一种联合强化植物修复多环芳烃污染农田土壤的方法

1.本发明涉及土壤有机污染修复技术技术领域，具体涉及一种联合强化植物修复多环芳烃污染农田土壤的方法。


背景技术：

2.多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,pahs)是指含有两个或两个以上苯环，以线状、角状或簇状排列的稠环型化合物，广泛存在于环境中，是美国环保署优先控制的一类持久性有机污染物。伴随着煤、石油等化石能源消耗的不断增长，以及大量农田秸秆等生物质的焚烧，排放到环境中的多环芳烃含量逐年上升。而90％以上排放到大气中的pahs将通过大气干湿沉降进入土壤，使土壤成为多环芳烃主要环境归宿之一。据《全国土壤污染状况调查公报》，我国耕地土壤环境质量堪忧，点位超标率为19.4％，其中多环芳烃是主要污染物之一。多环芳烃具有“三致”效应、生物蓄积性、低水溶性和半挥发性以及长期残留性等特点，其可通过土壤
‑
作物系统迁移积累，经食物链进入人体，进而危害人体健康。而我国人多地少，仍需利用轻污染土壤地区生产农产品。因此，为保障土壤
‑
作物系统生态环境安全、耕地资源的持续高效利用，急需研发安全有效的修复技术。
3.植物修复技术被称为最廉价的绿色修复技术，它是利用植物对多环芳烃的吸收、固定、挥发、降解的机能去除或分解转化作用实现污染土壤修复，在农田污染土壤修复应用更为广泛，不仅能够兼顾农业生产的现实需求，以实现边生产边修复，且与物理、化学修复技术相比更为环境友好兼顾美观、操作便捷、绿色经济，适用于中低浓度大面积污染土壤的原位修复。但由于多环芳烃化合物具有疏水性强的特点，极易吸附在土壤颗粒中生物利用性较低，这已经成为限制其植物修复效率的主要因素。因此，如何有效改善土壤中多环芳烃生物可利用性，提高植物修复效率，成为植物修复多环芳烃污染农田土壤的关键。


技术实现要素：

4.为此，本发明提供一种联合强化植物修复多环芳烃污染农田土壤的方法，以解决现有植物修复多环芳烃污染农田土壤技术由于多环芳烃化合物具有疏水性强的特点，极易吸附在土壤颗粒中生物利用性较低，导致植物修复效率受限的问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.根据本发明的第一方面，一种联合强化植物修复多环芳烃污染农田土壤的方法，所述方法包括在多环芳烃污染农田土壤中喷洒阴
‑
非离子混合表面活性剂，并施加草木灰，同时种植低累积农作物萝卜。
7.本发明的利用阴
‑
非离子混合表面活性剂可协同提高土壤中多环芳烃的增溶洗脱效率，有效降低单一表面活性剂在土壤中的吸附及沉淀损失，且具有环境适应范围更广泛的特点，能以较小的用量达到较大的增溶效果，显著提高了植物对多环芳烃的修复效率，同时避免表面活性剂可能造成的二次污染。本发明方法中的草木灰是作物秸秆燃烧而成，廉价易得、生态性好。一方面草木灰作为养分齐全、肥效明显的农家肥料，促使植物生长健壮，
增强对病虫害和倒伏的抵抗能力，另一方面草木灰可以为土著微生物提供代谢所需的营养物质，有利于土著微生物活性和数量的提高，进而促进了土壤中多环芳烃的生物降解。本发明的方法采用温室盆栽土培试验方法筛选出多环芳烃低累积作物萝卜，其对土壤中多环芳烃的耐受性强，可食根部富集能力较弱，且根际区的根际作用可协同促进土壤中多环芳烃的降解。
8.进一步地，所述方法具体步骤如下：
9.s1：平整设施农业0～20cm表层土壤，弃去包括杂草、石砾、塑料的残留物，不断进行翻耕混匀；
10.s2：将配制好的阴
‑
非离子混合表面活性剂溶液均匀喷洒于污染土壤上，然后立刻将土壤进行翻耕混匀；
11.s3：将草木灰施加到土壤表面上，草木灰施加后将土壤进行二次翻耕混匀；
12.s4：采用温室盆栽土培试验方法筛选出多环芳烃低累积农作物萝卜；挑选健康饱满的萝卜种子，于土壤施加阴
‑
非混合表面活性剂和草木灰后2h后播种。
13.进一步地，所述阴
‑
非离子混合表面活性剂为鼠李糖脂和曲拉通100的混合物。
14.进一步地，所述阴
‑
非离子混合表面活性剂中鼠李糖脂和曲拉通100的混合比例为1:9。
15.进一步地，所述阴
‑
非离子混合表面活性剂喷洒浓度为80～100mg/kg土。
16.进一步地，所述阴
‑
非离子混合表面活性剂喷洒浓度为80mg/kg土。
