一种滨海湿地多环芳烃污染净化修复植物的筛选方法与流程

本发明属于环境保护领域，具体涉及一种滨海湿地多环芳烃污染净化修复植物的筛选方法。

背景技术：

近几年随着石油的大量开采、运输，每年约有800万吨石油污染物流入自然生态环境中。近岸海域是石油开采、运输的重要来源和途径，随着生活污水、工业污水等排放以及海上运输的泄露导致大量持久性有机污染物输入到海洋，对滨海湿地造成严重污染，并进一步威胁到人类健康。我国滨海沉积物中多环芳烃浓度显著高于美国与亚洲其他国家和地区，低于欧洲地区。根据近两年的环境状况公报所公布的数据，石油类则主要分布于辽东湾、广东沿岸、莱州湾、台州湾等近岸区域。

在复杂的石油烃中，pahs是滨海湿地持久性有机污染物的代表之一。pahs主要吸附在滨海湿地的海水、沉积物(底质)、滨海生物和海上大气四种介质中，其中大气中含量极低，沉积物中pahs含量最高，其次为水生生物体内次之，海水中最少。由此可见，滨海湿地的pahs主要分布在沉积物和生物中，也可见提升滨海湿地的水质净化功能，降低污染物，植物修复是主要的改善滨海湿地环境的主要措施之一。植被修复具有费用低、不破坏场地土壤结构及无二次污染等显著优势，在很多地方取得良好修复效果。

尽管已有研究表明理想的植物种类应具有较强的生命力，其发芽率应不受污染物的影响或影响较小，但是目前还缺少一套有效的污染物去除和修复的植物筛选方法，尤其是很多植物并没有结合修复场地的植被调查，盲目从引种，虽然能在一定程度上达到修复的目的，但也存在引进物种扩散造成入侵的风险，比如滨海湿地大面积引种的互花米草造成的生态问题，因此针对该问题，本发现提供从野外调查、本地植物筛选到实验室耐污物种筛选的一套植物筛选技术。其发现了对本地植物影响的因素及含量。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种筛选全面、系统、高效筛选、并发现了对修复植物评估筛选影响的因素及含量的滨海湿地多环芳烃污染净化修复植物的筛选方法。

本发明的技术方案为：

一种滨海湿地多环芳烃污染净化修复植物的筛选方法，进行以下步骤：

(1)野外植物调查：对待修复滨海湿地植物进行分布现状调查，通过样线、样方调查，确定待修复滨海湿地植物。

进一步地，步骤(1)还包括：采取离污染源不同距离的滨海湿地植物，确定待修复滨海湿地植物不同部位的有机物富集水平。

(2)本地植物筛选：将步骤(1)获取的待修复滨海湿地植物，首先依据中国发布的外来入侵物种名单筛除外来入侵植物，再依据中国外来入侵植物名录筛除外来入侵植物和/或外来植物，确定本地植物。

进一步第，步骤(2)中确定本地植物为盐地碱蓬、翅碱蓬中的一种或两种。

(3)多环芳烃不同污染程度的环境模拟：盆栽土壤为清洁土壤，剔除供试土壤中的石子和根等杂物，取12kg湿重的土装于花盆中，按比例准确称取定量石油溶于石油醚中，一个多环芳烃污染浓度模拟组由花盆土配置成石油质量分数(即石油质量/土壤质量)而成，设置至少3个多环芳烃污染浓度模拟组，以不添加石油芳烃污染物的土壤为对照组。为保证石油与土壤充分混匀，同时使土壤中石油醚充分挥发，种植前15天每隔1天搅拌一次。

(4)修复植物种植：在种植前一年的秋季野外收集本地植物种子，种子自然风干后，经低温春化处理后待用；在种植年的5月份，挑选饱满一致、无破损的完整种子，将种子种植到步骤(3)中多环芳烃污染浓度模拟组各个盆及对照组盆中，每盆播种40粒，一定生长期后，分别对每盆间苗，间苗数为5株/盆；每天浇水1次，根据土壤肥力状况，喷施促进植物生长的肥料，并定时驱虫，保证植物生长。自播种后每日计数萌发数至第30天、20天-30天每天测量叶片数、株高。

