專利名稱：一種面源污染治理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于面源污染控制工程領(lǐng)域，尤其涉及一種采用菌根技術(shù)治理面源污染的方法。該方法可廣泛應(yīng)用于城市、農(nóng)村、道路等面源污染控制。
背景技術(shù)：
面源污染是指在降雨徑流的淋溶和沖刷作用下，大氣、地面和土壤中的污染物進(jìn)入江河、湖泊水庫(kù)和海洋等受納水體并引起水體污染。氮、磷是最主要的面源污染物質(zhì)，其主要來(lái)源包括農(nóng)業(yè)化肥、農(nóng)村生活污水、養(yǎng)殖業(yè)、水土流失、大氣干濕沉降等。目前面源污染已成為我國(guó)湖泊、河流、水庫(kù)等水域富營(yíng)養(yǎng)化的主要驅(qū)動(dòng)因子(以太湖、滇池和巢湖為例，面源污染對(duì)入湖總氮的貢獻(xiàn)率分別為59^^33^^63%,對(duì)入湖總磷的貢獻(xiàn)率分別達(dá)到 30%、41%和73%，而每年進(jìn)入長(zhǎng)江和黃河水體的氮素中分別有92%和88%來(lái)自于面源)。 水體富營(yíng)養(yǎng)化會(huì)導(dǎo)致藍(lán)藻爆發(fā)、水質(zhì)惡化、水域生物多樣性下降以及生態(tài)系統(tǒng)功能衰退等一系列嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。因此，開(kāi)展面源污染治理對(duì)于控制河湖水體富營(yíng)養(yǎng)化具有非常重要的意義。面源污染產(chǎn)生后，徑流攜帶面源污染物以面源發(fā)生點(diǎn)(如農(nóng)作物種植區(qū)、垃圾堆放區(qū)、道路)作為起點(diǎn)，經(jīng)過(guò)無(wú)積水區(qū)(在徑流期間無(wú)積水存在，對(duì)旱生植物生長(zhǎng)無(wú)影響)、 短期存水區(qū)(僅在徑流期間存在水面，如溝、渠等，適宜水陸兩生植物生長(zhǎng))、匯水區(qū)(徑流結(jié)束后仍存在積水，如池、塘、洼地等，適宜水生植物生長(zhǎng))等不同環(huán)境，最終進(jìn)入河、湖等受納水體。針對(duì)面源污染的遷移過(guò)程，國(guó)內(nèi)外面源污染治理措施主要包括源頭控制(減少面源污染產(chǎn)生)、污染物截留(控制污染物遷移途徑，減少污染物向河湖水體的輸送)、內(nèi)源治理(減少河湖水體營(yíng)養(yǎng)物數(shù)量，如底泥清除)等三個(gè)方面，其中污染物截留措施主要包括前置庫(kù)、植被緩沖帶、生態(tài)溝渠、人工濕地等類型。例如公開(kāi)號(hào)為CN1621622A的發(fā)明專利， 申請(qǐng)?zhí)枮?00410066164.0，名稱為平原河網(wǎng)地區(qū)面源污染強(qiáng)化凈化前置庫(kù)系統(tǒng)，通過(guò)地表徑流收集與調(diào)節(jié)、沉降、生態(tài)透水壩、前置庫(kù)庫(kù)區(qū)四個(gè)子系統(tǒng)的聯(lián)合作用實(shí)現(xiàn)TN和TP的去除，這種方法利用水庫(kù)的蓄水功能將徑流截留在水庫(kù)中，經(jīng)物理、生物作用強(qiáng)化凈化后排入所要保護(hù)水體。又如公開(kāi)號(hào)為CN101555071A的發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)枮?00910051166. 5，名稱為利用緩沖帶控制平原感潮河網(wǎng)地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染的方法，提出選擇農(nóng)田和河道之間的河岸作為緩沖帶，依徑流流向種植不同植物，形成植被緩沖帶，利用植物對(duì)徑流中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的截留、吸收功能取得較好的凈化效果。再如公開(kāi)號(hào)為CN101696059A的發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)枮?200910272338. 