专利名称：降低污染土壤中多氯联苯和多环芳烃的双接种生物学方法
技术领域：
本发明涉及一种生物学环保技术，具体涉及一种降低污染土壤中多氯联苯和多环芳烃的双接种生物学方法。
背景技术：
随着工业化、城市化、农业高度集约化进程的加速，具高亲脂性、化学稳定性及内分泌干扰性的持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants，POPs)不断地排放、累积到各种环境介质中。土壤作为这类化合物的重要汇和中转站，这类化合物可通过食物链传递及放大作用，对生态和人体健康造成严重危害。因此，土壤中持久性有机污染物(POPs)的污染控制与修复问题已经成为国内外环境科学和环境工程领域日益关注的焦点之一。有关POPs污染土壤的修复方法，主要包括化学的、物理的、微生物的以及植物修复等方法，目前在应用中多数采用化学降解、光降解、微生物降解、植物修复等单一的修复方式，少数涉及到微生物单接种与植物的联合生物修复，而且仅仅针对单一的POPs污染物降解而言。事实上，土壤环境中POPs的污染常常表现出明显的复合污染特征。因此，单独使用现有技术中的任何一种方法，都难以取得理想的修复效果。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明将提供一种对于复合污染的土壤具有良好修复效果的生物学方法，来降低长期污染土壤中POPs复合污染物。即，采用菌根真菌和根瘤菌双接种联合强化豆科植物来降低长期污染土壤中POPs复合污染物，为研发和构建POPs复合污染土壤的修复技术体系提供科学依据。
完成上述发明任务的方案是降低污染土壤中多氯联苯和多环芳烃的双接种生物学方法，包括以下步骤在污染土壤上种植豆科植物的同时，接种根瘤菌与丛枝菌根真菌，至该豆科植物生长周期结束。
根据根瘤菌互接种族关系，以上所述的豆科植物，可以是目前作为农作物种植的各种豆科植物；作为绿肥种植的各种豆科草本植物；也可以是专门作为土壤修复而种植的各种豆科植物。例如大豆(Glycine max(L.)merr.)、紫花苜蓿(Medicago sativa)、草木樨(Melilotus suaveolens Ledeb.)、白三叶草(Trifolium repens)、苕子(Vicia cracca L.)等。
以上所述的“同时接种根瘤菌与丛枝菌根真菌”，是指在该豆科植物上同时接种外源根瘤菌和丛枝菌根真菌，如苏格兰球囊霉(Glomus caledonium)、地表球囊霉(Glomus versiforme)和透光球囊霉(Glomus diaphanum)等。
所述的“接种”包括现有技术中的菌剂拌种，和(或)在土壤中撒播菌剂等。
以上所述技术方案的进一步优化，方案如下1、所述的豆科植物采用多年生豆科草本植物，更优化的方案是采用紫花苜蓿(Medicago sativa)；2、所述的丛枝菌根真菌和根瘤菌分别为苏格兰球囊霉(Glomuscaledonium)和苜蓿根瘤菌(Rhizobium meliloti)；
3、在进行双接种之前，增加以下步骤制备丛枝菌根真菌制剂利用苏格兰球囊霉(Glomus caledonium)的宿主植物苏丹草(Sorghum sudanense(Piper)Stapf.)，用过筛的红砂土和细砂为基质对该菌根真菌进行扩大培养，待苏丹草生长60天后收获，将苏丹草根系剪碎，与培养基质混匀作为菌根菌剂，该菌剂中孢子密度达30个/克干菌剂以上。
本发明充分挖掘菌根真菌、根瘤菌强化植物修复持久性有机复合污染物的潜力，利用微生物与豆科牧草的共生关系，转化、吸收及根区修复机理，去除土壤中持久性有机复合污染物而设计的一种微生物—植物联合降解方法。该方法选用紫花苜蓿作为宿主植物，采用自制菌根菌剂和根瘤菌剂双接种方式，首次应用于长期POPs复合污染土壤，以改善植物根区微生态环境，增强复合污染土壤中POPs的转化能力，明显提高了土壤中POPs的降解或消减效果，使土壤中多氯联苯(PCBs)、菲(PA)和苯并[a]芘(B[a]P)的降解率分别高达22.93％、71.21％、31.30％。它是一项系统性强、易于操作、高效、低成本、环保友好型的菌根真菌/根瘤菌强化豆科牧草植物降解POPs复合污染物的联合生物学方法。
