专利名称：一种面源污染治理方法
技术领域：
本发明属于面源污染控制工程领域，尤其涉及一种采用菌根技术治理面源污染的方法。该方法可广泛应用于城市、农村、道路等面源污染控制。
背景技术：
面源污染是指在降雨径流的淋溶和冲刷作用下，大气、地面和土壤中的污染物进入江河、湖泊水库和海洋等受纳水体并引起水体污染。氮、磷是最主要的面源污染物质，其主要来源包括农业化肥、农村生活污水、养殖业、水土流失、大气干湿沉降等。目前面源污染已成为我国湖泊、河流、水库等水域富营养化的主要驱动因子(以太湖、滇池和巢湖为例，面源污染对入湖总氮的贡献率分别为59^^33^^63%,对入湖总磷的贡献率分别达到 30%、41%和73%，而每年进入长江和黄河水体的氮素中分别有92%和88%来自于面源)。 水体富营养化会导致蓝藻爆发、水质恶化、水域生物多样性下降以及生态系统功能衰退等一系列严重的环境问题。因此，开展面源污染治理对于控制河湖水体富营养化具有非常重要的意义。面源污染产生后，径流携带面源污染物以面源发生点(如农作物种植区、垃圾堆放区、道路)作为起点，经过无积水区(在径流期间无积水存在，对旱生植物生长无影响)、 短期存水区(仅在径流期间存在水面，如沟、渠等，适宜水陆两生植物生长)、汇水区(径流结束后仍存在积水，如池、塘、洼地等，适宜水生植物生长)等不同环境，最终进入河、湖等受纳水体。针对面源污染的迁移过程，国内外面源污染治理措施主要包括源头控制(减少面源污染产生)、污染物截留(控制污染物迁移途径，减少污染物向河湖水体的输送)、内源治理(减少河湖水体营养物数量，如底泥清除)等三个方面，其中污染物截留措施主要包括前置库、植被缓冲带、生态沟渠、人工湿地等类型。例如公开号为CN1621622A的发明专利， 申请号为200410066164.0，名称为平原河网地区面源污染强化净化前置库系统，通过地表径流收集与调节、沉降、生态透水坝、前置库库区四个子系统的联合作用实现TN和TP的去除，这种方法利用水库的蓄水功能将径流截留在水库中，经物理、生物作用强化净化后排入所要保护水体。又如公开号为CN101555071A的发明专利，申请号为200910051166. 5，名称为利用缓冲带控制平原感潮河网地区农业面源污染的方法，提出选择农田和河道之间的河岸作为缓冲带，依径流流向种植不同植物，形成植被缓冲带，利用植物对径流中营养物质的截留、吸收功能取得较好的净化效果。再如公开号为CN101696059A的发明专利，申请号为 200910272338. 1，名称为一种阻控农业面源污染的生态沟渠，它在流域集水区构建汇集农业污染和农田地表径流的生态沟渠，入口设置物理格栅、小生物球和沉淀池，干渠内种植水生植物，它利用水生植物耐污能力以及砾间接触氧化、强化生物接触氧化等逐级净化水质， 实现对污染物的拦截、降解、吸收和利用。再如公开号为CN101880089A的发明专利，申请号为2010102^959. 4，名称为一种处理低浓度面源污染的折流式人工湿地装置，在湿地池体内布置填料，在填料表面种植挺水植物，设置带过水孔的导流墙，使上下水层混合交换，增加水流的流动曲折性，增加污水与基质的接触时间，实现氮磷的高效去除。
上述各种面源污染物截留措施的共同特征是通过强化基质吸附、微生物转化、植物吸收等技术要素实现污染物的去除，例如利用对氮、磷吸附能力强的材料作为填料强化基质吸附污染物的能力(如前置库中的生态透水坝、人工湿地中的填料等)；创造适宜的生境强化微生物对氮、磷的转化能力(普遍存在于上述污染物截留措施中)；优选高效植物强化氮、磷吸收(普遍存在于植被缓冲带、生态沟渠、人工湿地中)。在植物、微生物、基质/ 土壤三大要素中，基质吸附容量随着净化过程的进行最终将达到饱和，从而失去基质吸附能力；微生物能够通过硝化-反硝化作用将氮转化为氮气从而达到去除氮素的目的，但微生物只能将磷以不同形成贮存在体内，最终治理工程中将存储大量的磷，最终随微生物细胞体的分解而释放，造成二次污染。由此可见，无论是基质吸附还是微生物转化都存在不可持续性的缺点，都需要基质更换(因此包括存在于基质中的富磷微生物的剥离)作为后续措施来保障治理工程的长期运行。相比而言，植物吸收可以通过动物摄食或植物收获途径将转化为植物的污染物从治理工程中移除，这一过程并不需要实质性治理工程维护工作，这表明植物吸收是面源污染截留措施中唯一一个可持续的污染物截留因素。然而，相关机理研究表明，在三大因素中由于植物对氮磷的吸收量较小，目前植物净化所贡献的比重事实上相对较小，从植物营养学角度分析，这种较低的营养吸收量(和因此导致的低植物净化效率)实际上和基质或土壤中极低的营养水平有直接关系。因此，强化植物在面源污染治理工程中极低营养水平下的营养吸收效率是保障治理工程可持续运行、减少工程维护的重要方面。
发明内容