17.进一步地，所述草木灰的施加浓度为2g/kg土。
18.进一步地，所述萝卜种子种植行距为35～45cm，株距为25～35cm，定期浇水，保持田间持水量在60％～80％。
19.本发明具有如下优点：
20.本发明一种联合强化植物修复多环芳烃污染农田土壤的方法一方面基于阴
‑
非离子混合表面活性剂对多环芳烃的协同增溶作用，并能减少各自的吸附及沉淀损失，促进土壤中吸附态多环芳烃向土壤溶液释放，提高其生物活性，进一步提高植物修复效率。另一方面以草木灰为肥料，可促使植物生长健壮，且草木灰可以为土著微生物提供代谢所需的营养物质，有利于土著微生物活性和数量的提高，进而促进了土壤中多环芳烃的生物降解。同时，选用具有经济价值的多环芳烃低累积农作物萝卜，其对土壤中多环芳烃的耐受性强，可食根部富集能力较弱，且根际区的根际作用可协同促进土壤中多环芳烃的降解，从而实现了对轻中度多环芳烃农田污染土壤的边生产边修复，保障了土壤
‑
作物系统生态环境安全。
21.本发明一种联合强化植物修复多环芳烃污染农田土壤的方法具有不破坏场地结构、可大面积应用、投资少、操作简单、绿色环保、安全有效及美化环境的优点，对土地耕地资源的持续高效利用具有重要意义。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
23.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
24.图1为本发明提供的不同强化处理组3个月后土壤中多环芳烃的残留量的对照图；
25.图2为本发明提供的不同强化处理组3个月后土壤中多环芳烃的降解率的对照图。
具体实施方式
26.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.实施例1
28.一种联合强化植物修复多环芳烃污染农田土壤的方法，本实施例在沈阳市沈北新区设施农业的大棚内进行，包括如下步骤：
29.s1：平整设施农业0～20cm表层土壤，弃去包括杂草、石砾、塑料的残留物，不断进行翻耕混匀；采用田间实验方式，实验小区面积为1.5m
×
1.5m，相邻小区间设置约50cm隔离沟。
30.s2：将配制好的含鼠李糖脂(rl)和曲拉通100(tx100)的阴
‑
非离子混合表面活性剂rl
‑
tx100溶液均匀喷洒于污染土壤上，其中，rl
‑
tx100溶液中鼠李糖脂(rl)和曲拉通100(tx100)的混合比例为1:9，喷洒浓度为80mg/kg土，然后立刻将土壤进行翻耕混匀。
31.s3：将施加浓度为2g/kg土的草木灰施加到土壤表面上，草木灰施加后将土壤进行二次翻耕混匀。
32.s4：采用温室盆栽土培试验方法筛选出多环芳烃低累积农作物萝卜；挑选健康饱满的萝卜种子，于土壤施加阴
‑
非混合表面活性剂和草木灰后2h后播种。所述萝卜种子种植行距为35～45cm，株距为25～35cm，定期浇水，保持田间持水量在60％～80％。
33.萝卜生长3个月时进行采收，并测定土壤中多环芳烃含量，计算降解率，如图1所示，该实验条件下测定土壤中多环芳烃含量为388.71μg/kg，如图2所示，该实验条件下多环芳烃降解率达38.74％。
34.实施例2
35.本实施例的实验与实施例1相比，对土壤喷洒rl
‑
tx100溶液的浓度为100mg/kg土，其他步骤同实施例1。
36.萝卜生长3个月时进行采收，并测定土壤中多环芳烃含量，计算降解率，如图1所示，该实验条件下测定土壤中多环芳烃含量为404.47μg/kg，如图2所示，该实验条件下多环芳烃降解率为36.26％。
37.对比例1
38.本对比例的实验与实施例1相比，对土壤不施加rl
‑
tx100溶液和草木灰(ck)，其他步骤同实施例1。
39.萝卜生长3个月时进行采收，并测定土壤中多环芳烃含量，计算降解率，如图1所
示，该实验条件下测定土壤中多环芳烃含量为601.68μg/kg，如图2所示，该实验条件下多环芳烃降解率达5.18％。
40.对比例2
41.本对比例的实验与实施例1相比，对土壤喷洒rl
‑
tx100溶液的浓度为30mg/kg土，其他步骤同实施例1。
42.萝卜生长3个月时进行采收，并测定土壤中多环芳烃含量，计算降解率，如图1所示，该实验条件下测定土壤中多环芳烃含量为503.89μg/kg，如图2所示，该实验条件下多环芳烃降解率为20.59％。
