1、 e-22 利用百慕達草及假儉草復育受柴油污染土壤 之植生復育 王敏昭 1 張簡水紋 2 許鳴翔 3 摘 要 總石油碳氫化合物的涵蓋範圍很廣，舉凡日常生活上所使用之汽油、柴油、燃料油、潤滑油、機油等皆是屬於總石油碳氫化合物。由於近年來開放油品進口及加油站民營化，與國內汽機車的使用大量成長，也增加了對汽油、柴油、機油、潤滑油的需求。因此，此類油品一旦發生意外或洩漏，容易危及公眾安全且造成嚴重的環境污染事件。而運用植生復育受有機污染物之土壤，為近年來廣受重視整治技術，本研究中，運用假儉草與百慕達草整治復育受有機物污染的 土壤，種植於受柴油污染之紅壤、沖積土、石英砂，本試驗分為四種處理，利用盆栽試驗
2、種植假儉草及百慕達草，分別為不種植、未添加 5 %有機質、添加 5 %的有機質三種不同處理的降解效果，種植假儉草及百慕達草分別種植 60 天，結果顯示，在未種植草種部分降解率為 21-38 %，未添加 5 %有機質部分處理下，種植假儉草對柴油降解率為 37-58 %，種植百慕達草對柴油降解率為為 36-52 %，添加 5 %有機質部分情況下，假儉草對柴油降解率為 55-67 %，百慕達草對柴油降解率為 53-64 %，因此可說明添加於土壤中有機質對柴油 降解影響有其重要性，建議以假儉草及百慕達草植生復育處理受柴油污染土壤。 關鍵字 ：總石油碳氫化合物、柴油、植生復育 E 1 朝陽科技大學 環境
3、工程與管理系 特聘教授 2 朝陽科技大學 環境工程與管理系 副教授 3 朝陽科技大學 環境工程與管理系 研究生 e-23 Phytoremediation of Diesel Contaminated Soils by Bermudagrass and Centipedegrass Min-Chao Wang1 Shui-Wen Chang Chien2 Ming-Hsiang Hsu3 Abstract TPHs (total petroleum hydrocarbons) comprise wide range of compounds and include various compou
4、nds used in our daily life such as gasoline, diesel, fuel oils, lubricants and engine oil. Because in the past few years foreign oils and gasoline have been allowed to be imported into the country, the gas stations have become privatized and the use of automobiles and motorcycles has been on the ris
5、e, the use of gasoline, diesel, engine oil and lubricants have been increased. Therefore, when an accident or a leakage occurs, it will be likely that public safety will be jeopardized and serious pollution to the environment will be resulted. Phytoremediation is an emerging technology for the remea
6、iation. Using plants for the remediation of the organic pollutant soil. In recent years phytoremediation is an emerging technology of the soil remediation. this study used centipedegrass and Bermudagrass improvement of the organic matter pollution soil.In diesel contaminated pot soils, red soil, all
