专利名称：利用食用菌菌糠和生物表面活性剂联合强化植物修复多环芳烃污染土壤的方法
技术领域：
本发明涉及污染环境修复技术领域，尤其涉及一种利用食用菌菌糠和生物表面活
性剂联合强化植物修复多环芳烃污染土壤的方法。
背景技术：
土壤是人类赖以生存的最重要的自然资源之一，但是由于大气沉降、污水灌溉、固 体废弃物填埋渗漏和油田开采等，土壤有机污染日趋严重。多环芳烃是一类含有二个或二 个以上苯环的有机污染物，具有致癌、致畸和致突变效应，可在土壤_作物系统中迁移，并 造成地下水次生污染，危及农产品安全和人体健康。土壤PAHs污染不仅影响土壤生态系统 的健康，还通过食物链等多种途径影响人类的身体健康，因此土壤PAHs污染受到政府和社 会的广泛重视，PAHs污染土壤修复研究已成为国际土壤环境技术领域的研究重点。
植物修复技术是近年来发展起来的一项主要用于清除环境中有毒污染物的绿色 修复技术，具有投资低，操作简单，无二次污染，可用于大面积的污染治理等优点。但是，由 于土壤中多环芳烃的生物可利用性较低，植物修复的效率在短期内往往有一定的局限，通 常在一个完整的植物生长周期PAHs的降解率仅为10% 20%。因此，需要在植物修复方 法的基础上，采取一些强化措施来提高植物修复效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用食用菌菌糠和生物表面活性剂联合强化植物修复
多环芳烃污染土壤的方法。本方法能够有效促进PAHs类有机污染物从土壤颗粒上解吸，提
高该类有机污染物的生物可利用率和降解速率，同时还具有环境友好、无二次污染、经济和
可操作性强等特点。与现有技术相比，本发明能够大幅度降低环境治理的成本。 完成上述发明任务的方案是，一种利用食用菌菌糠和生物表面活性剂联合强化植
物修复多环芳烃污染土壤的方法，其特征在于，步骤如下 (1)在多环芳烃污染的土壤中采用穴播的方式种植紫花苜蓿，穴间距为30 40cm ; (2)待紫花苜蓿生长至株高7 10cm时，在植物根圈直径5 25cm范围5 10cm 深的土壤中施加10 20g(干重)食用菌菌糠(不需二次堆肥发酵)，与土壤搅拌均匀；
(3)同时在5 10cm深土层中施加1 3g(净含量)生物表面活性剂于土壤中， 与土壤和食用菌菌糠搅拌均匀，覆土 3 5cm ;
(4)每隔60天，重复步骤(3) —次。 (5)经120天后收获紫花苜蓿的植物体，晒干，并转移到其他地方焚烧
以上方案中，所述的食用菌菌糠是指双孢菇、杏鲍菇、鸡腿菇和平菇等食用菌出 菇后培养基废料。所述的食用菌菌糠加五倍H^时的pH为7. 8 8. 5，其中的有机碳550 600g/kg，全氮18 22g/kg，全磷4 5g/kg，全钾8 12g/kg，漆酶含量为30000 40000U/kg。 所述的生物表面活性剂，系由鼠李糖脂产生菌铜绿假单胞菌液体发酵所得，按照 1 3g(净含量)添加量均匀的喷洒于土壤中。 表面活性剂可以有效促进PAHs类有机污染物从土壤颗粒上解吸，实现增溶PAHs 的效果，从而有助于提高该类有机污染物的生物可利用率和降解速率。与化学表面活性剂 相比，生物表面活性剂鼠李糖脂，除具备表面活性剂的特性，还具有环境友好、无二次污染 和经济等特点，在环境修复领域具有很大的潜在应用前景。此外，鼠李糖脂在一定浓度范围 内可以促进植物生长。 食用菌菌糠，多指栽培各种食用菌后剩下的固体废弃物，其含有蛋白质、氨基酸、 菌体蛋白、酶等可以再利用的成分，特别是包括漆酶、木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶在 内的丰富氧化还原酶资源，可以通过氧化还原反应降解环境中的有机污染物，为其在环境 修复领域中的广泛应用提供了有力支持。此外，食用菌菌糠中中含有大量的有机质和氮、 磷、钾、钙、镁、硫等植物生长所必需的多种营养元素，特别是其产生的腐殖酸有机胶体可使 土壤团粒结构增加，改善土壤特性，疏松土壤，增加透气性，这些为植物生长提供了良好的 土壤环境，从而有利于植物的生长。 利用食用菌菌糠和生物表面活性剂的方法与施用化学肥料和化学表面活性剂成 本对比食用菌菌糠为食用菌培养基废料，价格为40 50元/吨，生物表面活性剂系由微 生物发酵产生，产生鼠李糖脂的成本仅为培养基配料和发酵过程水电费等为2. 9 3. 8元 /L，鼠李糖脂浓度为3g/L 5g/L。而化学表面活性剂Triton X-100的价格为100 110 元/500ml，复合肥(45%含量)2400 2450元/吨。紫花苜蓿种子成本为55 60元/千 克。修复1公顷土地，本发明的利用食用菌菌糠和生物表面活性剂的方法成本需要约80 100元，而按照传统的方法施用化学肥料和化学表面活性剂，要在1000元以上。