种植紫花苜蓿条件下菌根真菌、根瘤菌单接种及其双接种对POPs复合污染土壤中持久性有机污染物(PCBs和PAHs)的降解影响如表1所示。
表1 POPs复合污染土壤中多氯联苯、菲、苯并[a]芘的降解率(％)
表1可以看出，在没有种植紫花苜蓿和接种菌根真菌、根瘤菌(对照)的条件下，供试土壤中多氯联苯(PCBs)、菲(PA)和苯并[a]芘(B[a]P)的自然降解率极低，其中多氯联苯(PCBs)和苯并[a]芘(B[a]P)的降解率分别为0.80％和0.44％，均小于1.0％，而多环芳烃菲的降解率也仅有2.01％。从表1还可看出，与修复前土壤中(PCBs)、菲(PA)和苯并[a]芘(B[a]P)含量相比，种植紫花苜蓿使土壤中PCBs、PA、B[a]P含量分别降低了8.64％、30.93％、8.98％，紫花苜蓿接种根瘤菌其分别降低了12.49％、53.42％、13.95％，紫花苜蓿接种菌根真菌使土壤中PCBs、PA、B[a]P含量分别降低了15.92％、56.95％、29.29％，菌根真菌+根瘤菌双接种使土壤中PCBs、PA、B[a]P的降解率高达22.93％、71.21％、31.30％。可见，种植紫花苜蓿和接种菌根真菌、根瘤菌条件下，供试土壤中POPs的降解率明显提高，尤其是菌根真菌和根瘤菌双接种极显著地促进了紫花苜蓿根区土壤中多氯联苯(PCBs)、多环芳烃(PAHs)的降解能力。这一结果表明利用微生物(菌根真菌、根瘤菌)和豆科植物的共生关系，转化、吸收及根区修复机理，首次应用于POPs复合污染土壤，不失为一种较理想的生物学修复方法。
具体实施例方式
实施例1供试土壤采自长江三角洲某持久性有机污染物(POPs)高风险区(历时15年以上)农田表层土壤(0～15cm)，经自然风干，过3mm筛，调节其土壤含水量为田间持水量的55％左右，以供盆栽试验用。修复前，供试土壤中持久性有机污染物18种多氯联苯(PCBs)组分总含量为225.6μg/kg、多环芳烃菲(PA)和苯并p[a]芘(B[a]P)分别为49.68μg/kg、11.47μg/kg。
供试菌种及菌剂丛枝菌根真菌为苏格兰球囊霉(Glomus caledonium)，以苏丹草(Sorghum sudanense(Piper)Stapf.)为宿主植物，用过筛的红砂土和细砂为基质对该菌根真菌进行扩大培养，待苏丹草生长60天后收获，将苏丹草根系剪碎，与培养基质混匀作为菌根菌剂，该菌剂中孢子密度达30个/克干菌剂以上。根瘤菌为苜蓿根瘤菌(Rhizobium meliloti)，将该根瘤菌吸附于泥炭载体上，制成根瘤菌菌剂，菌数为6×106个/毫升以上。
供试植物宿主植物紫花苜蓿(Medicago sativa)，为豆科多年生草本植物，是世界上最重要的栽培牧草，被称为“牧草之王”。
试验方案本研究设计5个处理，即对照(处理1)、种植紫花苜蓿(处理2)、紫花苜蓿+根瘤菌剂(处理3)、紫花苜蓿+菌根真菌剂(处理4)、紫花苜蓿+菌根真菌剂+根瘤菌剂(处理5)。重复4次，随机区组排列。
试验方法将一定量的基肥施于POPs复合污染土壤中，充分拌匀。同时，在土壤中间施菌根真菌剂。然后，将根瘤菌菌剂与紫花苜蓿种子充分拌匀，并及时播种于盆钵中，覆土，置于恒温恒湿光照培养室内。出苗后进行定苗，整个试验按常规管理。试验进行3个月后采样分析。