7、uvial soil, and quartz sand. Each treatment had four replicates, the use pot experiment planter centipedegrass and bermudagrass. Not planted、 5 % OM additions、 not 5 % OM additions. The seeds of ryegrass plus alfalfa were sowd in each of and harvested after 60 days, respectively. Results showed, in
8、not planted pots the diesel degradation was 21-38 %, in not 5 % OM additions , the centipedegrass to the diesel degeneration rate respectively is 37-58 %, the bermudagrass to the diesel degeneration rate respectively is 36-52 %. in 5 % OM additions , the centipedegrass to the diesel degeneration rat
9、e respectively is 55-67 %, the bermudagrass to the diesel degeneration rate respectively is 53-64 %, respectively, indicating the OM addition importance for diesel biodegradation by centipedegrass and Bermudagrass. Therefore suggested that if plants by the perennial centipedegrass and bermudagrass p
10、hytoremediation processing the diesel contaminated soil. Keyword: Total Petroleum Hydrocarbons (TPHs)、 Diesel、 Phytoremediation 1 Department of Environmental Engineering and Management, Chaoyang University of Technology, Wufong Township. Associate Professor 2 Department of Environmental Engineering
11、and Management, Chaoyang University of Technology, Wufong Township. Distinguished Professor. 3 Department of Environmental Engineering and Management, Chaoyang University of Technology, Wufong Township. postgraduate e-24 一、 前言 目前國內共設置有 2,600餘家加油站，若以 1個加油站平均有 4座地下儲油槽估算，全國至少約有 10,400餘座地下儲油槽，其數量相當可觀，倘該
12、等地下儲槽系統發生油品滲漏導致土壤及地下水污染時，將對周遭環境及國民健康產生危害 (行政院環境保護署，2009) 。 加油站的地下輸油管線和地下儲油槽會因埋藏的年代久遠而使滲漏的機會增大。超過十年以上的地下管線會有 53%的機率滲漏，而十五年以上者則增為 77% (經濟部能源局， 2004)。 近幾年，環保署公告加油站附近土壤地下水檢測結果：土壤、水質遭受油品污染日益嚴重。 除加油站受儲油槽漏油事件影響外，高速公路沿線因中油輸油管線老舊而破裂或不法商人欲盜油，致使油料污染土壤及地下水問題更層出不窮 (行政院環境保護署 ， 2010)。 目前對於土壤中油品類之整治處理方式包括土壤氣體抽除法、生物