本发明的优点在于本发明通过添加一定比例的食用菌菌糠提高土壤有机质含量 和氮、磷、钾等养分元素，促进植物生长，进而增加根际土壤微生物数量和代谢活性。通过食 用菌菌糠中的漆酶直接降解污染土壤中的多环芳烃。同时，通过生物表面活性剂将多环芳 烃从土壤颗粒上解吸下来，提高有机污染物的生物可利用性和可降解性。最后，通过植物的 根系效应提高土壤微生物的数量和代谢活力。
图1为实施例1中，不同处理土壤PAHs降解率[对照不种植物；处理1 :种植植 物；处理2 :种植植物+鼠李糖脂；处理3 :种植植物+鼠李糖脂+双孢燕菌糠(5g);处理 4:种植植物+鼠李糖脂+双孢菇菌糠(10g);处理5:种植植物+鼠李糖脂+双孢菇菌糠 (20g)]; 图2为实施例2中，不同处理土壤PAHs降解率[对照不种植物；处理1 :种植植 物；处理2 :种植植物+杏鲍菇菌糠；处理3 :种植植物+杏鲍菇菌糠+鼠李糖脂(lg);处 理4 :种植植物+杏鲍菇菌糠+鼠李糖脂(2g);处理5 :种植植物+杏鲍菇菌糠+鼠李糖脂 (3g);处理6 :种植植物+杏鲍菇菌糠+鼠李糖脂(4g)]; 图3为实施例3中，不同处理土壤PAHS降解率[对照不种植物；处理1 :种植植 物；处理2 :种植植物+平菇菌糠；处理3 :种植植物+鼠李糖脂(lg);处理4 :种植植物+鼠
4李糖脂(2g);处理5 :种植植物+鼠李糖脂(4g);处理6 :种植植物+平菇菌糠+鼠李糖脂 (lg);处理7 :种植植物+平菇菌糠+鼠李糖脂(2g);处理8 :种植植物+平菇菌糠+鼠李糖 脂(4g)]。
具体买施方式 实施例1 :含多环芳烃总量10. 31mg/kg的污染土壤，以穴播方式种植紫花苜蓿，种 植穴间距为40cm，当植物成活后按照普通农作物的管理方法进行管理；待植物生长至株高 10cm时，分别向土壤中施加双孢菇菌糠Og， 5g， 10g和20g，同时，分别向土壤中施加0. 5L浓 度为3g/L鼠李糖脂发酵液，混合均匀后覆土 2cm左右，培养120d后采集土壤样品，并分析 土壤中多环芳烃含量变化，评价修复效果。 土壤采集后过IOO目筛，称取lg土同时加入2g无水Na^04，充分混匀，加入60ml二 氯甲烷后，索式提取24h后，用旋转蒸发仪蒸干，然后用2ml环己烷定容，取0. 5ml过60-100 目硅胶(用正己烷活化)的层析柱，二氯甲烷/正己烷(1 : 1，V/V)洗脱并用氮气吹干，最 后用乙腈定容至2ml后高效液相色谱仪分析。 120d后，土壤多环芳烃总量的降解率数据见图1所示，其中，不种植物对照的降解 率仅为2. 1%，单独植物修复(处理1)的降解率12.5%，种植植物和鼠李糖脂联合作用(处 理2)的降解率提高到19.8%，在此基础上添加不同量(5g，10g和20g)的双孢燕菌糠处理 的降解率分别达到了 30. 9%、32. 64%和21. 2%，比植物单独修复效率提高了 147%、161% 和70% 。因此在双孢燕菌糠添加量5 10g的基础上，同时添加鼠李糖脂1. 5g强化植物修
复能达到较好的效果。
实施例2 : 含多环芳烃总量8. 87mg/kg的污染土壤，以穴播方式种植紫花苜蓿，种植穴间距 为35cm，当植物成活后按照普通农作物的管理方法进行管理；待植物生长至株高12cm时， 向土壤中施加杏鲍燕菌糠10g，同时，向土壤中施加0. 25L、0. 5L、0. 75L和1L浓度为4g/L鼠 李糖脂发酵液，混合均匀后覆土 2cm左右，培养120天后采集土壤样品，并分析土壤中多环 芳烃含量变化，评价修复效果。 土壤采集后过100目筛，称取lg土同时加入2g无水Na^(V充分混匀，加入60ml 二氯甲烷后，索式提取24h后，用旋转蒸发仪蒸干，然后用2ml环己烷定容，取0. 5ml过60 100目硅胶(用正己烷活化)的层析柱，二氯甲烷/正己烷(1 : 1， V/V)洗脱并用氮气吹 干，最后用乙腈定容至2ml后高效液相色谱仪分析。 120d后，土壤多环芳烃总量的降解率数据见图2所示，其中，不种植物对照的降解 率仅为2.4%，单独植物修复(处理l)的降解率13. 1%，种植植物和杏鲍菇菌糠联合作用 (处理2)的降解率提高到21.5%，在此基础上添加不同量(lg，2g，3g和4g)的鼠李糖脂 发酵液的降解率分别达到了 32. 8%、37. 59%、36. 95%和25. 3%，比植物单独修复效率提 高了 53%、75%、72%和18%。因此在杏鲍菇菌糠添加量10g的基础上，同时添加鼠李糖脂 1 3g强化植物修复能达到较好的效果。
