專利名稱：一種利用豆科植物修復(fù)受石油污染土壤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用豆科植物修復(fù)受石油污染的土壤的方法。
背景技術(shù)：
我國每年石油消耗量達(dá)到4. 5億噸，其中需進口約1億噸。石油資源匱乏、石油價 格猛漲，給我國經(jīng)濟帶來很大壓力。大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，實現(xiàn)資源的高效利用和循環(huán)使用， 是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，也是從中國國情出發(fā)的必然選擇，也是企業(yè)順應(yīng)形勢要求 的重大決策。生物修復(fù)技術(shù)就是在這種背景下被開發(fā)，并在20世紀(jì)90年代得到迅速發(fā)展 的一項污染治理工程技術(shù)。石油是由上千種化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組成的復(fù)雜混合物，主要包括飽和烴、芳香 烴類化合物、浙青質(zhì)、樹脂類等。石油的開采、冶煉、使用和運輸過程的污染和遺漏事故，以 及含油廢水的排放、污水灌溉，各種石油制品的揮發(fā)、不完全燃燒物飄落等引起一系列土壤 石油污染問題。特別是石油開采過程產(chǎn)生的落地原油，已成為土壤礦物油污染的重要來源。許多研究表明，一些石油烴類進入動物體內(nèi)后，對哺乳類動物及人類有致癌、致 畸、致突變的作用。土壤的嚴(yán)重污染會導(dǎo)致石油烴的某些成分在糧食中積累，影響糧食的品 質(zhì)，并通過食物鏈，危害人類健康。生物修復(fù)技術(shù)是在生物降解的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新興的清潔技術(shù)，它是傳統(tǒng) 的生物處理方法的發(fā)展。與物理、化學(xué)修復(fù)污染土壤技術(shù)相比，它具有成本低，不破壞植物 生長所需要的土壤環(huán)境，污染物氧化安全，無二次污染，處理效果好，操作簡單等特點。生物 修復(fù)可通過環(huán)境因素的最優(yōu)化而加速自然生物降解速率，是一種高效、經(jīng)濟和生態(tài)可承受 的清潔技術(shù)。治理石油烴類污染土壤的生物修復(fù)技術(shù)主要有兩類一類是微生物修復(fù)技術(shù)，按 修復(fù)的地點又可分為原位生物修復(fù)和異位生物修復(fù)；另一類是植物修復(fù)法。目前，對土壤有機污染的生物修復(fù)研究較多，但是，多集中在微生物作用上。事實 上，植物對污染物的去除起著直接和間接的重要作用。植物生物修復(fù)是利用植物體內(nèi)對某 些污染物的積累、植物代謝過程對某些污染物的轉(zhuǎn)化和礦化，植物根圈與根莖的共生關(guān)系 增加微生物的活性的特點，加速土壤污染物降解速度的過程。植物修復(fù)的方式包括植物提取、植物降解和植物穩(wěn)定化三種。植物提取是指利用 植物吸收積累污染物，待收獲后才進行處理。收獲可以進行熱處理，微生物處理和化學(xué)處 理。植物降解是利用植物及相關(guān)微生物區(qū)系將污染物轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)。植物穩(wěn)定化是指植 物在同土壤的共同作用下，將污染物固定，以減少其對生物與環(huán)境的危害。植物對化合物的 吸收受三個因素的影響化合物的化學(xué)特性；環(huán)境條件；植物種類。因此為了提高植物對環(huán) 境中有機污染物的去除率，應(yīng)從這三方面深入研究，提高植物對污染物的吸收。在植物修復(fù)技術(shù)的研究和實踐中，篩選出能夠有效去除土壤中有機污染物的相關(guān)植物顯得非常關(guān)鍵。豆科植物的獨特之處就在于其根上有根瘤菌共生，后者可以把無機氮轉(zhuǎn)化為植物可以利用的形式，根瘤菌與豆科植物形成的共生固氮體系是生物固氮的重要組成部分，對于維持自然界的氮素循環(huán)具有積極的意義，對環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。 