13、分解法、溶劑萃取法、氣提法、活性碳吸附法、氧化法等，其中溶劑萃取法、氣提法與活性碳吸附法只能對各相間轉換，後續仍需進步以其他技術處理，且整治費用昂貴，而且還可能破壞當地生態資源。近年來研究發現利用植物復育可原地修復受有機物污染之土壤，其污染物包括石油、農藥和 pyrene。 植物可將污染物精油土 壤中或根際微生物的降解，而礦化成為穩定無害的產物，有些污染物可藉由植物根部的吸收來防止污染物範圍的擴大(Lee et al., 2004)。 Anderson 等 人 (2004)研究發現，植物與根際微生物間的互利共生 (symbiosis)關係對加速土壤污染物的分解是十分重要的，一般植物根際微生物比
14、沒有種植物時多 100-1000倍之多。主要原因係由於植物之根分泌物 (酚、有機酸、蛋白質等 )可當作微生物所需的碳源及氮源，幫助根際附近不同微生物種類的生長及代謝。 未建置台灣主要土類土壤受柴油污染時，以植生復育可行性之評 估，因此本研究本研究擬以台中市霧峰區 (沖積土 )，台中市西屯區 (紅壤 )之不同土類土壤並在溫室栽種情形下以模擬地下儲油槽洩漏情形進行植物復育盆栽試驗。並篩選對柴油有較高降解率及吸收量之草類，且適合於土壤生長之禾本科草類作為植物復育之盆栽試驗，探討供試植物對於柴油吸收、忍受柴油最高濃度範圍、土壤植體柴油含量情形、土壤之有效性酚類含量、微生物總菌數及觀察土壤中根系發展情形
15、。 二、 材料與方法 2.1 柴油 柴油由中油公司購入，其 純度 為 100%，柴油分子量為 170，分子式為 C12H26 屬於高分子物質，由於柴油為非極性物質且密 度為 0.82，所以不溶於水。 2.2 供試土壤 本研究使用之兩種土壤分別砂頁岩沖積土及紅壤，此兩種土壤為台灣面積最大之主e-25 要土類土壤，沖積土及紅壤分別採集自台中市霧峰區農地之表層土壤及西屯區，土樣於常溫下自然風乾再以篩目 2 mm之篩網過篩，作為供試土壤。 再 以石英砂作為對照組，再以 2 mm篩網過篩後再以 0.1 M 的 HCl浸泡 2 天，接著以大量 RO 水反覆清洗，最後再以去離子水清洗數次後使 pH 與去離子
16、水相近，置於抽風櫃中帶風乾後備用。盆栽試驗土壤中所添加之有機質為市售培養土，試驗土壤來源及基本性質如表 1 所示。 表 1 土壤基本特性分析 2.3 實驗設計 首先將 2500 g 土壤加入玻璃盆栽中，在將塑膠管放置正中間，之後再將剩下 2500 g 土壤放入，接著加入新鮮柴油 (5 g)，之後將塑膠管移出並將土補滿，最後再加水使土壤反覆乾濕 3 次作為我污染柴油土壤盆栽試驗。 本次試驗 以 添加 5 g 柴油做為我污染盆栽柴油濃度。栽種方式以九宮格來區分，每宮格栽種 25 株草種，並分上下土層每盆共 18 格，皆為 18 種濃度，再添加 5 %培養土及不添加 5 %培養土，每一處理四重覆共
17、96 盆待植物生長 60 天後以 GC-FID 分析其濃度。 2.4 土壤柴油 萃取 1. 量取 5 g 樣品 (精確至 0.1mg)，小心罝入各萃取瓶中，每一批次樣品，須 有一組空白值 (內無樣品 )的非控制瓶萃取瓶。 2. 於每一組萃取瓶中，各加入 30 mL 丙酮 /正己烷 (1： 1)溶劑。 3. 依原製造廠的操作程序，將各萃取瓶逐一鎖緊。 4. 依原製造廠操作程序，將萃取瓶逐一按裝在萃取瓶承載轉盤上，並完成和儀器的連結。 6. 加熱停止後，靜待各萃取瓶冷卻至室溫。 7. 開啟各萃取瓶，加入 5 g Na2SO4 (S) 至各萃取瓶中，緩慢攪拌萃取混合液。 8. 以 0.45 m之濾膜
18、過濾 萃 取混合液，並以少量丙酮 /正己烷 (1： 1) 溶劑，反覆沖洗濾紙上可能的殘留物質，過濾後收集液須存在一適當的容器之中 ，以 氣相層析 儀 (GC-FID)分析萃取液中柴油所含濃度 ，各處理樣品均作四重覆分析。 2.5 土壤中之總菌落數 (CFU)分析 e-26 取 10 g 土壤樣品加入 100 mL 無菌水震盪攪拌後，取 10 mL 上澄液以連續稀釋法加入無菌水稀釋為不同濃度 (10-1 至 10-7)，分別取 0.1 mL 稀釋液加入培養基中，以塗碟法將樣本均勻地塗抹於培養基上，於 30 下培養 2-3 天，再分別記錄土壤中總菌數的菌落數。 三、 結果與討論 3.1 不同土壤種