实施例3 : 含多环芳烃总量13. 27mg/kg的污染土壤，以穴播方式种植紫花苜蓿，种植穴间距 为40cm，当植物成活后按照普通农作物的管理方法进行管理；待植物生长至株高12cm时，向土壤中施加平菇菌糠10g，同时，向土壤中施加0. 25L、0. 5L和0. 75L浓度为4g/L鼠李糖 脂发酵液，混合均匀后覆土 2cm左右，同时设不施加平菇菌糠而施加不同剂量鼠李糖脂发 酵液的对照。培养120d后采集土壤样品，并分析土壤中多环芳烃含量变化，评价修复效果。
120d后，土壤多环芳烃总量的降解率数据见图3所示。其中，不种植物对照的降 解率仅为2.6%，单独植物修复(处理l)的降解率15. 1%，种植植物和平菇菌糠联合作用 (处理2)的降解率提高到22. 4% ，不施加平菇菌糠而施加不同剂量鼠李糖脂发酵液的对照 PAHs降解率分别为17.9% (lg鼠李糖脂)、17. 1% (2g鼠李糖脂)和20.3% (4g鼠李糖 脂)。而同时施加平菇菌糠和添加不同量(lg，2g和4g)的鼠李糖脂发酵液的降解率分别 达到了 38. 59%、40. 95%和30. 01%，比植物单独修复效率提高了 71%、82%和33%。因此 在平菇菌糠添加量10g的基础上，同时添加鼠李糖脂1 2g强化植物修复能达到较好的效 果。
权利要求
一种利用食用菌菌糠和生物表面活性剂联合强化植物修复多环芳烃污染土壤的方法，其特征在于，步骤如下(1)在多环芳烃污染的土壤中采用穴播的方式种植紫花苜蓿，穴间距为30～40cm；(2)待紫花苜蓿生长至株高7～10cm时，在植物根圈直径5～25cm范围5～10cm深的土壤中施加干重10～20g的食用菌菌糠，与土壤搅拌均匀；(3)同时在5～10cm深土层中施加1～3g生物表面活性剂，与土壤和食用菌菌糠搅拌均匀，覆土3～5cm；(4)每隔60天，重复步骤(3)一次；(5)经120天后收获紫花苜蓿的植物体，晒干，并转移到其他地方焚烧。
2. 根据权利要求1所述的利用食用菌菌糠和生物表面活性剂联合强化植物修复多环 芳烃污染土壤的方法，其特征在于，所述第(2)步骤中的食用菌菌糠是指双孢菇、杏鲍菇、 鸡腿菇和平菇等食用菌出菇后培养基废料；生物表面活性剂是指鼠李糖脂。
3. 根据权利要求1所述的利用食用菌菌糠和生物表面活性剂联合强化植物修复多环 芳烃污染土壤的方法，其特征在于，所述第第(2)步骤中的食用菌菌糠的施加方式为在植 物根系周围直径为5 25cm、深度为5 10cm的土壤表层处，均匀撒播一层干重10 20g 的食用菌菌糠。
4. 根据权利要求1所述的利用食用菌菌糠和生物表面活性剂联合强化植物修复多环 芳烃污染土壤的方法，其特征在于，所述的生物表面活性剂，系由鼠李糖脂产生菌铜绿假单 胞菌液体发酵所得，按照1 3g添加量均匀的喷洒于土壤中。
5. 根据权利要求1 4之一所述的利用食用菌菌糠和生物表面活性剂联合强化植物修复多环芳烃污染土壤的方法，其特征在于所述食用菌菌糠加五倍^0时的pH为7. 8 8. 5，其中的有机碳550 600g/kg，全氮 18 22g/kg，全磷4 5g/kg，全钾8 12g/kg，漆酶含量为30000 40000U/kg。
全文摘要
利用食用菌菌糠和生物表面活性剂联合强化植物修复多环芳烃污染土壤的方法(1)在多环芳烃污染的土壤中种植紫花苜蓿，穴间距30～40cm；(2)株高7～10cm时在植物根圈直径5～25cm范围5～10cm深的土壤中施加干重10～20g的食用菌菌糠；(3)在5～10cm深土层中施加1～3g生物表面活性剂，搅拌均匀覆土3～5cm；(4)每隔60天重复步骤(3)一次；(5)经120天后收获紫花苜蓿的植物体，晒干，并转移到其他地方焚烧。本发明能够有效促进PAHs类有机污染物从土壤颗粒上解吸，提高该类有机污染物的生物可利用率和降解速率，无二次污染；并大幅度降低成本。
文档编号B09C1/00GK101780465SQ20101013566
公开日2010年7月21日 申请日期2010年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者尹睿, 张晶, 林先贵 申请人:中国科学院南京土壤研究所