專利名稱：一種蚯蚓生物強(qiáng)化降解土壤ddt農(nóng)藥殘留的污染修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境生物化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及污染土壤的修復(fù)和治理，尤其涉及 一種修復(fù)DDT污染土壤的方法。
背景技術(shù)：
DDT[1,1，l-trichloro-2, 2-bis-(pchlorophenyl) ethane]作為一種人工合成的 有機(jī)氯農(nóng)藥，為世界糧食生產(chǎn)做出了重大貢獻(xiàn)，但同時(shí)也造成了大氣、水體和土壤環(huán)境的嚴(yán) 重污染。DDT具有高持留性、廣譜毒性、親脂性和半揮發(fā)性等特點(diǎn)，是典型的持久性有機(jī)污染 物(POPs)。盡管早在20世紀(jì)70 80年代，世界大多數(shù)國(guó)家就已停止生產(chǎn)和使用DDTJfi 施入農(nóng)田的DDT仍有部分殘留于土壤環(huán)境介質(zhì)中，其檢出率仍然很高。因此，DDT對(duì)土壤的 污染并未因?yàn)槠浔幌拗剖褂枚В窃谝欢〞r(shí)期長(zhǎng)期存在。鑒于DDT對(duì)土壤污染的嚴(yán)重性和危害性，DDT污染土壤修復(fù)技術(shù)引起了全球普遍 關(guān)注，其主要包括物理、化學(xué)和生物方法。物理修復(fù)與化學(xué)修復(fù)由于處理費(fèi)用昂貴，易造成 二次污染，因而不是一種理想的污染土壤修復(fù)方法。生物修復(fù)技術(shù)是利用特定的生物(植 物、微生物或原生動(dòng)物等)吸收、轉(zhuǎn)化、清除或降解農(nóng)藥污染物，從而實(shí)現(xiàn)土壤凈化、生態(tài)效 應(yīng)恢復(fù)的生物技術(shù)，是一種公認(rèn)的有效、安全、廉價(jià)和無(wú)二次污染的方法。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)DDT污染土壤進(jìn)行生物修復(fù)，多采用植物和微生物的方法。植 物修復(fù)需要的時(shí)間可能過(guò)長(zhǎng)，環(huán)境適應(yīng)能力較差；微生物修復(fù)則存在接種微生物與土著微 生物的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，以及在污染物濃度較低時(shí)修復(fù)效果欠佳等問(wèn)題。利用土壤動(dòng)物(蚯蚓)修 復(fù)污染土壤則不同，蚯蚓廣泛分布在世界各地，具有極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力和繁殖能力，對(duì)于 污染脅迫表現(xiàn)出遠(yuǎn)高于微生物的耐性、生物累積和抗性。蚯蚓通過(guò)對(duì)土壤的翻動(dòng)、吞噬和消 化排泄，以及擠壓土壤形成的穴道，改變土壤物理結(jié)構(gòu)，提高土壤的通氣性、入滲率等。蚯蚓 還可以破碎消化有機(jī)物料，使之與土壤礦物質(zhì)顆粒混合，加速土壤有機(jī)質(zhì)分解，有機(jī)物在蚯 蚓消化道內(nèi)經(jīng)微生物、酶及粘液等作用，性質(zhì)得到改善(顆粒變小、CN比降低，濕度增加)， 有利于微生物對(duì)養(yǎng)分的利用。蚯蚓消化道內(nèi)形成類(lèi)似生物反應(yīng)器的微域環(huán)境，還能促進(jìn)土 壤有機(jī)團(tuán)聚體和鐵錳氧化物的分解重構(gòu)，提高污染物的解吸附和溶解性，增加表面接觸機(jī) 會(huì)。蚯蚓活動(dòng)不僅對(duì)微生物的種群結(jié)構(gòu)和數(shù)量產(chǎn)生影響，而且還對(duì)微生物的活性產(chǎn)生影響。 