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一种利用金边龙舌兰治理并修复苯并[a]芘污染土壤的方法与流程

花匠小妙招
2025-04-19 22:06

1.本发明涉及污染土壤植物修复技术领域，具体涉及一种利用大型草本植物-金边龙舌兰治理并修复苯并[a]芘污染土壤的方法。

背景技术：

[0002]
土壤是植物生长的基础，也是污染物的源和汇。随着工农业的发展，使得土壤中多环芳烃等有机物污染程度日益严重。国内外学者广为关注的多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons，pahs)是指一类含有两个或两个以上苯环以线状、角状或簇状排列的稠环化合物，熔点和沸点较高，具有疏水性、蒸汽压小，辛醇-水分配系数高。作为一种全球性的环境污染物，多环芳烃因其分布广、稳定性强、生物富集率高、致癌性强，而对环境和人类健康构成极大的威胁。
[0003]
苯并[a]芘(benzo[a]pyrene)，又名3，4-苯并芘，其纯品为淡黄色片状晶体。在环境中分布很广，通过大气、水、食品和吸烟都能进入人体。其来源有天然源和人为源，b[a]p主要的天然源包括生物合成、森林草原火灾以及火山活动，主要人为源包括各种矿物燃料、木材、纸以及其它含碳氢化合物的不完全燃烧。已被美国环保局列入优先控制的有毒有机污染物黑名单。它常存在于石油污染物中，通过石油开采与运输过程的泄露、石油污染水灌溉及大气飘尘的沉降等途径进入土壤，b[a]p由于具有较高的辛醇-水分配系数高和较低的蒸汽压，且分子结构内苯环高度密集，故较难被一般植物所降解修复，因而很容易在土壤等环境中累积，造成土壤污染。
[0004]
b[a]p污染土壤的修复技术主要涉及化学修复、生物修复(微生物修复、植物修复和植物-微生物联合修复)和化学-生物修复。但是，国内外开展的污染土壤清洁技术研究中，对b[a]p污染的生物修复主要集中在微生物降解研究。然而，作为一种新兴修复技术-植物修复是目前生物修复研究领域中的热点。植物可通过吸附、吸收以及超积累、转移、降解和挥发等方式清除环境介质中的有害污染，同时，植物还可以与根际微生物协同作用实现对污染物的降解。研究结果表明，植物修复对b[a]p的降解作用主要归功于植物根际作用，即一方面由于根际作用增加了微生物降解菌的数量，另一方面是因为植物分泌有机物为微生物共代谢提供了基质底物。作为一种新兴的原位绿色修复技术，植物修复操作比较简单、投资相对较低、不破坏环境、易于为人们接受等优点，在环境保护中具有重要的理论价值和广阔的应用前景。

