專利名稱：一種利用花卉植物紫茉莉修復(fù)苯并[a]芘污染土壤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污染環(huán)境修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種利用植物修復(fù)苯并[a]芘污 染土壤的方法。
背景技術(shù)：
土壤是植物生長的基礎(chǔ)，也是污染物的源和匯。隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，使得土壤 中多環(huán)芳烴等有機物污染程度日益嚴重。國內(nèi)外學(xué)者廣為關(guān)注的多環(huán)芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)是指一類含有兩個或兩個以上苯環(huán)以線狀、角狀或簇狀排 列的稠環(huán)化合物，熔點和沸點較高，具有疏水性、蒸汽壓小，辛醇-水分配系數(shù)高。作為一種 全球性的環(huán)境污染物，多環(huán)芳烴因其分布廣、穩(wěn)定性強、生物富集率高、致癌性強，而對環(huán)境 和人類健康構(gòu)成極大的威脅。苯并[a]芘是一種具有潛在的致癌、致畸和致突變作用的5環(huán)結(jié)構(gòu)多環(huán)芳烴。其 來源有天然源和人為源，多環(huán)芳烴主要的天然源包括生物合成、森林草原火災(zāi)以及火山活 動，主要人為源包括各種礦物燃料、木材、紙以及其它含碳氫化合物的不完全燃燒[文獻1 鞏宗強，李培軍，王新，等.真菌對土壤中苯并[a]芘的共代謝降解.環(huán)境科學(xué)研究，2001， 14(6) :36-39.]。已被美國環(huán)保局列入優(yōu)先控制的有毒有機污染物黑名單。苯并[a]芘由 于分子結(jié)構(gòu)內(nèi)苯環(huán)高度密集，辛醇_水分配系數(shù)高，故較難被一般植物所降解修復(fù)。有機污染土壤的修復(fù)技術(shù)主要包括化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)(微生物修復(fù)、植物修 復(fù)和植物-微生物聯(lián)合修復(fù))和化學(xué)-生物修復(fù)。植物修復(fù)(phytoremediation)技 術(shù)是指利用植物及其根際微生物去除、轉(zhuǎn)化和固持土壤、底泥、地下水、地表水以及大氣 中有毒化合物的一種新興技術(shù)[文獻2 =Susarla S, Medina VF, McCutcheon SC. 2002. Phytoremediation Anecological solution to organic chemical contamination. Ecological Engineering, 18 =647-658 ；文獻3 劉亞云，陳桂株·植物修復(fù)多氯聯(lián)苯研究 進展.應(yīng)用生物學(xué)報，2006，17 (2) :325-330.]，是目前生物修復(fù)研究領(lǐng)域中的熱點。植物 可通過吸附、吸收以及超積累、轉(zhuǎn)移、降解和揮發(fā)等方式清除環(huán)境介質(zhì)中的有害污染，同時， 植物還可以與根際微生物協(xié)同作用實現(xiàn)對污染物的降解。作為一種新興的原位綠色修復(fù)技 術(shù)，植物修復(fù)操作比較簡單、投資相對較低、不破壞環(huán)境、易于為人們所接受等優(yōu)點，在環(huán)境 保護中具有重要的理論價值和廣闊的應(yīng)用前景，并引起學(xué)術(shù)界、政府和企業(yè)界的高度重視 [文獻4:周啟星，宋玉芳.