专利名称：一种蚯蚓生物强化降解土壤ddt农药残留的污染修复方法
技术领域：
本发明属于环境生物化学技术领域，具体涉及污染土壤的修复和治理，尤其涉及 一种修复DDT污染土壤的方法。
背景技术：
DDT[1,1，l-trichloro-2, 2-bis-(pchlorophenyl) ethane]作为一种人工合成的 有机氯农药，为世界粮食生产做出了重大贡献，但同时也造成了大气、水体和土壤环境的严 重污染。DDT具有高持留性、广谱毒性、亲脂性和半挥发性等特点，是典型的持久性有机污染 物(POPs)。尽管早在20世纪70 80年代，世界大多数国家就已停止生产和使用DDTJfi 施入农田的DDT仍有部分残留于土壤环境介质中，其检出率仍然很高。因此，DDT对土壤的 污染并未因为其被限制使用而消失，而是在一定时期长期存在。鉴于DDT对土壤污染的严重性和危害性，DDT污染土壤修复技术引起了全球普遍 关注，其主要包括物理、化学和生物方法。物理修复与化学修复由于处理费用昂贵，易造成 二次污染，因而不是一种理想的污染土壤修复方法。生物修复技术是利用特定的生物(植 物、微生物或原生动物等)吸收、转化、清除或降解农药污染物，从而实现土壤净化、生态效 应恢复的生物技术，是一种公认的有效、安全、廉价和无二次污染的方法。目前国内外学者对DDT污染土壤进行生物修复，多采用植物和微生物的方法。植 物修复需要的时间可能过长，环境适应能力较差；微生物修复则存在接种微生物与土著微 生物的竞争问题，以及在污染物浓度较低时修复效果欠佳等问题。利用土壤动物(蚯蚓)修 复污染土壤则不同，蚯蚓广泛分布在世界各地，具有极强的环境适应能力和繁殖能力，对于 污染胁迫表现出远高于微生物的耐性、生物累积和抗性。蚯蚓通过对土壤的翻动、吞噬和消 化排泄，以及挤压土壤形成的穴道，改变土壤物理结构，提高土壤的通气性、入渗率等。蚯蚓 还可以破碎消化有机物料，使之与土壤矿物质颗粒混合，加速土壤有机质分解，有机物在蚯 蚓消化道内经微生物、酶及粘液等作用，性质得到改善(颗粒变小、CN比降低，湿度增加)， 有利于微生物对养分的利用。蚯蚓消化道内形成类似生物反应器的微域环境，还能促进土 壤有机团聚体和铁锰氧化物的分解重构，提高污染物的解吸附和溶解性，增加表面接触机 会。蚯蚓活动不仅对微生物的种群结构和数量产生影响，而且还对微生物的活性产生影响。 蚯蚓活动对土壤PH值也产生影响，改善微生物所处的微环境，间接的影响微生物学性质。 然而目前，蚯蚓在土壤污染，特别是有机氯农药DDT污染修复中的作用报道非常有限，需要 作进一步的研究。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种以蚯蚓生物强化降解残留在 自然环境土壤中DDT的方法。本发明的目的通过以下技术方案来予以实现本发明提供了一种蚯蚓生物强化降解土壤DDT农药残留污染修复方法，其步骤如下(1)将赤子爱胜蚓(表层种)或壮伟环毛蚓(内层种)投放到被污染的土壤中；(2)在步骤⑴处理的土壤中投放已经发酵的鸡粪和/或牛粪，并使鸡粪和/或牛 粪与土壤充分混合均勻；(3)每隔三个月再次投放已经发酵的鸡粪和/或牛粪，并使鸡粪和/或牛粪与土壤 充分混合均勻。