一种利用草炭土-棉花联合修复盐碱老化油泥污染土壤的方法

摘要

本发明提供了一种利用草炭土-棉花联合修复盐碱老化油泥污染土壤的方法，所述方法包括以下步骤：(1)向老化油泥污染土壤中添加草炭土，充分混合得到混合土壤；(2)向所述混合土壤中播入棉花种子，以培育所述棉花种子得到发芽的棉花；和(3)将所述发芽的棉花培育成棉花植株，至棉花完成一个完整的生长周期，测定植物干重、土壤中总石油烃及石油组分含量。本发明的修复方法具有修复效果好、操作性强、修复成本低、环境友好的优点。

权利要求

1.一种利用草炭土-棉花联合修复老化油泥污染土壤的方法，所述方法包括以下步骤：（1）向老化油泥污染土壤中添加草炭土，充分混合得到混合土壤，所述老化油泥污染土壤为石油污染土壤；

（2）向所述混合土壤中播入棉花种子，以培育所述棉花种子得到发芽的棉花；和（3）将所述发芽的棉花培育成棉花植株，至棉花完成一个完整的生长周期，测定植物干重、土壤中总石油烃及石油组分含量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述老化油泥污染土壤的石油含量为

0.1%～12.2wt.%。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述草炭土与老化油泥污染土壤的重量比为≥0.05:1。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述草炭土与老化油泥污染土壤的重量比为0.05:1～0.2:1。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述草炭土与老化油泥污染土壤的重量比为0.1:1。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，将所述棉花种子浸泡在温度为30～35℃水中，4小时后播种到所述混合土壤中，以培育所述棉花种子得到发芽的棉花，2

其中，所述棉花种子的播种密度为2.9～4.5g/m。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，在温度为10～35℃、土壤含水量为15～45wt.%、和自然光照的条件下培育所述棉花植株。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，培育所述棉花植株的时间至少为130天。

说明书

一种利用草炭土-棉花联合修复盐碱老化油泥污染土壤的

方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种修复老化油泥污染土壤的方法，特别涉及一种利用草炭土-棉花联合修复老化油泥污染土壤的方法。

背景技术

[0002] 石油工业是国家综合国力的重要组成部分，但石油开采、石油化工行业的发展及石油产品的广泛使用，使得石油类污染物已成为世界性污染物之一，其中一些PAHs作为持久性有机污染物，不仅具有强烈的致癌、致畸、致突变等毒性，还可以长期存在于自然环境中，继而通过地下水、食物链循环等对人体健康造成危害。当今世界石油总产量每年约8 8 6
22×10t。其中17.5×10t是由陆地油田生产的。全世界每年就有8×10t石油类污染物进入环境。

[0003] 中国作为世界上最大的发展中国家及重要的石油生产和消费大国，由于在生产条件、环保技术等方面相对落后，石油污染问题相当突出，尤其是土壤的石油污染问题日益严8
重。在有机污染土壤中，石油污染占相当大的比例。我国自1978年原油产量突破1×10t大关而成为世界十大产油国之一以来，勘探开发的油气田和油气藏已有400多个，年产石
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油污染土壤近1×10t，累计堆放量近5×10t。以油田开采为例，每口油井污染土地面积
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为200-500m，全国共有油井2×10t口，由此造成的土壤污染可达8×10m，这一数字每年
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还在增长中。1998年，全国石油、炼化企业生产含油固体废物量达4.29×10t，利用率低
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于50％，由此造成土壤污染可达3.3×10hm，我国每年有6×10t石油经跑、冒、滴、漏等途径进入环境，造成土壤污染。据不完全统计，全国因使用污水灌溉而导致土壤污染面积达
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9.3×10hm。在北方产油地区原油污染面积逐年扩大，在辽河油田的重污染区，土壤原油含
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量达到1×10mg/kg，是土壤临界值(200mg/kg)的50倍。因此，近年来，如何更加有效地控制和修复石油污染土壤，改善土壤性状已成为一个摆在所有环境保护工作者面前的迫切任务。

[0004] 目前，对于石油类污染土壤的修复主要采用生物方法，包括微生物修复、植物修复、微生物-植物协同修复。其中，植物修复以其处理成本低、吸附污染物量大、兼顾美化环境等优点，已逐渐成为去除土壤污染物的首选技术。植物的修复作用主要表现在植物对污染物的直接吸收、各种根系分泌物或酶类促进污染物生物降解及强化根际微生物的矿化作用等方面。此外，添加草炭、秸秆等生物基质材料可以有效调节土壤盐碱含量、改善土壤条件、增强土壤透气性、平衡营养，从而提高微生物的降解效率。以往已有大量研究报道了利用燕麦、黑麦草、大豆、大麻等修复有机污染土壤，但是针对老化油泥植物修复研究较少，单纯利用植物修复治理油泥污染土壤效果并不理想。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种利用草炭土-棉花联合修复盐碱老化油泥污染土壤的方法，所述方法包括以下步骤：