技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是提供一种利用草本植物金边龙舌兰治理并修复苯并[a]芘污染土壤的方法。
[0006]
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：在苯并[a]芘污染土壤上种植金边龙舌兰，从而实现去除土壤中过量苯并[a]芘的目的。
[0007]
所述金边龙舌兰对≤10mg/kg的苯并[a]芘污染具有耐性；
[0008]
所述在苯并[a]芘污染土壤上种植金边龙舌兰(agave americana var.marginatatrel.)，待植物生长至10月中旬将植物整体移除；
[0009]
所述金边龙舌兰生长至成熟期时的不同生长时期根际比非根际土壤中苯并[a]芘的去除率高；
[0010]
所述种植金边龙舌兰是将含4-6片展开真叶的龙舌兰幼苗移载到苯并[a]芘污染土壤中；
[0011]
所述在苯并[a]芘污染土壤表层铺上1-2cm沙子，并采用室外栽培，定期浇水，使土壤含水量保持在田间持水量的65-85％；
[0012]
在苯并[a]芘污染土壤上种植金边龙舌兰，金边龙舌兰从污染土壤上吸收污染物，当金边龙舌兰生长至10月中旬左右时，收获植物，来年再种植第二茬金边龙舌兰，重复上述操作，直至土壤中的苯并[a]芘污染物达到环境安全标准(0.55mg/kg以下)；去除的金边龙舌兰晒干并转移至其它地方集中焚烧。
[0013]
本发明所具有的优点：
[0014]
1.本发明方法与传统的污染土壤治理方法相比，具有技术工艺简单，成本低。
[0015]
2.本发明作为一种绿色原位修复技术，将所收获植株进行集中焚烧处理，不会造成二次污染。
[0016]
3.本发明不破坏土壤理化性质，反而助于改善因有机物污染而引起的土壤退化和生产力下降。
[0017]
4.本发明对苯并[a]芘污染土壤修复效果好，适用大面积污染土壤的治理。
[0018]
5.本发明采用的修复观赏植物，种植金边龙舌兰在治理环境苯并[a]芘污染的同时，可以起到美化环境的作用，具有良好的生态效益。
[0019]
6.本发明所用植物为金边龙舌兰(agave americana var.marginatatrel.)，是龙舌兰科，金边龙舌兰属的多年生常绿大型草本植物，分布于西南、华南。原产地美国西南部和墨西哥。金边龙舌兰的叶片坚挺，四季常青，为南方园林布置的重要材料之一。金边龙舌兰类在原产地要长十年开花，巨大的花序高可达7至8米，是世界上最长的花序之一，白色或浅黄色的铃状花多达数百朵，花后植株即枯死。金边龙舌兰生性强健，适应性强，养护管理粗放，在生长期间适当施肥、浇水即可，病虫害较少。
附图说明
[0020]
图1为金边龙舌兰处理对不同浓度苯并[a]芘下的地上部生物量的检测图。
[0021]
图2为黑麦草处理对不同浓度苯并[a]芘下的地上部生物量的检测图。
[0022]
图3为孔雀草处理对不同浓度苯并[a]芘下的地上部生物量的检测图。
[0023]
图4为种植金边龙舌兰土壤中根际和非根际苯并[a]芘的去除率检测图。
[0024]
图5为种植黑麦草土壤中根际和非根际苯并[a]芘的去除率检测图。
[0025]
图6为种植孔雀草土壤中根际和非根际苯并[a]芘的去除率检测图。
具体实施方式
[0026]
下面申请人结合具体实施例对本方案作进一步的描述。
[0027]
实施例1
[0028]
实验地点设在湖南
×××
公司实验室室内，盆栽试验土壤采自公司附近无污染区表土(0-20cm)，土壤类型为草甸棕壤。实验共设2组对比植物(对苯并芘有一定的吸收能力植物黑麦草(loliumperenne l.)、孔雀草(tagetespatula l.)处理及1组金边龙舌兰(agave americana var.marginatatrel.)处理，每组5个处理，分别为：ck(对照，不投加苯并[a]芘)、2mg/kg、5mg/kg、10mg/kg和50mg/kg，每个处理重复3次。将供试土壤风干过8mm筛后，先用丙酮溶解所需的苯并[a]芘，加入少部分供试土壤中，待丙酮完全挥发后(3-5d)，将其拌入全部供试土壤中，充分混匀后装入塑料盆(φ＝20cm，h＝20cm)中，每盆装土5kg，在苯并[a]芘污染土壤表层铺上1-2cm沙子，平衡2个星期待用。同时进行花卉育苗，将土壤装入穴盘中，点播植物种子(清明节前后)，保持土壤湿润。40-50天后，幼苗长出4-6片真叶，选取长势一致的移入处理盆中，金边龙舌兰每盆2棵、黑麦草每盆5棵、孔雀草每盆3棵。用根际袋将土壤分为根际土和非根际土。根据土壤水分丰缺状况，不定期浇水，使土壤含水量经常保持在田间持水量的65-85％左右。