污染土壤修復(fù)原理與方法[M]北京科學(xué)出版社，2004.]。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用花卉植物紫茉莉修復(fù)苯并[a]芘污染土壤的方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為在苯并[a]芘污染土壤上種植紫 茉莉，從而實現(xiàn)去除土壤中過量苯并[a]芘的目的。所述紫茉莉?qū)Α?2mg/kg的苯并[a]芘污染具有耐性；所述在苯并[a]芘污染土 壤上種植紫茉莉(Mirabilis Jalapa L.)，待植物生長至成熟期時將植物整體移除；所述紫茉莉生長至成熟期時的不同生長時期根際比非根際土壤中苯并[a]芘的去除率高；所述種 植紫茉莉是將含4-6片展開真葉的紫茉莉幼苗移載到苯并[a]芘污染土壤中；所述在苯并 [a]芘污染土壤表層鋪上l-2cm沙子，并采用室外栽培，定期澆水，使土壤含水量保持在田 間持水量的65-85%;在苯并[a]芘污染土壤上種植紫茉莉，紫茉莉從污染土壤上吸收污染 物，當紫茉莉生長至成熟期時，收獲植物，再種植第二茬紫茉莉，重復(fù)上述操作，直至土壤中 的苯并[a]芘污染物達到環(huán)境安全標準；去除的紫茉莉曬干并轉(zhuǎn)移至其它地方集中焚燒。1.將生長一致的紫茉莉幼苗(4-6片真葉)移植到不同濃度苯并[a]芘污染土壤 中。2.植物采取定期澆水，并使土壤含水量保持在田間持水量的65-85%。3.分別在植物生長的苗期、開花期和成熟期時采集植物樣和土壤樣品(根際土壤 和非根際土壤)。4.分別測定植物和土壤樣品中苯并[a]芘含量。5.連續(xù)耕種，直到土壤中苯并[a]芘濃度達到環(huán)境安全標準。本發(fā)明所用植物為紫茉莉(Mirabilis Jalapa L.)，多年生草本花卉，常作一年生 栽培，高可達1米。塊根植物，根肥粗，倒圓錐形，黑色或黑褐色。主莖直立，圓柱形，多分枝， 無毛或疏生細柔毛，節(jié)稍膨大。單葉對生，葉片卵形或卵狀三角形，花常數(shù)朵簇生枝端；豊 1呈花瓣樣，花柱長1-2毫米；總苞鐘形，長約1厘米。種子白色，王吐呈非常細的白粉樣。 花期6-10月，果期8-11月。紫茉莉生性強健，適應(yīng)性強，養(yǎng)護管理粗放，在生長期間適當施 肥、澆水即可，病蟲害較少。本發(fā)明所具有的優(yōu)點1.本發(fā)明方法與傳統(tǒng)的污染土壤治理方法相比，具有技術(shù)工藝簡單，成本低。2.本發(fā)明作為一種綠色原位修復(fù)技術(shù)，將所收獲植株進行集中焚燒處理，不會造 成二次污染。3.本發(fā)明不破壞土壤理化性質(zhì)，反而助于改善因有機物污染而引起的土壤退化和 生產(chǎn)力下降。4.本發(fā)明對苯并[a]芘污染土壤修復(fù)效果好，適用大面積污染土壤的治理。5.本發(fā)明采用的修復(fù)觀賞植物，種植紫茉莉在治理環(huán)境苯并[a]芘污染的同時， 可以起到美化環(huán)境的作用，具有良好的生態(tài)效益。6.本發(fā)明所用植物為紫茉莉，多年生草本花卉，常作一年生栽培，高可達1米。塊 根植物，根肥粗，倒圓錐形，黑色或黑褐色。主莖直立，圓柱形，多分枝，無毛或疏生細柔毛， 節(jié)稍膨大。單葉對生，葉片卵形或卵狀三角形，花常數(shù)朵簇生枝端萼片旱.花瓣樣，花柱長 1-2毫米；總苞鐘形，長約1厘米。種子白代,子葉旱非常細的白粉樣?；ㄆ?-10月，果期 8-11月。紫茉莉生性強健，適應(yīng)性強，養(yǎng)護管理粗放，在生長期間適當施肥、澆水即可，病蟲 害較少。


圖1為本發(fā)明采用紫茉莉處理對不同濃度苯并[a]芘下的生物量的檢測圖。圖2為種植紫茉莉土壤中根際和非根際苯并[a]芘的去除率檢測圖。