污染土壤中POPs复合污染物的微生物—植物联合降解效应种植紫花苜蓿条件下菌根真菌、根瘤菌单接种及其双接种对POPs复合污染土壤中持久性有机污染物(PCBs和PAHs)的降解影响如表1所示。表1可以看出，在没有种植紫花苜蓿和接种菌根真菌、根瘤菌(对照)的条件下，供试土壤中多氯联苯(PCBs)、菲(PA)和苯并[a]芘(B[a]P)的自然降解率极低，其中多氯联苯(PCBs)和苯并[a]芘(B[a]P)的降解率分别为0.80％和0.44％，均小于1.0％，而多环芳烃菲的降解率也仅有2.01％。与修复前土壤中(PCBs)、菲(PA)和苯并[a]芘(B[a]P)含量相比，种植紫花苜蓿使土壤中PCBs、PA、B[a]P含量分别降低了8.64％、30.93％、8.98％，紫花苜蓿接种根瘤菌其分别降低了12.49％、53.42％、13.95％，紫花苜蓿接种菌根真菌使土壤中PCBs、PA、B[a]P含量分别降低了15.92％、56.95％、29.29％，菌根真菌+根瘤菌双接种使土壤中PCBs、PA、B[a]P的降解率高达22.93％、71.21％、31.30％。可见，种植紫花苜蓿和接种菌根真菌、根瘤菌条件下，供试土壤中POPs的降解率明显提高，尤其是菌根真菌和根瘤菌双接种极显著地促进了紫花苜蓿根区土壤中多氯联苯(PCBs)、多环芳烃(PAHs)的降解能力。这一结果表明利用微生物(菌根真菌、根瘤菌)和豆科植物的共生关系，转化、吸收及根区修复机理，首次应用于POPs复合污染土壤，不失为一种较理想的生物学修复方法。
实施例2，与实施例1基本相同，但所述的豆科植物采用大豆(Glycinemax(L.)merr.)；所述的丛枝菌根真菌”，采用苏格兰球囊霉(Glomuscaledonium)。
实施例3，与实施例1基本相同，但所述的豆科植物采用紫花苜蓿(Medicago sativa)；所述的丛枝菌根真菌”，采用地表球囊霉(Glomusversiforme)。
实施例4，与实施例1基本相同，但所述的豆科植物采用草木樨(Melilotussuaveolens Ledeb.)；所述的丛枝菌根真菌”，采用透光球囊霉(Glomusdiaphanum)。
实施例5，与实施例1基本相同，但所述的豆科植物采用白三叶草(Trifolium repens)。
实施例6，与实施例1基本相同，但所述的豆科植物采用苕子(Vicia craccaL.)。
权利要求
1.一种降低污染土壤中多氯联苯和多环芳烃的双接种生物学方法，包括以下步骤在污染土壤上种植豆科植物的同时，接种根瘤菌与丛枝菌根真菌，至该豆科植物生长周期结束。
2.按照权利要求1所述的降低污染土壤中多氯联苯和多环芳烃的双接种生物学方法，其特征在于，所述的豆科植物采用多年生豆科草本植物。
3.按照权利要求2所述的降低污染土壤中多氯联苯和多环芳烃的双接种生物学方法，其特征在于，所述的多年生豆科草本植物采用紫花苜蓿Medicago sativa。
4.按照权利要求1或2或3所述的降低污染土壤中多氯联苯和多环芳烃的双接种生物学方法，其特征在于，所述的丛枝菌根真菌采用苏格兰球囊霉Glomus caledonium。
5.按照权利要求4所述的降低污染土壤中多氯联苯和多环芳烃的双接种生物学方法，其特征在于，在进行双接种之前，增加以下步骤制备丛枝菌根真菌制剂利用苏格兰球囊霉Glomus caledonium的宿主植物苏丹草，用过筛的红砂土和细砂为基质对该菌根真菌进行扩大培养，待苏丹草生长60天后收获，将苏丹草根系剪碎，与培养基质混匀作为菌根菌剂，该菌剂中孢子密度达30个/克干菌剂以上。
全文摘要
降低污染土壤中多氯联苯和多环芳烃的双接种生物学方法，包括以下步骤在污染土壤上种植豆科植物的同时，接种根瘤菌与丛枝菌根真菌，至该豆科植物生长周期结束。优化方案中的豆科植物采用多年生豆科草本植物，优选紫花苜蓿(Medicago sativa)；所述的丛枝菌根真菌优选苏格兰球囊霉(Glomus caledonium)。进行双接种之前，还可以增加制备丛枝菌根真菌制剂的步骤。使用本发明的方法，可以使供试土壤中POPs的降解率明显提高，尤其是菌根真菌和根瘤菌双接种极显著地促进了紫花苜蓿根区土壤中多氯联苯、多环芳烃的降解能力，为一种较理想的生物学修复方法。
文档编号B09C1/10GK1663702SQ20051003845
公开日2005年9月7日 申请日期2005年3月16日 优先权日2005年3月16日
发明者滕应, 骆永明, 李振高 申请人:中国科学院南京土壤研究所