19、植假儉 草與 百慕達草 之株高 圖 4.1 為 不同處理沖積土、紅壤及石英砂種植假儉草經 60 天之株高 ， 在不同處理及不同位置下做統計分析，英文字母為同處理不同位置之比較。 首先在未添加有機資材株高部分可得知 柴油注入點 E 點部分的生長率在三種土壤比較來講是較差，可以推測 E 點在未添加 5%有機質處理下皆 有受到柴油毒害影響 ，由於沖積土中所含有機質含量為1.17%可提供植物植物生長所需之營養源，所以沖積土種植假儉草株高部分相較其他兩種土壤會較高；紅壤部分由於紅壤 pH 值呈酸性，所以會間接影響植體的生長；石英砂部分從未添加 有機資材株高部分可得知，由於石英砂為惰性資材，有機碳源含量較
20、低，較不利於植物生長，所以從整體生長率為較差的 。在添加 5%有機資材 處理 可得知 本試驗所使用有機資材 TOC 含量為 31.2%，因此沖積土及紅壤在 E 點與其他 各 點相較之下較無明顯差異，推測添加 5%有機資材會 提高植物對柴油毒害的忍受能力 ，但石英砂部分雖然株高比較未處理的確有提升許多，但在 E 點與其他各點比較來講還是最低的，顯示石英砂在添加 5%有機資材處理下還是有 明顯之 毒害作用 。 圖 4.2 為 不同處理沖積土、紅壤及石英砂種植 百慕達 草經 60 天之株高 ，其趨勢 與種植假儉 草相似， 在三種土壤中未處理情形下 E 點部分株高與其他各點比較來講皆為最低，但是在添加
21、 5%有機資材處理下可觀察出沖積土及紅壤株高生長情形似乎比起種植假儉草之忍受能力為較差的，所以初步推測在比較對於柴油忍受能力來講，假儉草 百慕達草。 假儉草 百慕達草 圖 1 不同處理沖積土、紅壤及石英砂種植 假儉草及 百慕達草經 60 天之株高 3.2 不同土壤種植 假儉草與百慕達草 之 土壤 降解率 e-27 圖 2 及圖 3 為不 同處理沖積土種植 假儉草 及百慕達草 經 60 天上層土及下層土之降解率 ， 試驗經過 60 天後，測定土壤中柴油含量，與初始濃度相互比較，種植假儉草的盆栽中所含的柴油濃度都明顯的減少 ， 從地上部及地下部的降解率來看，在未種植部分，由於未種植部分降解屬於自然
22、衰減作用，因此降解率比重植作物來的差，再種植草種處理可看出，種植草種確實能提升降解土壤中柴油能力，而且再添加 5%有機資材部分可以補充植物生長所需氮、氧、及營養源，因此植體所能吸收污染物能力會提升， 顯示使用植生復育對受有機污染土壤是可行之整治技術。 反觀種植百慕達草部分，由於百慕達草受柴油忍受能力較假儉草差，因此 E 點部分整體降解率部分會比起假儉草低3-8%。 圖 2 不同處理沖積土種植假儉草經 60 天 上層土及 下層土之降解率 e-28 圖 3 不同處理沖積土種植百慕達草經 60 天上層土及下層土之降解率 圖 4及圖 5為 不同處理紅壤種植假儉草 及百慕達草 經 60天上層土及下層土之
23、降解率 ，可看出 試驗經過 種植 後 紅壤種植假儉草及百慕達草 整體降解率與沖積土部分是類似的，但是紅壤為酸性土壤較不適合植物生長，連帶會影響根部發展，所以在降解率來講會低於沖積土 3-6 %之降解率，但在 添加 5%有機質後可發現降解率部分明顯提高25-31%，顯示添加 5%有機質可明顯改善土壤土質使植物生長較茁壯，進而提升土壤柴油降解率 。 Muratova 等 人 (2012） 於柴油污染之黑鈣土種植八種植物分別為 冬季黑麥 、高粱 、 玉米 、 多年生黑麥草 、 草地羊茅 、 紫花苜蓿 、紅三葉草、紅豆草種植進行植生復育修復，並做為添加肥料做為比較，發現 ， 降解率分別為 32-55和
24、 75-94。 顯示有添加肥料 效果更明顯 於未添加肥料 。 e-29 圖 4 不同處理紅壤種植假儉草經 60 天上層土及下層土之降解率e-30 圖 5 為 不同處理紅壤種植百慕達草經 60 天上層土及下層土之降解率 圖 6 及圖 7 為 不同處理石英砂種植假儉草及百慕達草經 60 天上層土及下層土之降解率 可觀察出石英砂種植假儉草降解率明顯偏低 ，由於石英砂為惰性資材本身所含 TOC含量較少，較不利於植物生長，但在添加 5%有機質處理可看出整體降解率有明顯提升，原因為適時補充有機質有利於植物生長加速代謝，也可供土壤中微生物所需之營養利於長期存活，進而將 土壤中 柴油降解 ；反觀百慕達草部分本身忍受柴油能力較差，連帶影響降解率，從添加 5%有機質處理可看出 E 點部分下層土降解率以低於 40%。 e-31 圖 6 不同處理石英砂種 植假儉草經 60 天上層土及下層土之降解率 圖 7 不同處理石英砂種植百慕達草經 60 天上層土及下層土之降解率