據(jù)統(tǒng)計地球上每年由豆科根瘤菌固氮的氮素每年固氮量約占生物固氮總量的60%，相當(dāng)于 全世界工業(yè)合成氮肥量的2倍。如花生生長所需氮素的1/3-2/3來源于共生固氮作用。 豆科樹種具有較高的經(jīng)濟價值，對不良環(huán)境抗逆力強，在改良土壤、提高土壤肥力、保持水 土和改善生態(tài)環(huán)境中占有重要地位。能在高溫、干旱、鹽堿等不利條件下很好的生長繁殖， 表現(xiàn)出對環(huán)境的良好適應(yīng)性。根據(jù)報道，全世界豆科植物約為748屬，20000種，我國發(fā)現(xiàn)的 豆科植物有162屬，1400多種，所以開發(fā)和利用豆科植物作為有效去除土壤中有機污染物 的優(yōu)勢和潛力很大，尤其是在西北干旱、貧瘠的石油高產(chǎn)取更有著廣闊的應(yīng)用前景。但是截至目前，關(guān)于豆科植物的生物修復(fù)技術(shù)尚處于理論研究階段，現(xiàn)有技術(shù)中 沒有出現(xiàn)在實踐中簡便可行、成本低廉的應(yīng)用方法。因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進完善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用豆科植物修復(fù) 石油污染土壤的方法，去除石油、還原土壤。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種利用豆科植物修復(fù)受石油污染土壤的方法，其 中，包括以下步驟Al 預(yù)處理步驟，將所述豆科植物種子進行預(yù)處理；A2 培養(yǎng)步驟，將所述豆科植物種子保濕培養(yǎng)至所述種子露白；A3 播種步驟，將所述豆科植物種子點播與所述土壤中；A3 澆水步驟，向播種后的所述土壤中不定期澆水；A4:植株移出步驟，待所述豆科植物種子生長至開花期，將所述豆科植物的植株從 所述土壤中整顆移出；A5 重復(fù)上述步驟Al至A5。所述的方法，優(yōu)選的，所述豆科植物種子為白刺花種子。所述的方法，優(yōu)選的，所述預(yù)處理步驟中對豆科植物種子進行預(yù)處理的方法為使 用用濃硫酸將所述白刺花種子浸泡10-20分鐘，然后再使用5% -10%的次氯酸鈉溶液將所 述白刺花種子浸泡10-20分鐘，最后使用滅菌水將所述白刺花種子沖洗5-8次。優(yōu)選的，所述培養(yǎng)步驟中培養(yǎng)所述白刺花種子的方法為在鋪有滅菌濾紙的平板 上加入少許滅菌水，將所述白刺花種子置入進行保濕培養(yǎng)，至所述白刺花種子露白。優(yōu)選的，所述白刺花種子播種密度為每畝500-1000株。優(yōu)選的，所述白刺花種子播種密度為每畝600株。優(yōu)選的，所述不定期澆水使所述土壤保持含水量為20% -30%，所用水為曝氣24 小時后的自來水。優(yōu)選的，在所述播種步驟之前還包括土壤處理步驟，用于將所述受污染土壤進行 澆水處理、施肥處理、翻耕處理和覆膜處理。優(yōu)選的，所述土壤處理步驟具體方法為一次性澆透所述土壤，松土并保持濕潤；在 所述土壤中按照每畝15_30kg的比例施加復(fù)合肥，每10天施加一次液態(tài)肥料；用當(dāng)?shù)氐叵滤{(diào)節(jié)土層水分至20%左右；進行充分翻耕；最后使用多孔塑料薄膜在所述土壤上覆膜。本發(fā)明中所說白刺花(Sophoradav idi i)為多年生落葉灌木。屬于槐屬，豆科、 蝶形花科，因其葉片細(xì)小，形態(tài)酷似槐樹而被稱為“小葉槐”，此外還有狼牙刺、苦刺花、馬蹄 針等別名。喜光，耐寒，耐干旱貧瘠。白刺花植株叢生或單生，株高2至3米，樹干深黑褐色，有縱裂，新枝綠色，有短毛， 老枝褐色，枝條有銳利的針狀刺；奇數(shù)羽狀復(fù)葉，托葉針刺狀，宿存，小葉11至21枚，葉片橢 圓形或長倒卵形，長0. 4至1. 2厘米，寬0. 4至0. 7厘米，葉色墨綠，背面顏色稍淺，有短柔 毛。總狀花序生于老枝頂，花序稍微下垂，有小花6至12朵，花萼紫藍(lán)色，杯形，花蕾白色， 帶藍(lán)紫暈，花冠蝶形，白色，有芳香，花期3至5月。莢果念珠形，長3至6厘米，直徑約0. 