酞酸酯‑多环芳烃‑重金属污染土壤的植物混作修复方法与流程

本发明涉及土壤修复技术领域，具体而言，涉及一种酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物混作修复方法。

背景技术：

酞酸酯(paes)又称邻苯二甲酸酯，其是邻苯二甲酸形成的酯的统称，主要用作塑料改性添加剂，是一类具有致癌性、致突变性、致畸性、生殖毒性、神经毒性、内分泌干扰性的环境激素。多环芳烃(pahs)是煤、石油、木材、烟草、有机高分子化合物等有机物不完全燃烧时产生的挥发性碳氢化合物，其具有很强的致癌性，其可以通过呼吸或者直接的皮肤接触使人体致癌，导致肺癌和心血管疾病，是一种重要的环境和食品污染物。重金属污染也是严重危害我国土壤的环境污染，对人们的生活安全造成了很大的危害。

为了对受污染的土壤进行修复，人们对污染土壤的修复技术进行了大量研究，目前一般的污染土壤可以采用物理化学修复和生物修复两大类方法。其中，物理化学修复包括客土法、化学固定、电动修复、土壤淋洗等，这些技术不仅操作不便，成本较高，难以大规模治理，且会导致土壤结构的破坏和肥力下降等。生物修复指利用微生物、植物及其根际微生物的共存体系来吸收、容纳、转化或转移污染物使其无害，由于其具有操作方便、成本低，环保可靠的优点得到了广泛的关注。

如专利申请号为cn103752594a的发明专利公开了一种邻苯二甲酸酯污染土壤的植物修复方法，其是先将土壤破碎平整，包沟起畦，施用基肥，浇水至湿润；播种前每穴装入营养土或培养基，邻水，播种玉米，覆盖营养土；幼苗长至3-4片真叶时带土移栽，保持土壤湿润；玉米长至穗期前，收割玉米植株。本发明通过利用玉米根系与根际微生物联合，促进邻苯二甲酸酯降解使其在土壤中的去除率达到86％，其是利用玉米生长速度快、根系发达，生物量大的优点去除土壤中的邻苯二甲酸酯。

但是现有的技术只能修复单一的酞酸酯污染或者是低浓度的重金属与酞酸酯复合污染的农田土壤，对于存在酞酸酯-多环芳烃-重金属复合污染土壤的修复尚缺乏研究。因此，需要一种能够对具有多种污染物的土壤进行修复的方法。

技术实现要素：

本发明提供了一种酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物混作修复方法能够利用混作种植的植物对土壤中的多种污染物进行处理，从而快速的修复污染的土壤。

本发明是这样实现的：

一种酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物混作修复方法，其包括以下步骤：将紫花苜蓿、海州香薷和伴矿景天混作种植于受污染的土壤上。

进一步的，在本发明实施例中，混作种植包括在3月上旬至3月中旬之间播种紫花苜蓿，穴播播种且播种量为2.1-3.2kg/亩，穴播行距0.9-1.5m。

进一步的，在本发明实施例中，在4月上旬至4月中旬于田间穴播的紫花苜蓿之间播种海州香薷，穴播播种且播种量为3.5-5.5kg/亩。

进一步的，在本发明实施例中，在5月中旬至5月下旬之间于田间扦插种植伴矿景天，伴矿景天种植于紫花苜蓿和海州香薷之间，扦插量为3600-4500株/亩。

进一步的，在本发明实施例中，扦插时伴矿景天和紫花苜蓿之间的行距为30-60cm。

进一步的，在本发明实施例中，扦插时伴矿景天和海州香薷之间的行距为10-20cm。

进一步的，在本发明实施例中，播种紫花苜蓿之前的冬季在田间施加600-750kg/亩的农用肥，随后深耕30-40cm过冬。

进一步的，在本发明实施例中，在4月下旬至5月上旬在田间施加追肥，施加3.5-5.5kg/亩的尿素，且追肥施加于紫花苜蓿和海州香薷之间。

进一步的，在本发明实施例中，在6月上旬至6月中旬在田间施加二次追肥，施加4-6.5kg/亩的尿素，且二次追肥施加于海州香薷和伴矿景天之间。

进一步的，在本发明实施例中，在7月上旬至7月中旬于海州香薷和伴矿景天之间施加三次追肥，施加3-4.5kg/亩的尿素。

本发明的有益效果是：本发明提供的酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物混作修复方法是将紫花苜蓿、海州香薷和伴矿景天混作种植于受污染的土壤上。本发明提供的酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物混作修复方法操作简单方便，能够利用混作种植的植物对土壤中的多种污染物进行处理，具有生态环保，快速修复土壤的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中6个处理组的土壤样品中dnbp和pahs含量的示意图；