[0006] (1)向老化油泥污染土壤中添加草炭土，充分混合得到混合土壤；

[0007] (2)向所述混合土壤中播入棉花种子，以培育所述棉花种子得到发芽的棉花；和[0008] (3)将所述发芽的棉花培育成棉花植株，至棉花完成一个完整的生长周期，测定植物干重、土壤中总石油烃及石油组分含量。

[0009] 优选地，所述老化油泥污染土壤的石油含量≤12.2wt.％。更优选地，所述老化油泥污染土壤的石油含量为0.1％～12.2wt.％。

[0010] 优选地，所述草炭土与老化油泥污染土壤的重量比为≥0.05∶1。更优选地，所述草炭土与老化油泥污染土壤的重量比为0.05∶1～0.2∶1。最优选地，所述草炭土与老化油泥污染土壤的重量比为0.1∶1。

[0011] 优选地，步骤(2)中，将所述棉花种子浸泡在温度为30～35℃水中，4小时后播种到所述混合土壤中，以培育所述棉花种子得到发芽的棉花，其中，所述棉花种子的播种密度2
为2.9～4.5g/m。

[0012] 优选地，步骤(3)中，在温度为10～35℃、土壤含水量为15～45wt.％、和自然光照的条件下培育所述棉花植株，培育所述棉花植株的时间至少为130天。

[0013] 本发明对所使用植物棉花的品种没有限制，可以使用任何一种现有的植物棉花品种。

[0014] 针对现有技术中单一利用植物修复污染土壤的效果不理想这一缺陷，本发明提供了一种在加入草炭土作为强化剂的基础上再进行棉花修复盐碱老化油泥污染土壤的方法。加入草炭土的目的是为了改善盐碱老化油泥污染土壤的土壤结构、土壤透气性，同时提供土壤微生物生长所需的营养物质，从而有效地提高了棉花修复盐碱老化油泥污染土壤的效果。

[0015] 结果表明，草炭土中含有丰富的有机质，如腐殖酸、腐殖质、胡敏素和富里酸等物质，对于解决石油和盐碱双重胁迫问题起到了至关重要的作用。由于石油污染土壤盐碱化非常严重，其中66％为轻盐碱地，18％为重盐碱地，土壤物理性质和植被条件极差。草炭土中的腐殖质带有大量电荷，可与土壤黏粒相互作用，形成新的有机-无机复合体，使土肥相融，增加土壤中水稳性团聚体含量，降低土壤无机颗粒之间黏结力。施用草炭土后，土壤容重和硬度明显下降，土壤中水稳性团聚体(＞0.25mm)含量增加，土壤结构系数也相应提高。另外，施加草炭土能迅速降低土壤pH，提高土壤对酸碱和盐的缓冲能力，活化土壤钙质，提高土壤肥力，使盐碱土壤“盐、碱、瘦、死、板、冷”等不良特性得到改善。同时，添加+ -草炭土后，植物根际中微生物数量和活性远远高于原土体，并可通过分泌质子(如H、OH、-
HCO3 等)、有机酸、酶类和铁载体等来增加根际养分活性，促进植物正常生长，改善土壤生态功能。

[0016] 本发明所提供的利用草炭土-棉花联合修复盐碱老化油泥污染土壤的方法的具体优点包括：

[0017] (1)利用草炭土与油泥污染土壤混合的方法，有效改善了污染土壤结构、土壤透气性，同时提供土壤微生物生长所需的营养物质，保证了棉花修复效果的有效提高，而单纯依靠植物修复方法难以达到修复目的；

[0018] (2)棉花和草炭土均为成本低廉的原材料，且来源丰富，因此具有修复成本低、操作性强的优点；

[0019] (3)可以对老化油泥污染土壤进行原位修复，工程量小，同时不会造成二次污染；

[0020] (4)最终所收获的棉花秸秆可以进行资源化利用，如堆肥、秸秆还田、造纸原料等，从而减少资源浪费，并产生附加的经济价值。

附图说明

[0021] 图1棉花修复老化油泥污染土壤室内盆栽试验图片；

[0022] 图2a不同石油含量污染土壤对棉花种子存活率的影响；

[0023] 图2b不同石油含量污染土壤对棉花种子发芽率的影响；

[0024] 图3修复周期为130天时污染土壤中石油去除率及植物生物量；

[0025] 图4a、图4b、图4c、图4d修复周期为130天时污染土壤中不同石油组分去除率。

具体实施方式

[0026] 为了能进一步了解本发明的结构、特征及其它目的，现结合所附较佳实施例详细说明如下，所说明的较佳实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。