5 厘米，成熟后黃褐色。白刺花春季開花稠密，顏色素雅，并有淡淡的芳香；夏秋季節(jié)綠葉清秀，濃綠蒼翠； 冬季落葉后則深黑褐色樹干鐵骨錚錚，給人以蒼老古樸之感。在園林中可做綠籬植物，也可 孤植、片植于林地的邊緣、草坪等處，還可制作盆景或盆栽觀賞。白刺花原產(chǎn)我國，在華北、西北、西南均有分布，在鄭州市周圍的登封、鞏義等縣市 有著大量的野生資源，最初鄭州市的盆景工作者和愛好者將其做為盆景樹種開發(fā)利用，后 來鄭州市人民公園又將其做為觀賞植物馴化栽培，并用于園林綠化，收到了很好的效果。通過在石油污染土壤中栽植豆科植物，例如白刺花，它可以從土壤中直接吸收有 機物污染物，然后將沒有毒性的代謝中間體儲存在植物組織中，化合物被吸收到白刺花體 后，白刺花可將其分解，并通過木質(zhì)化作用使其成為植物體的組成成分，也可通過揮發(fā)、代 謝或礦化作用使其轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水，或轉(zhuǎn)化成為無毒性作用的中間代謝物，如木質(zhì)素， 貯存在植物細(xì)胞中，達(dá)到去除環(huán)境中有機污染物的作用。白刺花可釋放一些物質(zhì)到土壤中， 以利于降解有毒化學(xué)物質(zhì)，并可刺激根區(qū)微生物的活性，這些物質(zhì)包括酶及一些有機酸，它 們與脫落的根冠細(xì)胞一起為根區(qū)的微生物提供重要的營養(yǎng)物質(zhì)，促進根區(qū)微生物的生長和 繁殖。白刺花根區(qū)的根瘤菌與白刺花形成共生作用，有其獨特的酶途徑，用以降解不能被細(xì) 菌單獨轉(zhuǎn)化的有機物。植物根區(qū)分泌物刺激了細(xì)菌的轉(zhuǎn)化作用，在根區(qū)形成了有機碳，根細(xì) 胞的死亡也增加了土壤有機碳，這些有機碳的增加可阻止有機化合物向地下水轉(zhuǎn)移，也可 增加微生物對污染物的礦化作用。其根際使土壤環(huán)境發(fā)生變化，起到了改善和調(diào)節(jié)作用，根 系上可附著生長著根瘤菌及其它細(xì)菌等，不僅可以提供給白刺花豐富的氮素來源，促進其 在干旱、貧瘠和含有有機污染物的土壤中生長，是一種高效的修復(fù)植物，還可以分解土壤中 有機污染物從而有利于污染物的降解。因此通過選擇豆科植物白刺花和調(diào)控土壤條件等手 段，可以實現(xiàn)污染土壤的快速修復(fù)。


圖1為本發(fā)明植物修復(fù)方法的流程圖；圖2為本發(fā)明實施例1植物修復(fù)與自然降解的對照效果柱狀圖；圖3為本發(fā)明實施例2植物修復(fù)與自然降解的對照效果柱狀圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。
實施例1本實施例以四個分區(qū)的對比試驗驗證白刺花修復(fù)石油污染土壤的功效，方法如 下試驗小區(qū)設(shè)置為試驗1區(qū)及其對照區(qū)(對照區(qū)不種植白刺花，采用自然降 解)、試驗2區(qū)及其對照區(qū)、試驗3區(qū)及其對照區(qū)、試驗4區(qū)及其對照區(qū)。各小區(qū)規(guī)格為 12mX 12m，各小區(qū)相間20cm，小區(qū)由西向東一字排列。用當(dāng)?shù)厝〉玫脑妥魈荚?，即污染物，在試驗區(qū)土壤表層20cm深均勻混入一定量的石油，試驗區(qū)試驗土壤的石油烴濃度分別設(shè)為1區(qū)及其對照區(qū)0.5%，2區(qū)及其對照區(qū) 1.0%, 3區(qū)及其對照區(qū)2. 0%，4區(qū)及其對照區(qū)4. 0%。將白刺花種子按照以下方法進行預(yù)處理，先用濃硫酸浸泡20分鐘，然后用5%的 次氯酸鈉溶液浸泡10分鐘，再用滅菌水沖洗8次；將白刺花種子按照以下方法進行保濕培養(yǎng)，在鋪有滅菌濾紙的平板上加入少許滅 菌水進行保濕培養(yǎng)，至種子露白后，將露白后的白刺花種子點播于上述受石油污染的試驗1 區(qū)、試驗2區(qū)、試驗3區(qū)、試驗4區(qū)及其對照區(qū)中，每畝約600株，采用田間不定期澆水，保持 土壤含水量為20% -30，所用水為曝氣24小時后的自來水。在播種白刺花之前，為了提供足夠的氧氣，有利于白刺花及其根際根瘤菌等微生 物的生長和繁殖，優(yōu)選的，可以一次性澆透土壤，松土并保持濕潤；為了提高土壤肥力，增加 植株的成活率，每畝可加入20kg復(fù)合肥來補充初期營養(yǎng)元素，每10天施加一次液態(tài)肥料； 用當(dāng)?shù)氐叵滤{(diào)節(jié)土層水分至20%左右；最后進行充分翻耕以便各種試驗材料混合均勻， 在試驗區(qū)覆蓋多孔塑料薄膜便于保溫、保濕、防雨。陰性對照區(qū)不施加任何物質(zhì)作為監(jiān)控樣