(5)修复植物评估与筛选：统计生长前期的萌芽百分率，依据萌发指数、平均萌发时间、幼苗期叶片数量来检验植物生长初期对污染物的耐性，筛选得到耐受污染修复植物。

进一步地，依据指标还有幼苗期株高、幼苗子叶长。

进一步地，步骤(5)中萌发百分率公式为：gr＝(n/n)×100％，式中：gr为萌发百分率，n为正常发芽的种子数，n为供试种子总数。

进一步地，步骤(5)中平均萌发时间公式为：mgt＝(σgt·dt)/σgt，式中：mgt为平均萌发时间，gt为第t天的萌发种子数，dt为与gt相对应的发芽天数，σgt为观测时间内的最终发芽数，t为观测天数(t＝1,2,3……8)。

进一步地，步骤(5)中萌发指数公式为：gi＝σ(gt/dt)，式中：gi为萌发指数，gt为第t天的发芽数，dt为与gt相对应的发芽天数，t为观测天数(t＝1,2,3……8)。

进一步地，步骤(5)中发芽势公式为：gp＝a/n，式中：gp为发芽势，a为种子发芽达到高峰时的发芽数，n为供试种子总数。

本发明的有益效果为：

1.本发明保证生态安全。尽管国内外对于污染物修复的作物筛选已有不少研究，但都未考虑到外来入侵物种的问题，本方法采用外来物种筛查，提前规避了采用外来入侵物种可能带来的潜在生态危害。

2.本发明具有系统性。与以往的环境净化方法相比，本技术结合待修复区域的野外筛查，室内模拟种植，植物生长季节的生长特征监测，是一种从野外到室内模拟全链条的系统筛选。

3.本发明具有多情景模拟。盆栽模拟不同多环芳烃污染浓度，在不同情境下测试供试植物的萌发和生长特征，从而筛选在不同污染浓度下萌发和生长状况都具有优势的植物，选出在植物可适用于野外不同程度的污染条件，可提高修复效率。发现了对修复植物评估筛选影响的因素及含量。

4.本发明生态效应好。采用植物修复不仅可对多环芳烃进行修复，同时还可以对滨海湿地的其他污染比如重金属、氮磷等污染起到一定的消解作用，具有良好的生态效应。

附图说明

图1为两种碱蓬(盐地碱蓬、翅碱蓬)不同器官的多环芳烃分布图；

图2a为盐地碱蓬在不同多环芳烃污染浓度下的萌发指数；

图2b为翅碱蓬在不同多环芳烃污染浓度下的萌发指数；

图3a为盐地碱蓬在不同多环芳烃污染浓度下的萌发时间；

图3b为翅碱蓬在不同多环芳烃污染浓度下的萌发时间；

图4a为盐地碱蓬随天数变化的株高；

图4b为翅碱蓬随天数变化的株高；

图5a为两种碱蓬(盐地碱蓬、翅碱蓬)在20天的叶片数量；

图5b为两种碱蓬(盐地碱蓬、翅碱蓬)在30天的叶片数量；

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步的说明。

一种滨海湿地多环芳烃污染净化修复植物的筛选方法，进行以下步骤：

(1)野外植物调查：对待修复滨海湿地植物进行分布现状调查，通过样线、样方调查，平行于海岸线分别设定高潮带、中潮带和低潮带3条100m长样线，每条样线设置5-8个1m×1m样方植物种群，统计样方内植物种类、每种植物样方内的生物量。样区设置数量依据修复区的大小设定，尽量涵盖修复区不同的植被类型。本调查发现滨海湿地(主要)植被为盐地碱蓬、翅碱蓬、互花米草。