1，名稱為一種阻控農(nóng)業(yè)面源污染的生態(tài)溝渠，它在流域集水區(qū)構(gòu)建匯集農(nóng)業(yè)污染和農(nóng)田地表徑流的生態(tài)溝渠，入口設(shè)置物理格柵、小生物球和沉淀池，干渠內(nèi)種植水生植物，它利用水生植物耐污能力以及礫間接觸氧化、強(qiáng)化生物接觸氧化等逐級(jí)凈化水質(zhì)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的攔截、降解、吸收和利用。再如公開(kāi)號(hào)為CN101880089A的發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)枮?010102^959. 4，名稱為一種處理低濃度面源污染的折流式人工濕地裝置，在濕地池體內(nèi)布置填料，在填料表面種植挺水植物，設(shè)置帶過(guò)水孔的導(dǎo)流墻，使上下水層混合交換，增加水流的流動(dòng)曲折性，增加污水與基質(zhì)的接觸時(shí)間，實(shí)現(xiàn)氮磷的高效去除。
上述各種面源污染物截留措施的共同特征是通過(guò)強(qiáng)化基質(zhì)吸附、微生物轉(zhuǎn)化、植物吸收等技術(shù)要素實(shí)現(xiàn)污染物的去除，例如利用對(duì)氮、磷吸附能力強(qiáng)的材料作為填料強(qiáng)化基質(zhì)吸附污染物的能力(如前置庫(kù)中的生態(tài)透水壩、人工濕地中的填料等)；創(chuàng)造適宜的生境強(qiáng)化微生物對(duì)氮、磷的轉(zhuǎn)化能力(普遍存在于上述污染物截留措施中)；優(yōu)選高效植物強(qiáng)化氮、磷吸收(普遍存在于植被緩沖帶、生態(tài)溝渠、人工濕地中)。在植物、微生物、基質(zhì)/ 土壤三大要素中，基質(zhì)吸附容量隨著凈化過(guò)程的進(jìn)行最終將達(dá)到飽和，從而失去基質(zhì)吸附能力；微生物能夠通過(guò)硝化-反硝化作用將氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈴亩_(dá)到去除氮素的目的，但微生物只能將磷以不同形成貯存在體內(nèi)，最終治理工程中將存儲(chǔ)大量的磷，最終隨微生物細(xì)胞體的分解而釋放，造成二次污染。由此可見(jiàn)，無(wú)論是基質(zhì)吸附還是微生物轉(zhuǎn)化都存在不可持續(xù)性的缺點(diǎn)，都需要基質(zhì)更換(因此包括存在于基質(zhì)中的富磷微生物的剝離)作為后續(xù)措施來(lái)保障治理工程的長(zhǎng)期運(yùn)行。相比而言，植物吸收可以通過(guò)動(dòng)物攝食或植物收獲途徑將轉(zhuǎn)化為植物的污染物從治理工程中移除，這一過(guò)程并不需要實(shí)質(zhì)性治理工程維護(hù)工作，這表明植物吸收是面源污染截留措施中唯一一個(gè)可持續(xù)的污染物截留因素。然而，相關(guān)機(jī)理研究表明，在三大因素中由于植物對(duì)氮磷的吸收量較小，目前植物凈化所貢獻(xiàn)的比重事實(shí)上相對(duì)較小，從植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)角度分析，這種較低的營(yíng)養(yǎng)吸收量(和因此導(dǎo)致的低植物凈化效率)實(shí)際上和基質(zhì)或土壤中極低的營(yíng)養(yǎng)水平有直接關(guān)系。因此，強(qiáng)化植物在面源污染治理工程中極低營(yíng)養(yǎng)水平下的營(yíng)養(yǎng)吸收效率是保障治理工程可持續(xù)運(yùn)行、減少工程維護(hù)的重要方面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)面源污染物截留措施三要素的不足，基于植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)和微生物學(xué)(菌根真菌)知識(shí)，提出一種操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)高效、實(shí)用可行的菌根技術(shù)治理面源污染的方法。 