[0027] 实施例1：盐碱老化油泥污染土壤中不同石油含量对棉花种子发芽率和存活率的影响

[0028] 在室内培养条件下，开展不同石油含量污染土壤对棉花种子发芽率和存活率的影响研究。试验过程中，草炭土(经商业途径自北京清原世纪园艺有限公司购得)是沼泽植物分解腐熟后的产物，添加比例需要考虑经济与实际价值，基于前期蚯蚓生态毒性试验的结果，草炭土与老化油泥污染土壤的重量比设定为0.1∶1。老化油泥污染土壤的石油重量百分比含量分别为0％、1.3％、2.6％、7.4％、12.2％，选择冀丰197棉花种子作为修复植物品种，首先将棉花种子浸泡在温度为30～35℃水中，4小时后播种到所述混合土壤中进行2
发芽试验，以培育所述棉花种子得到发芽的棉花。其中，种子播种密度为2.9～4.5g/m，第
14天时记录种子的发芽率，试验结果如图2a和2b所示。

[0029] 一般情况下石油污染土壤中均存在土壤盐碱化现象，但背景土壤的含盐量对本发明的方法没有影响。由图2a和2b可以看出，背景土壤的含盐量在0.3～0.5wt.％范围内，棉花发芽率为76％，表明棉花对盐碱具有一定的耐受性；在污染土壤石油重量百分比含量≤12.2％的条件下，污染土壤石油含量对棉花种子发芽率无显著影响，发芽率在60％～80％，收获期时的植株存活率在50％～90％。

[0030] 实施例2：棉花对不同石油含量污染土壤中总石油烃及组分去除率的研究[0031] 对实施例1中发芽的冀丰197棉花种子继续进行培育。培育条件如下：温度为10～35℃、土壤含水量为15～45wt.％、自然光照。冀丰197棉花修复老化油泥污染土壤试验培育130天后，棉花在低浓度石油污染土壤中生长良好，但在高浓度石油污染胁迫下，其生理指标均受到一定的影响，生长缓慢，植物生物量显著减小。通过研究土壤中总石油烃变化，分析棉花对老化油泥污染土壤修复效率，试验结果如图3所示。130天后对石油烃的降解率、不同石油组分的降解率和冀丰197植株的干重进行检测(总石油烃及组分测定采用已发表文献中的方法Shijie Wang，Guanlin Guo et al.，Journal of Chromatography A，1217(2010)368-374，分析仪器为IATROSCAN MK-6s棒薄层色谱)。

[0032] 由图3可以看出，与对照试验组相比(CK，无棉花种植)，棉花对土壤中石油类污染物具有显著的降解效果(p＜0.05)，总石油烃的降解率随土壤中初始浓度的增加而降低。其中，柱状图代表土壤中总石油烃去除率(％)，折线图代表植物生物量(g)。当污染土壤中石油重量百分比含量为1.3％时，石油的去除率与对照组相比差别不大，这说明冀丰197棉花对低污染土壤的修复效果并不显著；当土壤中石油重量百分比含量分别为2.6％、7.4％、12.2％时，冀丰197棉花对污染土壤中石油的降解率分别为59.7％、45.5％和33.5％。其中土壤中石油重量百分比含量为2.6％时，棉花对石油污染土壤的修复效率最高，推测主要原因是石油污染物在低剂量条件下能够刺激棉花生长，从而提高修复效果。
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另外，石油降解率与棉花生物量存在显著相关性(r ＝0.857)，这表明可以通过刺激棉花的生长来提高石油污染土壤的修复效果。

[0033] 因石油烃组分复杂，所含分子类型和大小各异，其生物可降解性存在明显差异。如图4a、图4b、图4c和图4d所示，与对照相比(CK，无棉花种植)，棉花种植能够显著提高污染土壤中石油烃组分的降解效率：土壤中石油的初始浓度显著影响棉花对石油烃组分的降解率，当土壤中石油重量百分比含量超过2.6％时，随着石油含量增加石油烃组分的降解率明显减小。在同一浓度条件下，饱和烃、芳香烃、沥青质组分降解率基本相同，例如在土壤中石油重量百分比含量(初始浓度)为1.3％、2.6％、7.4％、12.2％时，上述三种组分的降解率分别为96.85％、96.37％、72.15％、65.29％。由此可见，草炭土-棉花联合作用对盐碱老化油泥污染土壤有显著的修复效果(参见图1)。

[0034] 综上所述，植物对石油组分降解率的影响，主要是植物根系的作用：(1)根系分泌物，如低分子量的糖类、有机酸、氨基酸和酚类作为微生物的养分和能源，能促进微生物数量的大幅提高；(2)根系能分泌特定的有机物降解酶(如脱卤酶、硝酸还原酶、过氧化氢酶、酚氧化酶、漆酶和腈水酶等)，酶催化机制是石油烃类污染物生物降解的主要途径；(3)此外，在植物修复过程中加入草炭土，由于根系腐殖化作用，多环芳烃、胶质和沥青质等石油烃类污染物转变为惰性物质，与富里酸、胡敏酸等有机质相结合，其生物毒性显著降低。

[0035] 需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换、或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。