达标。土壤有机质含量为6.12%，土壤肥力也有一定的增加。