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行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
利用植物根部復育技術整治遭受多環芳香烴污染土壤之研究
Treatment of Soil Contaminated by PAHs through
Rhizoremediaiton
計劃編號: NSC93-2211-E-110-008
執行期限:民國 93 年 8 月 1 日起至民國 94 年 7 月 31 日 主持人:楊磊 國立中山大學海洋環境及工程學系
(E-mail address: [email protected]) 一.中文摘要 有毒有機物多環芳香族碳氫化合物 (PAHs)具有極佳之抗熱解及化學穩定性， 不易在環境中自行分解，且具極高之脂溶 性及極低之生物代謝作用，故極易造成生 物累積性對環境生態造成極大之影響，更 對人類之致突變、畸形、致癌等有直接之 關係, 對人類之威脅性非常嚴重，故多環芳 香族碳氫化合物(PAHs)之污染整治技術開 發刻不容緩。然而，目前主要之處理技術， 不論是物理處理、化學處理或為生物處 理，其處理過程皆會對自然生態造成極大 之傷害。所以植物復育技術，就成為最具 發展性之處理方法 本研究是以植物復育之方法處理土壤 中多環芳香烴碳氫化合物 Pyrene 為目標。 選擇以蘆葦、香蒲、培地茅、萬年青、鹹草、 雲林莞草及大花鹹豐草等植栽植物，分析其 對土壤中 Pyrene 降解情形，結果顯示植種 萬年青、香蒲、培地茅在十四週後對 Pyrene 降解效果分別可達 84﹪ 、77﹪及 86﹪，比 未植種植物的空白實驗對 Pyrene 降解效果 66﹪明顯提高。對植種香蒲及未植種植物的 空白實驗之土壤滅菌後進行測試在十四週 後對 Pyrene 降解效果只有 59﹪及 55﹪比未 對土壤滅菌者在十四週後對 Pyrene 降解效 果 77﹪及 66﹪明顯降低，顯示根區微生物 對 Pyrene 降解效果有極大影響。由此可知植 物復育技術對 PAHs 污染土壤整治有極大潛 力，也是土壤中多環芳香基烴碳氫化合物 (PAHs)污染復育方法中對生態影響最小，花 費最小，且最有效之處理技術。而根區效應 中根部分泌物及微生物之作用情形也是值 得研究的課題。 關鍵詞：植物根圈復育技術、多環芳香烴 Abstract:
The target of this project is the treatment of Pyrene in the soil using phytoremediation. The selected plant are Phragmites communis Trin. ,Typha orientalis Presl, Vetiveria zizanioides, Rohdea japonica (Thunb.) Roth et Kunth, Cyperus malaccensis. Lam. subsp. monophyllus (Vahl) T. , Bolboschoenus planiculmis (F. Schmidt) T. Koyama and Bidens pilosa etc. The degradation of Pyrene in soil was analyzed. The results indicate that the degradation of Pyrene by Rohdea japonica (Thunb.) Roth et Kunth ,Typha orientalis Presl and Vetiveria zizanioides are 84﹪, 77﹪and 86﹪,respectively, after 14 weeks. These percentage are higher than unplanted black experiment which is 66 ﹪ .The degradation of Pyrene in the situation of soil sterilization with and without Typha orientalis Presl are 59﹪and 55﹪，respectively,The data which is lower than the method without sterilization, the
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degradation of Pyrene are 77 ﹪ and 66 ﹪ ,respectively, with and without Typha orientalis Presl. These results indicate that the microorganism surrounded the root make significant effect on the degradation of Pyrene in soil. Therefore the phytoremediation technology will provide great potential for Pah soil pollution treatment .Therefore it is the lower cost ,lower ecological effect and effective treatment technology . The microorganism and exudation surrounded root will be the interesting subject for study.