进一步地，步骤(1)包括：采取离污染源不同距离的滨海湿地植物，确定待修复滨海湿地植物不同部位的有机物富集水平。

(2)本地植物筛选：将步骤(1)获取的待修复滨海湿地植物，首先依据中国发布的外来入侵物种名单筛除外来入侵植物，发现互花米草属于滨海湿地重要的外来入侵物种，筛除该种。筛选出两种供试的植物：盐地碱蓬和翅碱蓬。再依据中国外来入侵植物名录筛除外来入侵植物和/或外来植物，确定本地植物为盐地碱蓬和翅碱蓬。在野外调查中发现两种碱蓬对多环芳烃富集效果：翅碱蓬体内根、茎、叶、果中多环芳烃总量平均值为4102.0ng/g，2823.2ng/g，3443.3ng/g和4493.8ng/g，分布表现为果＞根＞叶＞茎，盐地碱蓬体内根、茎、叶、果中多环芳烃总量平均值为3562.4ng/g，4460.2ng/g，4462.1ng/g和4208.4ng/g，分布表现为茎＞叶＞果＞根，盐地碱蓬对多环芳烃的富集效果更好，两种碱蓬根、果中pahs含量差异不显著(p>0.05)，图1示出了植株茎、叶内多环芳烃总量差异显著(p<0.05)。

(3)多环芳烃不同污染程度的环境模拟：在滨州学院温室开展多环芳烃污染去除的植物筛选试验。土样采自滨海附近的土壤。盆栽土壤为清洁土壤，剔除供试土壤中的石子和根等杂物，取12kg湿重的土装于花盆中，按比例准确称取定量石油溶于石油醚中，一个多环芳烃污染浓度模拟组由花盆土配置成石油质量分数(即石油质量/土壤质量)而成。依据野外调查获取的土壤中多环芳烃的含量，设置2500mg/kg、5000mg/kg、7500mg/kg和10000mg/kg四个多环芳烃污染浓度模拟组，同时设置一个以不添加石油芳烃污染物的土壤为对照组mg/kg。为保证石油与土壤充分混匀，同时使土壤中石油醚充分挥发，种植前15天每隔1天搅拌一次。

(4)修复植物种植：在种植前一年的秋季野外收集两种碱蓬(盐地碱蓬、翅碱蓬)的种子，种子自然风干后，经低温春化处理后待用；在种植年的5月份，挑选饱满一致、无破损的完整种子，分别将两种种子各自种植到步骤(3)中多环芳烃污染浓度模拟组各个盆及对照组盆中，每盆播种40粒，一定生长期后，分别对每盆间苗，间苗数为5株/盆；每天浇水1次，根据土壤肥力状况，喷施促进植物生长的肥料，并定时驱虫，保证植物生长。自播种后每日计数萌发数至第30天、20d-30d每天测量叶片数、株高。

(5)修复植物评估与筛选：统计生长前期的萌芽百分率，依据萌发指数、平均萌发时间、幼苗期叶片数量、幼苗期株高、幼苗子叶长来检验植物生长初期对污染物的耐性，筛选得到耐受污染修复植物。

步骤(5)中萌发百分率公式为：gr＝(n/n)×100％，式中：gr为萌发百分率，n为正常发芽的种子数，n为供试种子总数。

步骤(5)中平均萌发时间公式为：mgt＝σgt·dt/σgt，式中：mgt为平均萌发时间，gt为第t天的萌发种子数，dt为与gt相对应的发芽天数，σgt为观测时间内的最终发芽数，t为观测天数(t＝1,2,3……8)。

步骤(5)中萌发指数公式为：gi＝σ(gt/dt)，式中：gi为萌发指数，gt为第t天的发芽数，dt为与gt相对应的发芽天数，t为观测天数(t＝1,2,3……8)。