具體實施例方式實驗地點設(shè)在中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)所網(wǎng)室內(nèi)，盆栽試驗土壤采自該站無污染 區(qū)表土(0-20cm)，土壤類型為草甸棕壤。實驗共設(shè)5個處理，分別為CK(對照，不投加苯并 [a]芘)、2mg/kg、5mg/kg、10mg/kg和50mg/kg，每個處理重復(fù)3次。將供試土壤風(fēng)干過4mm篩 后，先用丙酮溶解所需的苯并[a]芘，加入少部分供試土壤中，待丙酮完全揮發(fā)后(3-5d)， 將其拌入全部供試土壤中，充分混勻后裝入塑料盆(0=16 cm,H= Ilcm)中，每盆裝土 lkg，平衡2個星期待用。同時進行花卉育苗，將土壤、河沙、蛭石按照重量比為7 2 1 混勻裝入穴盤中，點播紫茉莉種子，保持土壤濕潤。40-50天后，幼苗長出4-6片真葉，選取 長勢一致的移入處理盆中，每盆3棵。用根際袋將土壤分為根際土和非根際土。根據(jù)土壤 水分豐缺狀況，不定期澆水，使土壤含水量經(jīng)常保持在田間持水量的65-85%左右。分別在植物生長苗期，開花期和成熟采集植物樣和土樣(根際土和非根際土)。將 收獲的植物樣品分為根、莖和葉3部分，分別用自來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。在65°C下烘干至衡重，稱量干重后粉碎 備用。土壤置于室溫下暗處風(fēng)干，過20目篩，待分析。苯并[a]芘測定方法土壤和植物樣品提取方法參照文獻宋玉芳等(1995)和高彥征等(2005)[文獻5 宋玉芳，區(qū)自清，孫鐵珩.土壤、植物樣品中多環(huán)芳烴(PAHs)分析方法研究.應(yīng)用生態(tài)學(xué) 報，1995，6(1) :92-96;文獻6:高彥征，朱利中，凌婉婷，等.土壤和植物樣品的多環(huán)芳烴分 析方法研究.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2005，24 (5) :1003-1006·]。提取后用氣相色譜(GC)分 析.分析條件DB-25毛細管色譜柱(30mX0.25mmX0.25ym)；采用自動進樣方式；進樣口 無分流模式，溫度250°C;柱流量115ml/min ；柱箱初始溫度80°C保持lmin，以15°C /min升 到 275°C保留 lmin,以 10°C /min 升到 285°C保留 lmin，再以 5°C /min 升到 295°C保留 Imin ； 氫火焰離子化檢測器(FID)溫度300°C。實驗結(jié)果如下參見圖1可知，紫茉莉?qū)Ρ讲a]芘污染具有一定的耐性能力。當苯并[a]芘投 加濃度為2mg/kg時，促進植物的生長和發(fā)育，地上部生物量有所增加。與對照相比，在苗 期，開花期和成熟期，其生物量分別增加了 8.7%，26.9%和3.4%，其中開花期是生物表現(xiàn) 為顯著增加。然而，隨著土壤中苯并[a]芘的濃度(5-50mg/kg)進一步提高，植物生長表現(xiàn) 為抑制效應(yīng)，生物量也隨之降低。其中在開花期和成熟期地上部生物量呈顯著下降，與對照 相比，分別降低了 22.9%-24. 8%和24. 7%-29. 7%。以上可以說明在低濃度苯并[a]芘 污染土壤中，紫茉莉表現(xiàn)出很強的耐性特征，是一種很有應(yīng)用潛力的可以用來治理苯并[a] 芘污染土壤的修復(fù)植物。圖2給出了種植紫茉莉不同生長時期根際和非根際土壤中苯并[a]芘的去除率。 從圖中可以看出，種植紫茉莉，由于根系的存在能夠明顯促進苯并[a]芘的降解。在苗期、 開花期和成熟期時，土壤中的苯并[a]芘去除率，根際比非根際分別高出3. 3%-21.3%、 2.6% -11.0%和4. 8% -20. 2% ο而且，當土壤中苯并[a]芘濃度較低時(彡5mg/kg)，根 際土壤中苯并[a]芘的去除率較高，達到了 73.4% -87.9%。說明了紫茉莉修復(fù)低濃度苯 并[a]芘污染土壤具有很強的潛力。然而，隨著苯并[a]芘濃度的逐漸增大，苯并[a]芘的 去除率也隨之降低，當苯并[a]芘投加濃度達到50mg/kg時，不同生長時期下根際和非根際土壤中苯并[a]芘的去除率分別僅為41. 2% -52. 4%和21. 7% -38. 4%。