图2为本发明实施例中6个处理组的土壤样品中重金属含量的示意图；

图3为本发明实施例中6个处理组的植物样品中dnbp和pcbs含量的示意图；

图4为本发明实施例中6个处理组的植物样品地上部中重金属含量的示意图；

图5为本发明实施例中6个处理组的植物样品根部中重金属含量的示意图；

图6为本发明实施例中6个处理组的植物样品根部中重金属含量的示意图；

图7为本发明实施例中6个处理组的植物富集系数的示意图；

图8为本发明实施例中6个处理组的转运系数的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例进行具体说明。

本实施例提供了一种酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物混作修复方法，其是将紫花苜蓿、海州香薷和伴矿景天混作种植于受污染的土壤上。其中，混作种植是在在3月上旬至3月中旬之间播种紫花苜蓿，穴播播种且播种量为2.1-3.2kg/亩，穴播行距0.9-1.5m；在4月上旬至4月中旬于田间穴播的紫花苜蓿之间播种海州香薷，穴播播种且播种量为3.5-5.5kg/亩；在5月中旬至5月下旬之间于田间扦插种植伴矿景天，伴矿景天种植于紫花苜蓿和海州香薷之间，扦插量为3600-4500株/亩；扦插时伴矿景天和紫花苜蓿之间的行距为30-60cm；扦插时伴矿景天和海州香薷之间的行距为10-20cm。优选在播种紫花苜蓿之前的冬季在田间施加600-750kg/亩的农用肥，随后深耕30-40cm过冬；进一步优选的，在4月下旬至5月上旬在田间施加追肥，施加3.5-5.5kg/亩的尿素，且追肥施加于紫花苜蓿和海州香薷之间；在6月上旬至6月中旬在田间施加二次追肥，施加4-6.5kg/亩的尿素，且二次追肥施加于海州香薷和伴矿景天之间；在7月上旬至7月中旬于海州香薷和伴矿景天之间施加三次追肥，施加3-4.5kg/亩的尿素。

本发明实施例提供的酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物混作修复方法将紫花苜蓿(medicagosatival.)、海州香薷(e.splendens)和伴矿景天(sedumplumbizincicola)混作种植于受污染的土壤上，能够有效的分解和聚集土壤中的酞酸酯、多环芳烃和多种重金属，从而对土壤进行修复。其中，紫花苜蓿的根系发达且带有根瘤，其不仅能够通过发达的根系来疏松土壤以改良土壤的理化性、增加土壤的透水性，同时其根部的根瘤可以与土壤中的根瘤菌形成的良好的共生系统，该共生系统的存在不但可以通过增加植物的固氮能力而促进与紫花苜蓿混作的海州香薷和伴矿景天的生长及植物对土壤的修复作用，更能够加速根际固氮细菌的繁殖，促使植物和细菌共同发挥对土壤有机污染物的去除作用。而海州香薷和伴矿景天对于铜、镉等重金属类污染物的吸收更加容易，再加上其本身的对于重金属的积累特性，导致这两种植物对土壤中的重金属类污染物去除效率较高，且使用海州香薷和伴矿景天与紫花苜蓿混作不仅能避免海州香薷和伴矿景天与紫花苜蓿之间产生的空间竞争，还能够通过紫花苜蓿的固氮作用促进海州香薷和伴矿景天的生长，从而在有限的空间内获得最大的土壤修复效果。

此外，在混作时首先在3月上旬至3月中旬之间穴播播种紫花苜蓿，并保持一定的行距以保证后续进行混作，随后在4月上旬至4月中旬时在紫花苜蓿之间播种海州香薷，能够通过紫花苜蓿的生长促进海州香薷的种植和生长；最后在5月中旬至5月下旬之间于田间的紫花苜蓿和海州香薷之间扦插伴矿景天，可以有效的利用紫花苜蓿和海州香薷之间的有限空间，保证紫花苜蓿和海州香薷生长的同时提高伴矿景天的生长速度，通过阶段性的种植三种植物并合理的控制三种混作植物之间的间距，能够在避免空间竞争的同时促进三种植物快速生长；在播种前的冬天在田间施用基肥后翻耕、在4月下旬至5月上旬之间于紫花苜蓿和海州香薷之间的田间施加3.5-5.5kg/亩尿素的追肥、在6月上中旬在海州香薷和伴矿景天之间的田间施加4-6.5kg/亩尿素的二次追肥、在7月上中旬在海州香薷和伴矿景天之间的田间施加3-4.5kg/亩尿素的三次追肥，从而提供充分的肥料来促进混作植物生长，并使植物获得最高的微生物丰度和碳源利用率，以对受污染的土壤进行快速有效的修复。