43.对比例3
44.本对比例的实验与实施例1相比，对土壤喷洒rl
‑
tx100溶液的浓度为50mg/kg土，其他步骤同实施例1。
45.萝卜生长3个月时进行采收，并测定土壤中多环芳烃含量，计算降解率，如图1所示，该实验条件下测定土壤中多环芳烃含量为456.96μg/kg，如图2所示，该实验条件下多环芳烃降解率为27.98％。
46.对比例4
47.本对比例的实验与实施例1相比，对土壤喷洒rl
‑
tx100溶液的浓度为200mg/kg土，其他步骤同实施例1。
48.萝卜生长3个月时进行采收，并测定土壤中多环芳烃含量，计算降解率，如图1所示，该实验条件下测定土壤中多环芳烃含量为438.49μg/kg，如图2所示，该实验条件下多环芳烃降解率为30.89％。
49.对比例5
50.本对比例的实验与实施例1相比，对土壤喷洒rl
‑
tx100溶液的浓度为300mg/kg土，其他步骤同实施例1。
51.萝卜生长3个月时进行采收，并测定土壤中多环芳烃含量，计算降解率，如图1所示，该实验条件下测定土壤中多环芳烃含量为453.89μg/kg，如图2所示，该实验条件下多环芳烃降解率为28.47％。
52.对比例6
53.本对比例的实验与实施例1相比，rl
‑
tx100溶液中鼠李糖脂和曲拉通的混合比例为2:3，其他步骤同实施例1。
54.萝卜生长3个月时进行采收，并测定土壤中多环芳烃含量，计算降解率，该实验条件下测定土壤中多环芳烃含量为455.89μg/kg，该实验条件下多环芳烃降解率为28.15％。
55.对比例7
56.本对比例的实验与实施例1相比，rl
‑
tx100溶液中鼠李糖脂和曲拉通的混合比例为3:2，其他步骤同实施例1。
57.萝卜生长3个月时进行采收，并测定土壤中多环芳烃含量，计算降解率，该实验条件下测定土壤中多环芳烃含量为464.41μg/kg，该实验条件下多环芳烃降解率为26.81％。
58.对比例8
59.本对比例的实验与实施例1相比，rl
‑
tx100溶液中鼠李糖脂和曲拉通的混合比例为3:7，其他步骤同实施例1。
60.萝卜生长3个月时进行采收，并测定土壤中多环芳烃含量，计算降解率，该实验条件下测定土壤中多环芳烃含量为437.06μg/kg，该实验条件下多环芳烃降解率为31.12％。
61.对比例9
62.本对比例的实验与实施例1相比，rl
‑
tx100溶液中鼠李糖脂和曲拉通的混合比例为7:3，其他步骤同实施例1。
63.萝卜生长3个月时进行采收，并测定土壤中多环芳烃含量，计算降解率，该实验条件下测定土壤中多环芳烃含量为511.29μg/kg，该实验条件下多环芳烃降解率为19.42％。
64.对比例10
65.本对比例的实验与实施例1相比，草木灰的施加浓度为1g/kg土，其他步骤同实施例1。
66.萝卜生长3个月时进行采收，并测定土壤中多环芳烃含量，计算降解率，该实验条件下测定土壤中多环芳烃含量为445.54μg/kg，该实验条件下多环芳烃降解率为29.78％。
67.对比例11
68.本对比例的实验与实施例1相比，草木灰的施加浓度为5g/kg土，其他步骤同实施例1。
69.萝卜生长3个月时进行采收，并测定土壤中多环芳烃含量，计算降解率，该实验条件下测定土壤中多环芳烃含量为518.38μg/kg，该实验条件下多环芳烃降解率为18.30％。
70.对比例12
71.本对比例的实验与实施例1相比，采用的其他类型的阴
‑
非离子混合表面活性剂，分别为十二烷基苯磺酸钠(sdbs)和曲拉通100(tx100)，其他步骤同实施例1。
72.萝卜生长3个月时进行采收，并测定土壤中多环芳烃含量，计算降解率，该实验条件下采用阴
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非离子混合表面活性剂sdbs
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tx100测定土壤中多环芳烃含量分别为460.49μg/kg，该实验条件下多环芳烃降解率分别为27.43％。
73.对比例13
74.本对比例的实验与实施例1相比，采用的其他类型的阴
‑