蚯蚓活動(dòng)對(duì)土壤PH值也產(chǎn)生影響，改善微生物所處的微環(huán)境，間接的影響微生物學(xué)性質(zhì)。 然而目前，蚯蚓在土壤污染，特別是有機(jī)氯農(nóng)藥DDT污染修復(fù)中的作用報(bào)道非常有限，需要 作進(jìn)一步的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種以蚯蚓生物強(qiáng)化降解殘留在 自然環(huán)境土壤中DDT的方法。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)予以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提供了一種蚯蚓生物強(qiáng)化降解土壤DDT農(nóng)藥殘留污染修復(fù)方法，其步驟如下(1)將赤子愛(ài)勝蚓(表層種)或壯偉環(huán)毛蚓(內(nèi)層種)投放到被污染的土壤中；(2)在步驟⑴處理的土壤中投放已經(jīng)發(fā)酵的雞糞和/或牛糞，并使雞糞和/或牛 糞與土壤充分混合均勻；(3)每隔三個(gè)月再次投放已經(jīng)發(fā)酵的雞糞和/或牛糞，并使雞糞和/或牛糞與土壤 充分混合均勻。蚯蚓投放密度太大容易造成擁擠，影響蚯蚓的生長(zhǎng)繁殖，密度太小又使得蚯蚓生 物總量過(guò)低，降低其處理效果，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出蚯蚓的投放密度為5 30條/kg 土壤，最佳投 放密度為赤子愛(ài)勝蚓30條/kg 土壤，壯偉環(huán)毛蚓15條/kg 土壤。已發(fā)酵的雞糞和/或牛糞投放過(guò)多時(shí)，會(huì)造成其浪費(fèi)，而如果投放過(guò)少時(shí)，又不能 保證蚯蚓的繁殖所需的營(yíng)養(yǎng)成分。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出已發(fā)酵的雞糞和/或牛糞與土壤質(zhì)量比例 為0.2 1 1。最佳質(zhì)量比例為0.2 1。雞糞和/或牛糞的發(fā)酵方法為草簾或塑料薄膜覆蓋發(fā)酵，發(fā)酵過(guò)程為18-24天。發(fā) 酵雞糞和/或牛糞過(guò)干，應(yīng)噴水澆濕，以用手緊握時(shí)能擠出少量水滴為宜。每隔5天再噴水 澆濕，翻勻幾次。發(fā)酵餌料應(yīng)是黑褐色、無(wú)惡臭、松散、不粘手。修復(fù)過(guò)程中，土壤的含水量保持在55 65%。采用本發(fā)明的方法其有益效果概括如下(1)采用蚯蚓對(duì)DDT污染土壤進(jìn)行修復(fù)簡(jiǎn)單有效，成本低廉。(2)采用蚯蚓進(jìn)行DDT污染土壤修復(fù)對(duì)外界環(huán)境條件要求低，適宜目前多數(shù)被DDT 污染的土壤大規(guī)模應(yīng)用。(3)采用蚯蚓進(jìn)行DDT污染土壤修復(fù)技術(shù)可通過(guò)蚯蚓在自然條件下的生長(zhǎng)、發(fā)育、 繁殖，持續(xù)對(duì)被污染的土壤進(jìn)行修復(fù)。(4)采用蚯蚓進(jìn)行DDT污染土壤修復(fù)技術(shù)不僅能夠加速土壤中DDT的消除與解毒， 還能通過(guò)蚯蚓的活動(dòng)改良土壤各種理化性質(zhì)，加速土壤有機(jī)質(zhì)的分解，優(yōu)化其他污染物脫 毒的反應(yīng)條件，生物催化土壤中含有的其他污染物的形態(tài)轉(zhuǎn)化和降解反應(yīng)，如重金屬Cu、 Pb、Zn 等。