上述實驗結(jié)果表明，紫茉莉?qū)σ欢ǔ潭鹊谋讲a]芘污染具有較強的耐性，并能 夠很好的去除土壤中的苯并[a]芘，可以用來修復(fù)苯并[a]芘污染土壤，是一種很有應(yīng)用潛 力的治理土壤中苯并[a]芘污染的修復(fù)植物。
權(quán)利要求
一種利用花卉植物紫茉莉修復(fù)苯并[a]芘污染土壤的方法，其特征在于在苯并[a]芘污染土壤上種植紫茉莉，從而實現(xiàn)去除土壤中過量苯并[a]芘的目的。
2.按權(quán)利要求1所述的利用花卉植物紫茉莉修復(fù)苯并[a]芘污染土壤的方法，其特征 在于所述紫茉莉?qū)?lt; 2mg/kg的苯并[a]芘污染具有耐性。
3.按權(quán)利要求1或2所述的利用花卉植物紫茉莉修復(fù)苯并[a]芘污染土壤的方法，其 特征在于所述在苯并[a]芘污染土壤上種植紫茉莉(Mirabilis Jalapa L.)，待植物生長 至成熟期時將植物整體移除。
4.按權(quán)利要求3所述的利用花卉植物紫茉莉修復(fù)苯并[a]芘污染土壤的方法，其特征 在于所述紫茉莉生長至成熟期時的不同生長時期根際比非根際土壤中苯并[a]芘的去除 率高。
5.按權(quán)利要求1所述的利用花卉植物紫茉莉修復(fù)苯并[a]芘污染土壤的方法，其特征 在于所述種植紫茉莉是將含4-6片展開真葉的紫茉莉幼苗移載到苯并[a]芘污染土壤中。
6.按權(quán)利要求1所述的利用花卉植物紫茉莉修復(fù)苯并[a]芘污染土壤的方法，其特征 在于所述在苯并[a]芘污染土壤表層鋪上l_2cm沙子，并采用室外栽培，定期澆水，使土壤 含水量保持在田間持水量的65-85 %。
7.按權(quán)利要求1所述的利用花卉植物紫茉莉修復(fù)苯并[a]芘污染土壤的方法，其特征 在于在苯并[a]芘污染土壤上種植紫茉莉，紫茉莉從污染土壤上吸收污染物，當紫茉莉生 長至成熟期時，收獲植物，再種植第二茬紫茉莉，重復(fù)上述操作，直至土壤中的苯并[a]芘 污染物達到環(huán)境安全標準；去除的紫茉莉曬干并轉(zhuǎn)移至其它地方集中焚燒。
全文摘要
本發(fā)明涉及污染環(huán)境修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種利用植物修復(fù)苯并[a]芘污染土壤的方法。具體為在苯并[a]芘污染土壤上種植紫茉莉，從而實現(xiàn)去除土壤中過量苯并[a]芘的目的，將紫茉莉種植在苯并[a]芘污染土壤中，待植物生長80-90天，即為成熟期時將植物整體移除并妥善處理，通過反復(fù)種植該種植物，重復(fù)上述過程，就可以處除污染土壤中的苯并[a]芘，直到其達到環(huán)境安全標準。本發(fā)明方法具有技術(shù)工藝簡單，成本低；不破壞土壤的理化性質(zhì)，無二次污染；針對苯并[a]芘污染土壤修復(fù)效果好，適用于大面積修復(fù)有機污染土壤，且在治理污染土壤的同時美化環(huán)境等優(yōu)點。
文檔編號A01G1/00GK101992205SQ20091001316
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者任麗萍, 周啟星, 孫約兵 申請人:中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所