在面源污染遷移途徑根據(jù)不同陸地環(huán)境特征優(yōu)選適宜的高效經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物，隨后篩選適應(yīng)于不同植物的菌根真菌類型，通過(guò)接種菌根真菌形成菌根，以豐富的菌絲擴(kuò)大植物根系與土壤的接觸面積，強(qiáng)化面源污染截留工程中植物營(yíng)養(yǎng)吸收能力和吸收速率，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)面源污染物的高效截留和植物轉(zhuǎn)化，保障面源污染物截留工程的可持續(xù)運(yùn)行。本發(fā)明的特征在于采用菌根技術(shù)強(qiáng)化面源污染截留工程中植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收能力和吸收效率，它根據(jù)面源污染物遷移途徑不同階段的陸地環(huán)境特征分別優(yōu)選并種植旱生、水陸兩生和水生類型的高效經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物，并分別優(yōu)選并接種適應(yīng)不同植物生長(zhǎng)的高效菌根真菌類型，利用所形成的菌根強(qiáng)化宿主植物在低營(yíng)養(yǎng)條件下對(duì)氮磷的吸收能力和吸收速率，即強(qiáng)化了植物對(duì)面源污染物的截留和植物轉(zhuǎn)化，最終通過(guò)植物收獲或動(dòng)物攝取實(shí)現(xiàn)面源污染治理工程的可持續(xù)運(yùn)行。本發(fā)明的特征還在于菌根真菌的主要作用不是降解和轉(zhuǎn)化污染物，而是與宿主植物形成共生體系，其中植物為菌根真菌提供光合作用產(chǎn)品碳水化合物，而菌根真菌通過(guò)菌絲擴(kuò)大了宿主植物根系與土壤的接觸面積，使宿主植物能夠從更大面積的土壤中攝取氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，更好地滿足生長(zhǎng)的需要。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)高可持續(xù)性，工程后期維護(hù)小。本發(fā)明充分發(fā)揮了面源污染治理工程三要素中可持續(xù)性因素，避免了基質(zhì)失效以及微生物分解的二次污染問(wèn)題，工程后期僅存在植物收獲或動(dòng)物攝取需求，無(wú)需特別的維護(hù)工作。(2)成本低。本發(fā)明不需要額外設(shè)置工程設(shè)施，僅需要因地制宜種植農(nóng)作物，接種菌根真菌，方法簡(jiǎn)便易行，不占用優(yōu)質(zhì)土地資源，投資成本和運(yùn)行成本低。(3)適用范圍廣。本發(fā)明適用于不同地域的面源污染治理。(4)污染物轉(zhuǎn)化效率高。與無(wú)接種對(duì)照相比，菌根技術(shù)能夠增加30%以上生物量， 也就是說(shuō)植物對(duì)氮磷的吸收量提高30%以上，促進(jìn)了氮磷的植物轉(zhuǎn)化效率。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明按照以下技術(shù)方案實(shí)施(1)通過(guò)實(shí)地調(diào)查考察面源污染物遷移路徑不同階段環(huán)境特征，篩選不同階段適宜的旱生、水陸兩生、水生高效經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物類型；(2)篩選不同類型植物的高效菌根真菌類型；(3)根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果在工程不同區(qū)域種植植物，并接種相應(yīng)的菌根真菌。(4)設(shè)置動(dòng)物攝食(如草魚(yú)對(duì)水生物植物的攝取、家畜對(duì)草的食用)或植物收獲工序。實(shí)施例某地垃圾集中堆放地，面源污染物遷移途徑兩塊裸地、一段溝渠和一個(gè)池塘，最后流入附近河流。工程布局時(shí)在裸地種植黑麥草，并接種地表球囊霉菌(Glomus versifome), 在溝渠中種植燈心草，并接種根內(nèi)球囊霉菌(Glomus intraradices) 0春季完成工程施工，秋季收獲時(shí)分析，接種AM菌劑的黑麥草的真菌浸染率為78 %，遠(yuǎn)高于未接種的黑麥草 (26%)；接種菌劑的燈心草真菌浸染率為65%，遠(yuǎn)高于未接種的燈心草(18%)。菌根的引入明顯促進(jìn)了植物對(duì)面源氮磷營(yíng)養(yǎng)的吸收或植物轉(zhuǎn)化接種菌劑的黑麥草平均單株生物量為2. 