ΡΠ O當(dāng)白刺花生長到開花期時，將白刺花整個植株從污染土壤中連根一起移出，之后 將上述從種子預(yù)處理到移出植株的整個過程重復(fù)3遍，測定試驗區(qū)和其對照區(qū)的總石油 烴，如圖2所示，為本發(fā)明中不同總石油烴濃度下白刺花的修復(fù)效果，從圖2中可以看出，在 石油烴濃度為0. 5%的試驗1區(qū)經(jīng)過白刺花的三次生物降解以后，石油烴的降解率達(dá)到了 將近70%，而其對照區(qū)未種植白刺花，自然降解率僅為37%左右，顯然采用白刺花生物降 解土壤中的石油烴取得了滿意的效果。實施例2本實施例以2個分區(qū)的對比試驗驗證白刺花修復(fù)石油污染土壤的功效，方法如 下試驗小區(qū)設(shè)置為試驗1區(qū)及其對照區(qū)(對照區(qū)不種植白刺花，采用自然降解)、 試驗2區(qū)及其對照區(qū)。各小區(qū)規(guī)格為15mX 15m，各小區(qū)相間40cm，小區(qū)由西向東一字排列。用某油井取得的原油作碳源，即污染物，在試驗區(qū)土壤表層40cm深均勻混入一定 量的石油，試驗區(qū)試驗土壤的石油烴濃度分別設(shè)為1區(qū)及其對照區(qū)5%，2區(qū)及其對照區(qū) 10%。將白刺花種子按照以下方法進行預(yù)處理，先用濃硫酸浸泡10分鐘，然后用10%的 次氯酸鈉溶液浸泡20分鐘，再用滅菌水沖洗5次；將白刺花種子按照以下方法進行保濕培養(yǎng)，在鋪有滅菌濾紙的平板上加入少許滅 菌水進行保濕培養(yǎng)，至種子露白后，將露白后的白刺花種子點播于上述受石油污染的試驗1區(qū)、試驗2區(qū)中及其對照區(qū)中，每畝約500株，采用田間不定期澆水，保持土壤含水量為 20% -30%，所用水為曝氣24小時后的自來水。在播種白刺花之前，為了提供足夠的氧氣，有利于白刺花及其根際根瘤菌等微生 物的生長和繁殖，優(yōu)選的，可以一次性澆透土壤，松土并保持濕潤；為了提高土壤肥力，增加 植株的成活率，每畝可加入15-30kg復(fù)合肥來補充初期營養(yǎng)元素，每10天施加一次液態(tài)肥 料；用當(dāng)?shù)氐叵滤{(diào)節(jié)土層水分至20%左右；最后進行充分翻耕以便各種試驗材料混合均 勻，在試驗區(qū)覆蓋多孔塑料薄膜便于保溫、保濕、防雨。對照區(qū)不施加任何物質(zhì)作為監(jiān)控樣品。當(dāng)白刺花生長到開花期時，將白刺花整個植株從污染土壤中連根一起移出，之后 將上述從種子預(yù)處理到移出植株的整個過程重復(fù)5遍，測定試驗區(qū)和其對照區(qū)的總石油烴 濃度，如圖3所示，為本發(fā)明中不同總石油烴濃度下白刺花的修復(fù)效果，從圖3中可以看出， 在石油烴濃度為5%的試驗1區(qū)經(jīng)過白刺花的5次生物降解以后，石油烴的降解率達(dá)到了將 近60%，而其對照區(qū)未種植白刺花，自然降解率僅為30%左右，顯然采用白刺花生物降解 土壤中的石油烴取得了滿意的效果。收獲的白刺花植株可以集中處理，如可以用來作為綠肥或者青飼料的原料，從而 在修復(fù)污染物的同時，又顯示了一定的經(jīng)濟效益。白刺花生物修復(fù)是一項利用太陽能動力 的處理系統(tǒng)，在處理環(huán)境污染物方面具有處理費用低，速度快、消耗低、效率高、成本低、反 應(yīng)條件溫和，以及無二次污染，減少場地破壞、并且有助于改善因石油污染物引起的土壤退 化和生產(chǎn)量下降，恢復(fù)其生物多樣性等顯著優(yōu)點，能很好適應(yīng)大面積石油污染土壤的原位 修復(fù)。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書部分采用白刺花為例對本發(fā)明進行說明，而對本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，例如采用其他豆科類植物進行土壤 修復(fù)，例如大豆等等，也可達(dá)到相同效果，而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利 要求的保護范圍。