本发明针对面源污染物截留措施三要素的不足，基于植物营养学和微生物学(菌根真菌)知识，提出一种操作简便、经济高效、实用可行的菌根技术治理面源污染的方法。 在面源污染迁移途径根据不同陆地环境特征优选适宜的高效经济农作物，随后筛选适应于不同植物的菌根真菌类型，通过接种菌根真菌形成菌根，以丰富的菌丝扩大植物根系与土壤的接触面积，强化面源污染截留工程中植物营养吸收能力和吸收速率，最终实现对面源污染物的高效截留和植物转化，保障面源污染物截留工程的可持续运行。本发明的特征在于采用菌根技术强化面源污染截留工程中植物营养物质吸收能力和吸收效率，它根据面源污染物迁移途径不同阶段的陆地环境特征分别优选并种植旱生、水陆两生和水生类型的高效经济农作物，并分别优选并接种适应不同植物生长的高效菌根真菌类型，利用所形成的菌根强化宿主植物在低营养条件下对氮磷的吸收能力和吸收速率，即强化了植物对面源污染物的截留和植物转化，最终通过植物收获或动物摄取实现面源污染治理工程的可持续运行。本发明的特征还在于菌根真菌的主要作用不是降解和转化污染物，而是与宿主植物形成共生体系，其中植物为菌根真菌提供光合作用产品碳水化合物，而菌根真菌通过菌丝扩大了宿主植物根系与土壤的接触面积，使宿主植物能够从更大面积的土壤中摄取氮磷营养物质，更好地满足生长的需要。本发明具有以下优点(1)高可持续性，工程后期维护小。本发明充分发挥了面源污染治理工程三要素中可持续性因素，避免了基质失效以及微生物分解的二次污染问题，工程后期仅存在植物收获或动物摄取需求，无需特别的维护工作。(2)成本低。本发明不需要额外设置工程设施，仅需要因地制宜种植农作物，接种菌根真菌，方法简便易行，不占用优质土地资源，投资成本和运行成本低。(3)适用范围广。本发明适用于不同地域的面源污染治理。(4)污染物转化效率高。与无接种对照相比，菌根技术能够增加30%以上生物量， 也就是说植物对氮磷的吸收量提高30%以上，促进了氮磷的植物转化效率。
具体实施例方式本发明按照以下技术方案实施(1)通过实地调查考察面源污染物迁移路径不同阶段环境特征，筛选不同阶段适宜的旱生、水陆两生、水生高效经济农作物类型；(2)筛选不同类型植物的高效菌根真菌类型；(3)根据设计结果在工程不同区域种植植物，并接种相应的菌根真菌。(4)设置动物摄食(如草鱼对水生物植物的摄取、家畜对草的食用)或植物收获工序。实施例某地垃圾集中堆放地，面源污染物迁移途径两块裸地、一段沟渠和一个池塘，最后流入附近河流。工程布局时在裸地种植黑麦草，并接种地表球囊霉菌(Glomus versifome), 在沟渠中种植灯心草，并接种根内球囊霉菌(Glomus intraradices) 0春季完成工程施工，秋季收获时分析，接种AM菌剂的黑麦草的真菌浸染率为78 %，远高于未接种的黑麦草 (26%)；接种菌剂的灯心草真菌浸染率为65%，远高于未接种的灯心草(18%)。菌根的引入明显促进了植物对面源氮磷营养的吸收或植物转化接种菌剂的黑麦草平均单株生物量为2. 7g，高于未接种的水平(1.8g)；接种菌剂的灯心草平均单株生物量为1.8g，高于未接种的水平(1.4g)。
权利要求
1.本发明的特征在于采用菌根技术强化面源污染截留工程中植物营养物质吸收能力和吸收效率，它根据面源污染物迁移途径不同阶段的陆地环境特征分别优选并种植旱生、 水陆两生和水生类型的高效经济农作物，并分别优选并接种适应不同植物生长的高效菌根真菌类型，利用所形成的菌根强化宿主植物在低营养条件下对氮磷的吸收能力和吸收速率，即强化了植物对面源污染物的截留和植物转化，最终通过植物收获或动物摄取实现面源污染治理工程的可持续运行。
2.本发明的特征还在于菌根真菌的主要作用不是降解和转化污染物，而是与宿主植物形成共生体系，其中植物为菌根真菌提供光合作用产品碳水化合物，而菌根真菌通过菌丝扩大了宿主植物根系与土壤的接触面积，使宿主植物能够从更大面积的土壤中摄取氮磷营养物质，更好地满足生长的需要。
3.本发明按照以下技术方案实施(1)通过实地调查考察面源污染物迁移路径不同阶段环境特征，筛选不同阶段适宜的旱生、水陆两生、水生高效经济农作物类型；(2)筛选不同类型植物的高效菌根真菌类型；(3)根据设计结果在工程不同区域种植植物，并接种相应的菌根真菌。(4)设置动物摄食(如草鱼对水生物植物的摄取、家畜对草的食用)或植物收获工序。
全文摘要
本发明针对面源污染三大净化机理(基质吸附、微生物转化、植物吸收)的不足，基于植物营养学和微生物学(菌根真菌)知识，提出一种操作简便、经济高效、实用可行的菌根技术治理面源污染的方法。该方法在面源污染迁移途径根据不同陆地环境特征优选适宜的高效经济农作物，随后筛选适应于不同植物的菌根真菌类型，通过接种菌根真菌形成菌根，以丰富的菌丝扩大植物根系与土壤的接触面积，强化面源污染截留工程中植物营养吸收能力和吸收速率，最终实现对面源污染物的高效截留和植物转化，保障面源污染物截留工程的可持续运行。本发明适用于不同地域的面源污染治理，不仅对氮磷等营养元素去除率高，而且具有可持续性高、成本低、工程后期维护小等优点。
文档编号C02F3/32GK102211820SQ201110079288
公开日2011年10月12日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者李晓锋, 沈珍瑶, 郑少奎 申请人:北京师范大学