圖1為赤子愛(ài)勝蚓不同飼養(yǎng)密度效果圖(條/kg 土壤)。圖2為壯偉環(huán)毛蚓不同飼養(yǎng)密度效果圖(條/kg 土壤)。圖3為投放已發(fā)酵的雞糞和/或牛糞的質(zhì)量占土壤質(zhì)量的不同百分比時(shí)，赤子愛(ài) 勝蚓的飼養(yǎng)效果圖(g/kg 土壤)。圖4為投放已發(fā)酵的雞糞和/或牛糞的質(zhì)量占土壤質(zhì)量的不同百分比時(shí)，壯偉環(huán) 毛蚓的飼養(yǎng)效果圖(g/kg 土壤)。圖5為2mgDDT/kg 土壤中，不同品種、不同數(shù)量蚯蚓處180天后土壤DDT的消減量(mg/kg 土壤)。圖6為4mgDDT/kg 土壤中，不同品種、不同數(shù)量蚯蚓處180天后土壤DDT的消減量(mg/kg 土壤)。圖7為2mgDDT/kg 土壤中，不同品種、不同數(shù)量蚯蚓處180天后土壤DDD的含量(mg/kg 土壤)。圖8為4mgDDT/kg 土壤中，不同品種、不同數(shù)量蚯蚓處理180天后土壤DDD的含量 (mg/kg 土壤)。圖9為2mgDDT/kg 土壤中，不同品種、不同數(shù)量蚯蚓處理180天后土壤DDE的含量 (mg/kg 土壤)。圖10為4mgDDT/kg 土壤中，不同品種、不同數(shù)量蚯蚓處理180天后土壤DDE的含 量(mg/kg 土壤)。圖11為2mgDDT/kg 土壤中，不同品種、不同數(shù)量蚯蚓處理180天后土壤DDMU的含 量(mg/kg 土壤)。圖12為4mgDDT/kg 土壤中，不同品種、不同數(shù)量蚯蚓處理180天后土壤DDMU的含 量(mg/kg 土壤)。圖13為2mgDDT/kg 土壤中，180天后DDT系列降解產(chǎn)物平均質(zhì)量占總質(zhì)量百分比。圖14為4mgDDT/kg 土壤中，180天后DDT系列降解產(chǎn)物平均質(zhì)量占總質(zhì)量百分比。其中每組處理重復(fù)η = 3，空白與處理顯著性差異水平分別用P < 0. 05 (*)，P < 0. 01 (**)，P < 0. 001 (***)表示。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1.不同蚯蚓飼養(yǎng)密度效果測(cè)試供試土壤采自菜園土，土樣在室溫條件下充分風(fēng)干后混勻粉碎，過(guò)2mm篩。蚯蚓品 種選用赤子愛(ài)勝蚓(表層種)與壯偉環(huán)毛蚓(內(nèi)層種)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)兩種品種的蚯蚓各加入5條(A)、10條(B) ,15條(C)、20條(D)、25條 (E)、30條(F)、35條(G)、40條(H)、45條(I)、50條(L)共20個(gè)處理樣品。每個(gè)處理土樣 重lkg，各加入已發(fā)酵的牛糞500g，牛糞碾磨后與土壤充分混勻，每隔三個(gè)月再次投放碾磨 好已發(fā)酵的牛糞500g，并與土壤充分混勻，修復(fù)過(guò)程中土壤含水量一直保持在55 65%， 每個(gè)處理設(shè)三個(gè)重復(fù)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)測(cè)定30d、60d、90d三個(gè)階段不同蚯蚓密度飼養(yǎng)的效果，測(cè) 定結(jié)果見(jiàn)圖1與圖2。結(jié)果表明30d、60d、90d三個(gè)階段，蚯蚓條數(shù)在5 30條處理中生長(zhǎng)繁育較好，超 過(guò)30條后蚯蚓由于密度過(guò)大，開(kāi)始呈現(xiàn)死亡趨勢(shì)，且死亡率隨與蚯蚓密度增大而增大，呈 正相關(guān)關(guān)系。因此，綜合考慮蚯蚓成活率與蚯蚓生物量對(duì)污染物降解效果，每Ikg土壤中加 30條赤子愛(ài)勝蚓或15條壯偉環(huán)毛蚓，既能保證蚯蚓正常的生長(zhǎng)繁育，又能保證蚯蚓的生物 量，從而保證有機(jī)物污染物的降解效率。實(shí)施例2.投放已發(fā)酵的雞糞和/或牛糞的質(zhì)量占總質(zhì)量的不同百分比時(shí)的蚯蚓飼養(yǎng)效果測(cè)試供試土壤為水稻土，土樣在室溫條件下充分風(fēng)干后混勻粉碎，過(guò)2mm篩。