以下结合实施例对本发明方法的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

实施例1提供了一种酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物混作修复方法，其具体步骤如下：

s1、从市面采购紫花苜蓿种子和海州香薷种子，在浙江淳安采集伴矿景天幼苗后经实验室种植和筛选以获得扦插枝干。选择某典型酞酸酯-多环芳烃-重金属(cu、cd)污染农田土，供试土壤为水稻土，成土母质为海相沉积物，系统分类为铁聚水耕人为土。供试土壤的酞酸酯目标物dnbp的背景浓度为0.386mg/kg，pahs总量约为0.604mg/kg，cu和cd的全量分别为114.0mg/kg和0.52mg/kg，土壤的ph值为5.56，容重为1.08g/cm³，有机质含量为36.5g/kg，全氮、全磷、全钾分别为1.96、0.56和23.1g/kg。

s2、将试验土壤分为24个小区，每个小区的面积为20m×20m，试验设置6个处理，分别为空白对照处理(ck)、紫花苜蓿单作(a)、海州香薷(e)、伴矿景天(s)、紫花苜蓿-海州香薷间作(ae)、紫花苜蓿-伴矿景天间作(as)和紫花苜蓿-海州香薷-伴矿景天混作(aes)，每个处理设置4次重复，不同处理组按照随机区组排列。

s3、整田；在播种前一年的冬季在试验田间翻耕除去杂草，随后施加650kg/亩的农用肥后深耕35cm过冬。

s4、播种；在3月上旬至3月中旬之间播种紫花苜蓿，穴播播种且播种量为2.4kg/亩，穴播行距1.5m；在4月上旬至4月中旬于田间条播的紫花苜蓿之间播种海州香薷，穴播播种且播种量为4kg/亩；在5月中旬至5月下旬之间于田间的紫花苜蓿和海州香薷之间扦插伴矿景天，扦插量为3800株/亩；扦插时伴矿景天和紫花苜蓿之间的行距为50cm；播种时伴矿景天和海州香薷之间的行距为20cm。

s4、追肥；在4月30日在紫花苜蓿和海州香薷之间的田间挖半月形沟，并在沟中施加4kg/亩的尿素作为追肥；在6月10日在海州香薷和伴矿景天之间的田间挖半月形沟，并在沟中施加5kg/亩的尿素作为二次追肥；在6月15日在海州香薷和伴矿景天之间的田间挖半月形沟中施加3.5kg/亩的尿素作为三次追肥。

s4、田间管理；紫花苜蓿和海州香薷应保证浇水充足，在紫花苜蓿出苗后生长6片叶时浇水，并保持及时对紫花苜蓿和海州香薷浇水和灌溉且避免产生积水导致烂根；注意防治田间杂草和病虫害。

种植试验为期12个月，试验结束阶段，分别采集耕作层0～15cm深的土壤和各处理的植物样品(包括地上部样品和地下部样品)进行各种污染物的含量测定。

土壤样品的采集：按照梅花形布点法随机采集5份，去除植物根系、石砾等残留物后以四分法混合，装入白色布土袋中带回实验室，进行冷冻干燥，过60目筛，以供土壤基本理化性质、dnbp、多环芳烃、重金属铅和锌的含量分析。

植物样品的采集：在每处理的重复区域随机采集5株植物，采回后用蒸馏水洗净，分成地上部和地下部两部分分别进行冷冻干燥，之后液氮中研磨粉碎，过60目筛以备酞酸酯含量分析。

1.biolog法测定各处理组根际微生物群落变化

新鲜土壤样品混匀、过60目筛后，取其中5.0g加入到装有100ml灭菌生理盐水(0.85％)的250ml三角瓶中，在摇床上25℃，80rpm振荡1min后静置5min，取5ml上述土壤浸提液加入45ml灭菌的生理盐水(0.85％)中稀释，重复该步骤，将稀释1000倍后的菌液加入biologecoplate中，每孔加150μl。将接种的biologecoplate在28℃恒温培养箱培养，分别于24h、48h、72h、96h、120h、144h、168h在酶标仪上读数测定，测定波长为590nm和750nm。

2.群落shannon指数(h)

h＝-σpilnpi

式中，pi表示有碳源的孔与对照孔的光密度值之差与整板总差的比值。

3.evenness(e)

e＝h/hm＝h/lgs

式中，s为底物丰度。

4.数据计算与统计分析

(1)植物富集系数计算(bioconcentrationfactor/bcfs)

(2)植物转运系数计算(transferencefactor/tfs)

5.数据统计分析

采用spss13.0进行不同处理间的差异显著性分析。多处理组之间比较时“*”表示与对照之间存在显著性差异(p＜0.05)；“**”表示存在极显著性差异(p＜0.01)。单组数据比较时，不同的英文字母表示各处理之间存在显著性差异(p＜0.05)。