7g，高于未接種的水平(1.8g)；接種菌劑的燈心草平均單株生物量為1.8g，高于未接種的水平(1.4g)。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明的特征在于采用菌根技術(shù)強(qiáng)化面源污染截留工程中植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收能力和吸收效率，它根據(jù)面源污染物遷移途徑不同階段的陸地環(huán)境特征分別優(yōu)選并種植旱生、 水陸兩生和水生類型的高效經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物，并分別優(yōu)選并接種適應(yīng)不同植物生長(zhǎng)的高效菌根真菌類型，利用所形成的菌根強(qiáng)化宿主植物在低營(yíng)養(yǎng)條件下對(duì)氮磷的吸收能力和吸收速率，即強(qiáng)化了植物對(duì)面源污染物的截留和植物轉(zhuǎn)化，最終通過(guò)植物收獲或動(dòng)物攝取實(shí)現(xiàn)面源污染治理工程的可持續(xù)運(yùn)行。
2.本發(fā)明的特征還在于菌根真菌的主要作用不是降解和轉(zhuǎn)化污染物，而是與宿主植物形成共生體系，其中植物為菌根真菌提供光合作用產(chǎn)品碳水化合物，而菌根真菌通過(guò)菌絲擴(kuò)大了宿主植物根系與土壤的接觸面積，使宿主植物能夠從更大面積的土壤中攝取氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，更好地滿足生長(zhǎng)的需要。
3.本發(fā)明按照以下技術(shù)方案實(shí)施(1)通過(guò)實(shí)地調(diào)查考察面源污染物遷移路徑不同階段環(huán)境特征，篩選不同階段適宜的旱生、水陸兩生、水生高效經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物類型；(2)篩選不同類型植物的高效菌根真菌類型；(3)根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果在工程不同區(qū)域種植植物，并接種相應(yīng)的菌根真菌。(4)設(shè)置動(dòng)物攝食(如草魚(yú)對(duì)水生物植物的攝取、家畜對(duì)草的食用)或植物收獲工序。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)面源污染三大凈化機(jī)理(基質(zhì)吸附、微生物轉(zhuǎn)化、植物吸收)的不足，基于植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)和微生物學(xué)(菌根真菌)知識(shí)，提出一種操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)高效、實(shí)用可行的菌根技術(shù)治理面源污染的方法。該方法在面源污染遷移途徑根據(jù)不同陸地環(huán)境特征優(yōu)選適宜的高效經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物，隨后篩選適應(yīng)于不同植物的菌根真菌類型，通過(guò)接種菌根真菌形成菌根，以豐富的菌絲擴(kuò)大植物根系與土壤的接觸面積，強(qiáng)化面源污染截留工程中植物營(yíng)養(yǎng)吸收能力和吸收速率，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)面源污染物的高效截留和植物轉(zhuǎn)化，保障面源污染物截留工程的可持續(xù)運(yùn)行。本發(fā)明適用于不同地域的面源污染治理，不僅對(duì)氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素去除率高，而且具有可持續(xù)性高、成本低、工程后期維護(hù)小等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F3/32GK102211820SQ201110079288
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者李曉鋒, 沈珍瑤, 鄭少奎 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)