蚯蚓投放密度太大容易造成拥挤，影响蚯蚓的生长繁殖，密度太小又使得蚯蚓生 物总量过低，降低其处理效果，通过实验得出蚯蚓的投放密度为5 30条/kg 土壤，最佳投 放密度为赤子爱胜蚓30条/kg 土壤，壮伟环毛蚓15条/kg 土壤。已发酵的鸡粪和/或牛粪投放过多时，会造成其浪费，而如果投放过少时，又不能 保证蚯蚓的繁殖所需的营养成分。通过实验得出已发酵的鸡粪和/或牛粪与土壤质量比例 为0.2 1 1。最佳质量比例为0.2 1。鸡粪和/或牛粪的发酵方法为草帘或塑料薄膜覆盖发酵，发酵过程为18-24天。发 酵鸡粪和/或牛粪过干，应喷水浇湿，以用手紧握时能挤出少量水滴为宜。每隔5天再喷水 浇湿，翻勻几次。发酵饵料应是黑褐色、无恶臭、松散、不粘手。修复过程中，土壤的含水量保持在55 65%。采用本发明的方法其有益效果概括如下(1)采用蚯蚓对DDT污染土壤进行修复简单有效，成本低廉。(2)采用蚯蚓进行DDT污染土壤修复对外界环境条件要求低，适宜目前多数被DDT 污染的土壤大规模应用。(3)采用蚯蚓进行DDT污染土壤修复技术可通过蚯蚓在自然条件下的生长、发育、 繁殖，持续对被污染的土壤进行修复。(4)采用蚯蚓进行DDT污染土壤修复技术不仅能够加速土壤中DDT的消除与解毒， 还能通过蚯蚓的活动改良土壤各种理化性质，加速土壤有机质的分解，优化其他污染物脱 毒的反应条件，生物催化土壤中含有的其他污染物的形态转化和降解反应，如重金属Cu、 Pb、Zn 等。
图1为赤子爱胜蚓不同饲养密度效果图(条/kg 土壤)。图2为壮伟环毛蚓不同饲养密度效果图(条/kg 土壤)。图3为投放已发酵的鸡粪和/或牛粪的质量占土壤质量的不同百分比时，赤子爱 胜蚓的饲养效果图(g/kg 土壤)。图4为投放已发酵的鸡粪和/或牛粪的质量占土壤质量的不同百分比时，壮伟环 毛蚓的饲养效果图(g/kg 土壤)。图5为2mgDDT/kg 土壤中，不同品种、不同数量蚯蚓处180天后土壤DDT的消减量(mg/kg 土壤)。图6为4mgDDT/kg 土壤中，不同品种、不同数量蚯蚓处180天后土壤DDT的消减量(mg/kg 土壤)。图7为2mgDDT/kg 土壤中，不同品种、不同数量蚯蚓处180天后土壤DDD的含量(mg/kg 土壤)。图8为4mgDDT/kg 土壤中，不同品种、不同数量蚯蚓处理180天后土壤DDD的含量 (mg/kg 土壤)。图9为2mgDDT/kg 土壤中，不同品种、不同数量蚯蚓处理180天后土壤DDE的含量 (mg/kg 土壤)。图10为4mgDDT/kg 土壤中，不同品种、不同数量蚯蚓处理180天后土壤DDE的含 量(mg/kg 土壤)。图11为2mgDDT/kg 土壤中，不同品种、不同数量蚯蚓处理180天后土壤DDMU的含 量(mg/kg 土壤)。图12为4mgDDT/kg 土壤中，不同品种、不同数量蚯蚓处理180天后土壤DDMU的含 量(mg/kg 土壤)。图13为2mgDDT/kg 土壤中，180天后DDT系列降解产物平均质量占总质量百分比。图14为4mgDDT/kg 土壤中，180天后DDT系列降解产物平均质量占总质量百分比。其中每组处理重复η = 3，空白与处理显著性差异水平分别用P < 0. 05 (*)，P < 0. 01 (**)，P < 0. 001 (***)表示。