Keywords: Rhizoremediation, PAHs
二、計畫緣由與目的 多環芳香烴(PAHs)，是由其兩個或 兩個以上苯環鍵結所形成之化合物，具有 極佳之抗熱解及化學穩定性，不易在自然 界中自行分解，且具有極大之毒性， 對人 體健康及環境危害之影響非常嚴重，故環 境一旦受多環芳香族碳氫化合物(PAHs)污 染，則其復育整治工作即便成為一個非常 重要之工作，而復育技術之開發也是一個 值得大家研究發展的課題。 目前土壤多環芳香烴(PAHs)有機污染物之 整治方法有物理技術，化學處理技術，微生 物之復育技術（1）（2）（3）（4）（5），對生 態環境都會造成傷害，因此植物復育技術漸 受重視，而其具有花費低、省能源、對生態 環境傷害最小，最易被大眾所接受等優點 （6）（7）（8），只須太陽能源即可發揮處理 功效。 本研究計劃，就是利用植物復育技術來 進行土壤之多環芳香烴(PAHs)污染整治，在 實驗室中模擬現地植物復育技術。選擇適宜 之本土草本植物，對土壤中多環芳香烴 (PAHs)降解百分率，總生俊數加以分析比較 並探討其處理效果。 三、結果與討論 實驗材料及藥品： 污染物 Pyrene 之純度為 90﹪(Fluka)，植 物種為蘆葦、香蒲、培地茅、萬年青、鹹 草、雲林莞草及大花鹹豐草等。 實驗方法： 多環芳香烴污染土壤之配，取 0.92 公克之 Pyrene 溶於丙酮後，將其倒入 3 公斤土壤 中，攪拌均勻並乾燥。配置 30 份 Pyrene 污染土壤分別裝入塑膠桶（直徑 20 ㎝ 、 高 22 ㎝）中。選取蘆葦、香蒲、培地茅、 萬年青、鹹草、雲林莞草及大花鹹豐草等 七種不同植物，分別種入裝有污染土壤之 塑膠桶，每種植物各種 3 筒，並作 3 桶位 種植物之空白實驗。另 6 筒經滅菌後，取 3 桶植入香蒲，3 桶不種植植物當空白實 驗。將上述樣本移入溫室培養，定期分析 Pyrene 降解情形及總菌落樹之變化。 分析方法： Pyrene 之定量分析，取 2 公克乾燥樣品土 壤加入 1 公克無水硫酸鈉，攪拌均勻後， 加入溶劑二氯甲烷 20 ml 以細胞粉碎機萃 取 6 分鐘，將萃取液倒出，重複上數步驟 三次。將翠取液濃縮後，再以乙晴取代二 氯甲完，再以高效益液相層析儀定量。總 生菌樹脂測定，取 1 公克土樣加入 10 ml 無菌水震盪攪拌後，需取 1ml 澄清液置入 滅菌微量離心管，以平板計數法測定總生 菌數。 污染土壤中 Pyrene 降解百分率由圖一 可知 10 週後種植香蒲、培地茅及萬年青 分別達到 57﹪、78﹪及 58﹪比未種植植 物之 42 ﹪明顯提高，種植蘆葦、鹹草、 雲林莞草及大花鹹豐草可達 44﹪、49﹪、 44﹪及 43﹪，與未種植植物之空白實驗相 近。14 週後種植香蒲、培地茅及萬年青對 Pyrene 降解百分率分別為 77﹪、86﹪及 84﹪比未種植植物之 66 ﹪，種植蘆葦之
3 64﹪、鹹草之 67﹪、雲林莞草之 64﹪及 大花鹹豐草之 64﹪多出 20﹪，可知種植 香蒲、培地茅及萬年青對污染土壤中 Pyrene 降解比未種植植物對污染土壤中 Pyrene 有明顯提高效果。污染土壤經滅菌 後對 Pyrene 降解之影響由圖二可知土壤 滅菌後種植香蒲及未種植植物之降解百 分率分別為 59﹪及 55﹪，比未滅菌之土 壤降解 77﹪及 66﹪效率明顯下降 18﹪及 11﹪，顯示土壤中微生物對降解 Pyrene 效 率有極大影響。滅菌土壤總生菌數由圖三 顯示因未在無菌環境中培養，四週後就增 加至 105至 106 CFU/g 之間並保持穩定狀 態，與未滅菌土壤之總生菌數相近。 四、計劃成果自評 本研究係以蘆葦、香蒲、培地茅、萬年 青、鹹草、雲林莞草及大花鹹豐草等植栽植 物為主要研究目標，其中研究結果顯示種植 培地茅、萬年青及香蒲比未種植植物對土壤 中 Pyrene 之降解效率明顯提高。污染土壤經 滅菌後不論有種植植物或無種植植物其 Pyrene 降解速率明顯下降，故土壤中微生物 也是對 Pyrene 降解之重要因素。因此植物復 育技術多環芳香烴(PAHs)Pyrene 污染應是意 一種可行且對環境破壞及二次污染最小之 復育技術，培地茅、萬年青及香蒲則是對多 環芳香烴(PAHs)Pyrene 污染之植物復育技術 時值得探討之植物種。此外根區效應，土壤 中微生物之影響及植務根部與附近微生物 之關係也是一個重要的研就究課題 五、參考文獻 1.Yang,L.& Lai,C.T.,1999.Biological Treatment of the Mineral Oil in Salty
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object？An experimention of social aspects of phytoremediation.Critical Reviews in plant sciences.
VOL,21,PP429-438. 0.00 4.00 8.00 12.00 16.00 time/week 0 20 40 60 80 100 d egr at ion p e rc ent age /% a b c d e f g blank
Fig. 1. The effect of plant species on the pyrene degradation percentage. a: Typha orientalis Prel, b: Vetiveria zizanioides, c: Phragmites communis Trin, d: Rohdea japonica (Thunb.) Roth et Kunth, e: Cyperus malaccensis. Lam. subsp. monophyllus (Vahl) T. Koyama, f: Bolboschoenus planiculmis (F. Schmidt) T. Koyama, g: Bidens pilosa.
Fig. 2 The effect of soil sterilization on the pyrene degradation percentage.A: with Typha orientalis Prel; B: blank (without plant and without sterilization ;C: with Typha orientalis Prel and sterilization ;D: without plant and with sterilization 0 4 8 12 16 time/week 0.00 400000.00 800000.00 1200000.00 1600000.00 2000000.00 CFU/ g A B C D
Fig . the influence of bacterial amount by soil sterilization. A: with Typha orientalis Prel, B: blank, C: with Typha orientalis Prel(with sterilization), D: blank(with terilization).
0.00 4.00 8.00 12.00 16.00 TIME/WEEK 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 DE G R ADAT IO N % A B C D