非离子混合表面活性剂，为鼠李糖脂(rl)和吐温80(tween 80)，其他步骤同实施例1。
75.萝卜生长3个月时进行采收，并测定土壤中多环芳烃含量，计算降解率，该实验条件下采用阴
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非离子混合表面活性剂rl
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tween 80测定土壤中多环芳烃含量分别为413.86μg/kg，该实验条件下多环芳烃降解率分别为34.78％。
76.对比例14
77.本对比例的实验与实施例1相比，采用的其他类型的阴
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非离子混合表面活性剂，为十二烷基硫酸钠(sds)和曲拉通100(tx100)，其他步骤同实施例1。
78.萝卜生长3个月时进行采收，并测定土壤中多环芳烃含量，计算降解率，该实验条件下采用阴
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非离子混合表面活性剂sds
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tx100测定土壤中多环芳烃含量分别为545.75μg/kg，该实验条件下多环芳烃降解率分别为13.99％。
79.从上述实施例1
‑
2、对比例1
‑
5的实验结果可以看出，利用不同浓度的rl
‑
tx100溶液与草木灰联合强化萝卜修复后，土壤中多环芳烃残留量均有不同程度降低。其中rl
‑
tx100溶液浓度范围在30～80mg/kg时，土壤中多环芳烃残留量随着处理浓度的提高而不断降低。当rl
‑
tx100浓度为80mg/kg土时，土壤中多环芳烃残留量降到最低，降解率达
38.74％。而随着rl
‑
tx100浓度继续上升到100～300mg/kg土时，土壤中多环芳烃残留量随着rl
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tx100浓度的提高反而不断升高。因此，较低浓度的rl
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tx100就可达到对土壤中多环芳烃较好的修复效果。在rl
‑
tx100浓度为80
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100mg/kg土时，土壤中多环芳烃的降解率达35％以上，在rl
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tx100浓度为80mg/kg土时，对土壤中多环芳烃修复效果最好，降解率可达38.74％，为最适宜的强化处理方式。
80.从上述实施例1
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2、对比例6
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9的实验结果可以看出，利用不同成分比例的rl
‑
tx100溶液与草木灰联合强化萝卜修复后，土壤中多环芳烃残留量均有不同程度降低。其中rl
‑
tx100溶液中鼠李糖脂和曲拉通的混合比例为1:9时，土壤中多环芳烃残留量降到最低，降解率最大。
81.从上述实施例1
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2、对比例10
‑
11的实验结果可以看出，利用rl
‑
tx100溶液与施用浓度的草木灰联合强化萝卜修复后，土壤中多环芳烃残留量均有不同程度降低。草木灰的施用浓度为2g/kg土时，土壤中多环芳烃残留量降到最低，降解率最大。
82.从上述实施例1
‑
2、对比例12
‑
14的实验结果可以看出，与选用其他其他类型的阴
‑
非离子混合表面活性剂相比，采用本发明rl
‑
tx100溶液与草木灰联合强化萝卜修复后，土壤中多环芳烃残留量降到最低，降解率最大。
83.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。