步骤(5)中发芽势公式为：gp＝a/n，式中：gp为发芽势，a为种子发芽达到高峰时的发芽数，n为供试种子总数。

通过实验发现，不同石油浓度梯度对2种碱蓬(盐地碱蓬、翅碱蓬)萌发百分率(根据公式计算得出)的影响皆差异不显著(p＞0.05)，且2种碱蓬间种子萌发百分率的差异也不显著(p＞0.05)，但受石油污染胁迫下的2种碱蓬种子的萌发百分率皆高于对照组，相对发芽率＞1。本次实验发现，2种碱蓬种子的萌发指数均显著高于对照组(p＜0.01)，但不同的石油污染浓度下，2种碱蓬种子的萌发指数不存在显著差异(p＞0.05)。石油浓度在t2(5000mg/kg)条件下，2种碱蓬种子的萌发指数均最高，并随着石油污染浓度的升高而降低(见图2a-2b，其中图2a中用不同字母表示不同多环芳烃浓度之间的萌发指数差异性，不同字母表示差异显著，有相同字母表示差异不显著。图中空心圈表示中位值；2b中用不同字母表示不同多环芳烃浓度之间的萌发指数差异性，不同字母表示差异显著，有相同字母表示差异不显著)。不同石油污染浓度梯度下，2种碱蓬的种子萌发平均时间差异显著(翅碱蓬p<0.05；盐地碱蓬p<0.01)。实验组2种碱蓬种子的平均萌发时间皆低于对照组，石油浓度在5000mg/kg时，盐地碱蓬的平均萌发时间最短，在7500mg/kg条件下，翅碱蓬的平均萌发时间最短，但相同浓度下2种碱蓬种子的平均萌发时间在种间没有显著差异(p＞0.05)。通过比较两种类型种子在t0对照组的平均萌发时间可以得出，盐地碱蓬种子的平均萌发时间高于翅碱蓬，但差异不显著(p＞0.05)(图3a-3b，其中图3a中用不同字母表示不同多环芳烃浓度之间的萌发指数差异性，不同字母表示差异显著，有相同字母表示差异不显著；图3b中用不同字母表示不同多环芳烃浓度之间的萌发指数差异性，不同字母表示差异显著，有相同字母表示差异不显著)。相同石油浓度梯度下，两种碱蓬种子的幼苗株高差异极显著(p＜0.01)。各时期各浓度下石油对翅碱蓬的抑制程度高于盐地碱蓬，且2种碱蓬的株高受到的抑制程度随着石油浓度梯度的增大而增大(见图4a-4b，其中图4a中t0、t1、t2、t3、t4分别表示不同浓度的多环芳烃，图4a中用不同字母表示不同多环芳烃浓度之间的萌发指数差异性，不同字母表示差异显著，有相同字母表示差异不显著；图4b中t0、t1、t2、t3、t4分别表示不同浓度的多环芳烃，图4b中不同字母表示不同多环芳烃浓度之间的萌发指数差异性，不同字母表示差异显著，有相同字母表示差异不显著)。如图5a(图5a中*、**、***分别表示分别表示差异性显著(p<0.05)和差异性非常显著(p<0.001))所示出，20天时石油处理组2种碱蓬的叶片数皆低于对照组，随着石油浓度的增加2种碱蓬幼苗的叶片数逐渐降低，石油对翅碱蓬和盐地碱蓬幼苗叶片数的抑制作用极显著(p＜0.01)。如图5b(图5b中*、***分别表示差异性显著(p<0.05)和差异性非常显著(p<0.001))所示出，30天时石油污染胁迫下2种碱蓬叶片数差异显著(p＜0.05)，土壤石油污染浓度＞2500mg/kg时差异极显著(p＜0.001)。相同处理下，盐地碱蓬的叶片数皆高于翅碱蓬，表明在相同石油浓度胁迫下，盐地碱蓬具有更好的适应和耐受能力(见图5a-5b)。

综上，根据对多环芳烃的富集能力、在不同多环芳烃污染下的生长状况，可以看出盐地碱蓬的富集能力强、且对多环芳烃的耐污能力强，翅碱蓬相对较差。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。