蚯蚓品種 選用赤子愛(ài)勝蚓(表層種)與壯偉環(huán)毛蚓(內(nèi)層種)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)兩種蚯蚓各加入已發(fā)酵的雞糞和/或牛糞的質(zhì)量占土壤質(zhì)量的5% (A)、 10% (B) ,15% (C) ,20% (D) ,25% (E) ,30% (F) ,40% (G) ,60% (H) ,80% (I) ,100% (L)共 20個(gè)處理。每個(gè)處理樣品重1kg，實(shí)驗(yàn)用蚓為赤子愛(ài)勝蚓的處理各加入30條，壯偉環(huán)毛蚓的處理各加入15條，每隔三個(gè)月再次投放已發(fā)酵雞糞和/或牛糞，并與土壤充分混勻，修復(fù)過(guò)程中一直保持土壤含水量在55 65%，每個(gè)處理設(shè)三個(gè)重復(fù)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)測(cè)定30d、60d、 90d三個(gè)階段蚯蚓的飼養(yǎng)效果，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖3與圖4。結(jié)果表明30d、60d、90d三個(gè)階段，投放已發(fā)酵的雞糞和/或牛糞的質(zhì)量占土壤質(zhì) 量的20% 100%處理中，蚯蚓生長(zhǎng)繁育較好；投放已發(fā)酵的雞糞和/或牛糞的質(zhì)量占土壤 質(zhì)量低于20%，蚯蚓飼養(yǎng)一段時(shí)間后由于土壤中的有機(jī)質(zhì)逐漸減少，開(kāi)始呈現(xiàn)總體質(zhì)量下 降、活性不高的趨勢(shì)。因此，綜合考慮蚯蚓生物量與投資成本問(wèn)題，土壤中已發(fā)酵的雞糞和/ 或牛糞的質(zhì)量占土壤質(zhì)量的20%，既能保證蚯蚓正常的生長(zhǎng)繁育，保證有機(jī)物污染物的降 解效率，又能最大程度上節(jié)約已發(fā)酵的雞糞和/或牛糞的投資成本。實(shí)施例3.不同蚯蚓品種、密度對(duì)DDT生物降解效果測(cè)試實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)每個(gè)處理土樣重2kg，供試土壤采自華南農(nóng)業(yè)大學(xué)綠榕圓 (23° 09. 190NU130 21. 244E)附近的表層土(0 20cm)，土壤類(lèi)型為花崗巖母質(zhì)上的 赤紅壤，土壤中農(nóng)藥的含量可以忽略不計(jì)，土樣在室溫條件下充分風(fēng)干后混勻粉碎，過(guò)2mm 篩。蚯蚓品種選用赤子愛(ài)勝蚓(表層種，編號(hào)E)與壯偉環(huán)毛蚓(內(nèi)層種，編號(hào)A)。DDT在 土壤中濃度為2mg/kg (編號(hào)C1)與4mg/kg (編號(hào)C2)，由于直接在土壤中加入DDT很難保 證樣品的均一，本實(shí)驗(yàn)先將DDT溶解于乙醇中(2mg/kg處理共用DDTO. 08g,乙醇IOmL ；4mg/ kg處理共用DDTO. 16g，乙醇20mL)，將混合液用水稀釋至300g (處理樣品的田間持水量)后 各均分20份，均勻地噴灑到土樣中，靜置一個(gè)月后放入蚯蚓。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)按照兩種不同蚯蚓 密度，即30條(編號(hào)1)和60條(編號(hào)2)對(duì)兩種不同品種的蚯蚓分別進(jìn)行180天DDT降 解情況測(cè)定，空白與處理各做三個(gè)重復(fù)。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖5 圖13。結(jié)果表明赤子愛(ài)勝蚓與壯偉環(huán)毛蚓均能加速土壤中DDT的降解，降解效果明顯。因此斷定，蚯蚓通過(guò)改變土壤物理結(jié)構(gòu)，加速土壤有機(jī)質(zhì)分解，提高土壤微生物活 性及土壤酶活性，以及蚯蚓消化道內(nèi)形成類(lèi)似生物反應(yīng)器的微域環(huán)境，提高污染物的解吸 附和溶解性，增加表面接觸機(jī)會(huì)，生物加速催化污染物的形態(tài)轉(zhuǎn)化和降解反應(yīng)，是一種有效 的生態(tài)可持續(xù)修復(fù)自然土壤中DDT的方法。