具体实施例方式下面结合具体实施例来进一步详细说明本发明。实施例1.不同蚯蚓饲养密度效果测试供试土壤采自菜园土，土样在室温条件下充分风干后混勻粉碎，过2mm筛。蚯蚓品 种选用赤子爱胜蚓(表层种)与壮伟环毛蚓(内层种)。实验设计两种品种的蚯蚓各加入5条(A)、10条(B) ,15条(C)、20条(D)、25条 (E)、30条(F)、35条(G)、40条(H)、45条(I)、50条(L)共20个处理样品。每个处理土样 重lkg，各加入已发酵的牛粪500g，牛粪碾磨后与土壤充分混勻，每隔三个月再次投放碾磨 好已发酵的牛粪500g，并与土壤充分混勻，修复过程中土壤含水量一直保持在55 65%， 每个处理设三个重复。试验设计测定30d、60d、90d三个阶段不同蚯蚓密度饲养的效果，测 定结果见图1与图2。结果表明30d、60d、90d三个阶段，蚯蚓条数在5 30条处理中生长繁育较好，超 过30条后蚯蚓由于密度过大，开始呈现死亡趋势，且死亡率随与蚯蚓密度增大而增大，呈 正相关关系。因此，综合考虑蚯蚓成活率与蚯蚓生物量对污染物降解效果，每Ikg土壤中加 30条赤子爱胜蚓或15条壮伟环毛蚓，既能保证蚯蚓正常的生长繁育，又能保证蚯蚓的生物 量，从而保证有机物污染物的降解效率。实施例2.投放已发酵的鸡粪和/或牛粪的质量占总质量的不同百分比时的蚯蚓饲养效果测试供试土壤为水稻土，土样在室温条件下充分风干后混勻粉碎，过2mm筛。蚯蚓品种 选用赤子爱胜蚓(表层种)与壮伟环毛蚓(内层种)。实验设计两种蚯蚓各加入已发酵的鸡粪和/或牛粪的质量占土壤质量的5% (A)、 10% (B) ,15% (C) ,20% (D) ,25% (E) ,30% (F) ,40% (G) ,60% (H) ,80% (I) ,100% (L)共 20个处理。每个处理样品重1kg，实验用蚓为赤子爱胜蚓的处理各加入30条，壮伟环毛蚓的处理各加入15条，每隔三个月再次投放已发酵鸡粪和/或牛粪，并与土壤充分混勻，修复过程中一直保持土壤含水量在55 65%，每个处理设三个重复。试验设计测定30d、60d、 90d三个阶段蚯蚓的饲养效果，测定结果见图3与图4。结果表明30d、60d、90d三个阶段，投放已发酵的鸡粪和/或牛粪的质量占土壤质 量的20% 100%处理中，蚯蚓生长繁育较好；投放已发酵的鸡粪和/或牛粪的质量占土壤 质量低于20%，蚯蚓饲养一段时间后由于土壤中的有机质逐渐减少，开始呈现总体质量下 降、活性不高的趋势。因此，综合考虑蚯蚓生物量与投资成本问题，土壤中已发酵的鸡粪和/ 或牛粪的质量占土壤质量的20%，既能保证蚯蚓正常的生长繁育，保证有机物污染物的降 解效率，又能最大程度上节约已发酵的鸡粪和/或牛粪的投资成本。实施例3.不同蚯蚓品种、密度对DDT生物降解效果测试实验设计每个处理土样重2kg，供试土壤采自华南农业大学绿榕圆 (23° 09. 190NU130 21. 244E)附近的表层土(0 20cm)，土壤类型为花岗岩母质上的 赤红壤，土壤中农药的含量可以忽略不计，土样在室温条件下充分风干后混勻粉碎，过2mm 筛。蚯蚓品种选用赤子爱胜蚓(表层种，编号E)与壮伟环毛蚓(内层种，编号A)。