權(quán)利要求
一種利用豆科植物修復(fù)受石油污染土壤的方法，其特征在于，包括以下步驟A1預(yù)處理步驟，將所述豆科植物種子進行預(yù)處理；A2培養(yǎng)步驟，將所述豆科植物種子保濕培養(yǎng)至所述種子露白；A3播種步驟，將所述豆科植物種子播種于所述土壤中；A4澆水步驟，向播種后的所述土壤中不定期澆水；A5植株移出步驟，待所述豆科植物種子生長至開花期，將所述豆科植物的植株從所述土壤中整顆移出；A6重復(fù)上述步驟A1至A5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述豆科植物種子為白刺花種子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述預(yù)處理步驟中對豆科植物種子進行 預(yù)處理的方法為使用用濃硫酸將所述白刺花種子浸泡10-20分鐘，然后再使用5% -10% 的次氯酸鈉溶液將所述白刺花種子浸泡10-20分鐘，最后使用滅菌水將所述白刺花種子沖 洗5-8次。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述培養(yǎng)步驟中培養(yǎng)所述白刺花種子的 方法為在鋪有滅菌濾紙的平板上加入少許滅菌水，將所述白刺花種子置入進行保濕培養(yǎng)， 至所述白刺花種子露白。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述白刺花種子播種密度為每畝 500-1000 株。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述白刺花種子播種密度為每畝600株。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述不定期澆水使所述土壤保持含水量 為20% -30%，所用水為曝氣24小時后的自來水。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一所述的方法，其特征在于，在所述播種步驟之前還包括土壤 處理步驟，用于將所述受污染土壤進行澆水處理、施肥處理、翻耕處理和覆膜處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8任一所述的方法，其特征在于，所述土壤處理步驟具體方法為一次 性澆透所述土壤，松土并保持濕潤；在所述土壤中按照每畝15-30kg的比例施加復(fù)合肥，每 10天施加一次液態(tài)肥料；用當(dāng)?shù)氐叵滤{(diào)節(jié)土層水分至20%左右；進行充分翻耕；最后使 用多孔塑料薄膜在所述土壤上覆膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了利用豆科植物修復(fù)受石油污染土壤的方法，包括以下步驟預(yù)處理步驟，將所述豆科植物種子進行預(yù)處理；培養(yǎng)步驟，將所述豆科植物種子保濕培養(yǎng)至所述種子露白；播種步驟，將所述豆科植物種子播種于所述土壤中；澆水步驟，向播種后的所述土壤中不定期澆水；植株移出步驟，待所述豆科植物種子生長至開花期，將所述豆科植物的植株從所述土壤中整顆移出；重復(fù)上述步驟至土壤中石油烴含量達(dá)到環(huán)境安全的國家標(biāo)準(zhǔn)。具有處理費用低，速度快、消耗低、效率高、成本低、反應(yīng)條件溫和，以及無二次污染，減少場地破壞，能很好適應(yīng)大面積石油污染土壤的原位修復(fù)。
文檔編號B09C1/00GK101844147SQ201010179610
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月24日
發(fā)明者李軍, 蘇永杰, 鄧振山 申請人:延安市微生物研究所