[0029]
分别在植物生长30d、60d、90d采集植物样和土样(根际土和非根际土)。将收获的植物样品分为地上、地下2部分，分别用自来水充分冲洗以去除粘附于植物样品上的泥土和污物，然后再用去离子水冲洗，沥去水分。用恒温干燥箱在75℃下烘干至衡重，对地上部进行称重记录。土壤置于室温下暗处风干，过200目筛，待分析。
[0030]
苯并[a]芘测定方法
[0031]
土壤样品中苯并[a]芘测定方法参照《土壤和沉积物多环芳烃的测定气相色谱-质谱法》(hj805-2016)。
[0032]
实验结果如下：
[0033]
参见图1可知，金边龙舌兰对苯并[a]芘污染具有一定的耐性能力。
[0034]
当苯并[a]芘投加浓度为2-10mg/kg时，植物的生长和发育并未受到明显影响，地上部生物量(g/株)与对照相比无明显区别。然而，随着土壤中苯并[a]芘的浓度增加到50mg/kg，植物生长表现为抑制效应，生物量也随之降低。其中在30d、60d和90d时地上部生物量呈显著下降，与对照相比，分别降低了42.25％、40％和36.72％。
[0035]
图2、图3可知黑麦草与孔雀草对苯并[a]芘污染也具有一定的耐性能力，随着土壤中苯并[a]芘的浓度增加到50mg/kg，植物生长也表现为抑制效应，生物量也随之降低。两种植物的生物量都显著低于金边龙舌兰。
[0036]
以上可以说明在低浓度苯并[a]芘污染土壤中，金边龙舌兰表现出很强的耐性特征，且地上部生物量比黑麦草与孔雀草明显高。是一种很有应用潜力的可以用来治理苯并[a]芘污染土壤的修复植物。
[0037]
图4给出了种植金边龙舌兰不同生长时期根际和非根际土壤中苯并[a]芘的去除率。
[0038]
从图中可以看出，种植金边龙舌兰，由于根系的存在能够明显促进苯并[a]芘的降解。在生长至30d、60d和90d时，土壤中的苯并[a]芘去除率，根际土壤的去除率都显著高于非根际土壤。而且，当土壤中苯并[a]芘浓度较低时(≤10mg/kg)，根际土壤中苯并[a]芘的去除率最高可达81.1％，非根际土壤的去除率也能达到54.1％，且随着金边龙舌兰的持续生长，去除率会进一步增高。
[0039]
说明了金边龙舌兰修复低浓度苯并[a]芘污染土壤具有很强的潜力。
[0040]
然而，随着苯并[a]芘浓度的增大到50mg/kg，苯并[a]芘的去除率也随之降低，不同生长时期下根际和非根际土壤中苯并[a]芘的去除率分别仅为22.1％-55.5％和17.1％-36.3％。
[0041]
图5、图6给出了种植黑麦草与孔雀草不同生长时期根际和非根际土壤中苯并[a]芘的去除率。
[0042]
从图中可以看出，种植黑麦草与孔雀草，在生长至30d、60d和90d时，土壤中的苯并[a]芘去除率，根际土壤的去除率也显著高于非根际土壤。但是种植60d后，随着黑麦草与孔雀草日趋成熟，土壤中的苯并[a]芘去除率无明显变化，且根际土壤中苯并[a]芘的去除率最高为55.7％、59.8％，远低于种植金边龙舌兰根际土壤中苯并[a]芘的最高去除率81.1％。
[0043]
本实施例中去除率按以下公式计算：去除率＝(初始浓度-实际测量浓度)*100％/初始浓度。
[0044]
上述实验结果表明，金边龙舌兰对一定程度的苯并[a]芘污染具有较强的耐性，并能够很好的去除土壤中的苯并[a]芘，可以用来修复苯并[a]芘污染土壤，是一种很有应用潜力的治理土壤中苯并[a]芘污染的修复植物。考虑到金边龙舌兰植物在冬天生长变缓，生长至10月中旬左右时，可收获植物，第二年再种植第二茬金边龙舌兰，重复上述操作，直至土壤中的苯并[a]芘污染物达到环境安全标准(0.55mg/kg以下)。而移除的金边龙舌兰可晒干并转移至其它地方集中焚烧，不会造成二次污染。