DDT在 土壤中浓度为2mg/kg (编号C1)与4mg/kg (编号C2)，由于直接在土壤中加入DDT很难保 证样品的均一，本实验先将DDT溶解于乙醇中(2mg/kg处理共用DDTO. 08g,乙醇IOmL ；4mg/ kg处理共用DDTO. 16g，乙醇20mL)，将混合液用水稀释至300g (处理样品的田间持水量)后 各均分20份，均勻地喷洒到土样中，静置一个月后放入蚯蚓。实验设计按照两种不同蚯蚓 密度，即30条(编号1)和60条(编号2)对两种不同品种的蚯蚓分别进行180天DDT降 解情况测定，空白与处理各做三个重复。测定结果见图5 图13。结果表明赤子爱胜蚓与壮伟环毛蚓均能加速土壤中DDT的降解，降解效果明显。因此断定，蚯蚓通过改变土壤物理结构，加速土壤有机质分解，提高土壤微生物活 性及土壤酶活性，以及蚯蚓消化道内形成类似生物反应器的微域环境，提高污染物的解吸 附和溶解性，增加表面接触机会，生物加速催化污染物的形态转化和降解反应，是一种有效 的生态可持续修复自然土壤中DDT的方法。
权利要求
一种蚯蚓生物强化降解土壤DDT农药残留污染的修复方法，其特征在于包括以下步骤(1)将赤子爱胜蚓或壮伟环毛蚓投放到被污染土壤中；(2)在步骤(1)处理的土壤中投放已经发酵的鸡粪和/或牛粪，并使鸡粪和/或牛粪与土壤充分混合均匀；(3)每隔三个月再次投放已经发酵的鸡粪和/或牛粪。
2.根据权利要求1所述的蚯蚓生物强化降解土壤DDT农药残留污染的修复方法，其特 征在于赤子爱胜蚓或壮伟环毛蚓的投放密度为5 30条/kg 土壤。
3.根据权利要求2所述蚯蚓生物强化降解土壤DDT农药残留污染的修复方法，其特征 在于赤子爱胜蚓的投放密度为30条/kg 土壤，壮伟环毛蚓的投放密度为15条/kg 土壤。
4.根据权利要求1所述的蚯蚓生物强化降解土壤DDT农药残留污染的修复方法，其特 征在于鸡粪和/或牛粪与土壤质量比为0.2 1 1。
5.根据权利要求4所述的蚯蚓生物强化降解土壤DDT农药残留污染的修复方法，其特 征在于鸡粪和/或牛粪与土壤质量比为0.2 1。
6.根据权利要求1所述的蚯蚓生物强化降解土壤DDT农药残留污染的修复方法，其特 征在于修复过程中，所述的土壤的含水量保持在55 65%。
7.根据权利要求1所述的蚯蚓生物强化降解土壤DDT农药残留污染的修复方法，其特 征在于步骤(2)所述的发酵为草帘或塑料薄膜覆盖发酵，发酵过程为18-24天。
全文摘要
本发明公开了一种蚯蚓生物强化降解土壤DDT农药残留污染的修复方法。是将赤子爱胜蚓或壮伟环毛蚓投放到被污染土壤中，再投放已经发酵的鸡粪和/或牛粪，并使鸡粪和/或牛粪与土壤充分混合均匀；每隔三个月再次投放已经发酵的鸡粪和/或牛粪。其中赤子爱胜蚓或壮伟环毛蚓投放密度为5～30条/kg土壤，鸡粪和/或牛粪与土壤质量比例为0.2～1∶1，修复过程中土壤的含水量一直保持在55～65％。本发明对外界环境条件要求低，适宜目前多数被DDT污染的土壤大规模应用，是一种简单有效，成本低廉的修复DDT有机氯农药污染土壤的方法。
文档编号B09C1/00GK101823074SQ20101014719
公开日2010年9月8日 申请日期2010年4月9日 优先权日2010年4月9日
发明者戴军, 李永涛, 李芳柏, 蔺中, 黄德银 申请人:华南农业大学