5.1修复后土壤中的污染物含量

紫花苜蓿、海州香薷和伴矿景天混作修复各处理组土壤中的污染物的分析结果见图1和图2所示。酞酸酯目标污染物的总去除率在各个种植组中均超过了91％，对多环芳烃的总去除率可达78％以上，对重金属污染物铜的去除率达到50％以上，对重金属污染物镉的去除率达到44％以上，且与空白对照组相比各个混间种植组均有极显著性差异(p<0.01)。对有机类污染物的去除效率去除效果排序分别为：紫花苜蓿单作>紫花苜蓿-海州香薷-伴矿景天混作>紫花苜蓿-伴矿景天间作>紫花苜蓿-海州香薷间作>伴矿景天单作>海州香薷单作；而对于重金属类污染物的去除效果，则出现了趋势上的差异，总体而言，含有海州香薷的植物组对铜的去除效果更佳，含有伴矿景天的植物组对镉的去除效果更佳，紫花苜蓿对重金属类污染物的去除效果虽然不及两种其他植物，但是也表现出了较好的修复效果，去除率均超过了50％，可见三种植物混作的土壤修复方法对各种污染物的综合去除效果非常可观。

5.2修复后植物体内的污染物含量

将紫花苜蓿、海州香薷和伴矿景天间混作修复各处理组的植物样品的地上部、地下部的4种污染物分别进行分析，结果见图3、图4、图5和图6所示。各植物地上部的4种污染物的含量均显著高于相应的土壤中的浓度，各种种植方式中显示出混作时各种修复植物的体内污染物含量更高，这一特点在三种植物上都有显著体现，根部的污染物浓度较之地上部又有明显加倍，可见三种植物混作的土壤修复方法能够有效的汇聚和去除土壤中的污染物。

5.3各处理组植物的生物量变化

采样后，每个组中选择固定株的供试植物完全连根拔起，带回实验室清洗之后装入牛皮纸袋，于烘箱中60℃烘至恒重，称重并记录生物量的数值，结果见表1。由于植物样品采集的同时，我们观察到了紫花苜蓿根部的健康的、有效根瘤的存在，验证了紫花苜蓿在本试验进行的过程中一直保持着良好的固氮作用，而表1中紫花苜蓿巨大的生物量也是它能够有效去除有机污染物的重要原因。

海州香薷的生物量达到了紫花苜蓿的两倍左右，紫花苜蓿-海州香薷间作的处理也显示了明显的生长优势，在三种植物混作的处理中，紫花苜蓿和海州香薷的生长都没有受到限制，反而都有所增加。伴矿景天本身根部生长浅，根系细小，因而根部生物量明显小于其他两种植物，但其对某些污染物的吸收量并不比另外两种低。

表1紫花苜蓿、海州香薷和伴矿景天间混作植物的生物量变化

结果为四个平均值±sd。

5.4不同植物组合的污染物去除率比较

根据每种植物的生物量以及体内污染物的含量，初步估算出了每小区各种植物在不同处理条件下对土壤污染物的总去除量，数值列于表2。可见，混作组能去除每公顷污染土壤中0.22g左右的酞酸酯。

表2紫花苜蓿、海州香薷和伴矿景天混作植物对污染物的去除量

5.5不同植物的主要修复参数比较

紫花苜蓿、海州香薷和伴矿景天间混作修复组合的植物富集系数和转运系数结果见图7和8，各处理组的总污染物去除率均能达到80％以上，但各处理之间的总去除效率差别不大，其中三种植物混作的修复效果最佳。图7显示，不同的种植模式下，紫花苜蓿均显示了对有机类污染物的良好的富集能力，尤其是单作及混作时。而海州香薷则明显具有修复铜的优势，正如伴矿景天对镉的修复能力一样，而间混作也明显提高了伴矿景天对镉的吸收富集效率。

由图8显示的结果可以发现，海州香薷和伴矿景天对酞酸酯目标物和多环芳烃污染物的转运系数反而高于紫花苜蓿，而紫花苜蓿对两个重金属污染目标物的转运系数反而高于另外两种植物。

紫花苜蓿、海州香薷和伴矿景天组合对微生物群落的影响如表3中各种指数的趋势类表明，三种植物混作处理的微生物丰度和碳源利用率最高。

表3苜蓿香薷景天修复组合的微生物群落多样性变化

综上所述，本发明实施例提供的酞酸酯-多环芳烃-重金属污染土壤的植物混作修复方法能够有效利用紫花苜蓿、海州香薷和伴矿景天的种植优势，在将它们混作种植于受污染的土壤上时能够有效的避免产生空间竞争，从而利用混作种植的植物对土壤中的多种污染物进行处理，具有生态环保，快速修复土壤的优点。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。