權(quán)利要求
一種蚯蚓生物強(qiáng)化降解土壤DDT農(nóng)藥殘留污染的修復(fù)方法，其特征在于包括以下步驟(1)將赤子愛(ài)勝蚓或壯偉環(huán)毛蚓投放到被污染土壤中；(2)在步驟(1)處理的土壤中投放已經(jīng)發(fā)酵的雞糞和/或牛糞，并使雞糞和/或牛糞與土壤充分混合均勻；(3)每隔三個(gè)月再次投放已經(jīng)發(fā)酵的雞糞和/或牛糞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蚯蚓生物強(qiáng)化降解土壤DDT農(nóng)藥殘留污染的修復(fù)方法，其特 征在于赤子愛(ài)勝蚓或壯偉環(huán)毛蚓的投放密度為5 30條/kg 土壤。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述蚯蚓生物強(qiáng)化降解土壤DDT農(nóng)藥殘留污染的修復(fù)方法，其特征 在于赤子愛(ài)勝蚓的投放密度為30條/kg 土壤，壯偉環(huán)毛蚓的投放密度為15條/kg 土壤。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蚯蚓生物強(qiáng)化降解土壤DDT農(nóng)藥殘留污染的修復(fù)方法，其特 征在于雞糞和/或牛糞與土壤質(zhì)量比為0.2 1 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的蚯蚓生物強(qiáng)化降解土壤DDT農(nóng)藥殘留污染的修復(fù)方法，其特 征在于雞糞和/或牛糞與土壤質(zhì)量比為0.2 1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蚯蚓生物強(qiáng)化降解土壤DDT農(nóng)藥殘留污染的修復(fù)方法，其特 征在于修復(fù)過(guò)程中，所述的土壤的含水量保持在55 65%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蚯蚓生物強(qiáng)化降解土壤DDT農(nóng)藥殘留污染的修復(fù)方法，其特 征在于步驟(2)所述的發(fā)酵為草簾或塑料薄膜覆蓋發(fā)酵，發(fā)酵過(guò)程為18-24天。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種蚯蚓生物強(qiáng)化降解土壤DDT農(nóng)藥殘留污染的修復(fù)方法。是將赤子愛(ài)勝蚓或壯偉環(huán)毛蚓投放到被污染土壤中，再投放已經(jīng)發(fā)酵的雞糞和/或牛糞，并使雞糞和/或牛糞與土壤充分混合均勻；每隔三個(gè)月再次投放已經(jīng)發(fā)酵的雞糞和/或牛糞。其中赤子愛(ài)勝蚓或壯偉環(huán)毛蚓投放密度為5～30條/kg土壤，雞糞和/或牛糞與土壤質(zhì)量比例為0.2～1∶1，修復(fù)過(guò)程中土壤的含水量一直保持在55～65％。本發(fā)明對(duì)外界環(huán)境條件要求低，適宜目前多數(shù)被DDT污染的土壤大規(guī)模應(yīng)用，是一種簡(jiǎn)單有效，成本低廉的修復(fù)DDT有機(jī)氯農(nóng)藥污染土壤的方法。
文檔編號(hào)B09C1/00GK101823074SQ20101014719
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者戴軍, 李永濤, 李芳柏, 藺中, 黃德銀 申請(qǐng)人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)