CN100427227C - 一种治理铅污染土壤的植物修复方法 - Google Patents
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Abstract
一种治理铅污染土壤的植物修复方法。将密蒙花通过直接移栽或播种方式种植到受铅污染的土壤中，使其成活生长，控制土壤酸碱度为中性或偏酸性，定期或视密蒙花地上部中铅含量或生长高度进行收割，每次收割密蒙花地上部之后，应留一段茬，将收割物送至专门地方加以集中处理。利用密蒙花生物量较大及对铅的超积累特性，通过根系大量吸收富集土壤中的铅，并输送到地上部，再通过收割其地上部分而除去土壤中的铅，完成对铅污染土壤的治理和修复。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种治理铅污染土壤的植物修复方法，属污染治理技术领域。
二、背景技术
铅污染土壤的现象在我国部分地方比较普遍，在某些有色金属矿区及冶炼厂周边地区尤为严重，土壤中铅平均含量达500～18096mg/kg，远远超过GB15618-1995《土壤环境质量标准》中为保障农林业生产和植物正常生长的土壤临界值(≤500mg/kg)。而未受到铅污染的土壤中，铅含量一般仅为2～100mg/kg，平均10mg/kg。
铅是一种积累性毒物。土壤中的铅能被生物吸收而向生物体转移，人则通过食物链摄取铅。研究发现，长期接触过量的铅及其化合物会导致心悸，易激动，血象红细胞增多。铅侵犯神经系统后，出现失眠、多梦、记忆减退、疲乏，进而发展为狂躁、失明、神志模糊、昏迷，最后因脑血管缺氧而死亡。动物试验表明，铅及其化合物具有致癌和致突变作用。
目前治理铅污染土壤的方法主要有：农业生态法、工程技术法和生物修复法。
农业生态法包括两方面：一是农业生态调控法，如调节土壤pH值、土壤水分、氧化-还原电位(Eh)等；二是农艺修复法，包括改变耕作制度、选种抗铅污染农作物品种、选择合适形态的化肥等。农业生态法的主要机理为固化土壤中的铅，增加土壤对铅的吸持能力，降低土壤中铅向植物的迁移速率，能在一定程度上有效地降低铅对人体健康的威胁。但是这种方法无法从根本上解决土壤铅污染问题。
工程技术法包括化学淋洗、电动修复、土壤改换、铅固化等。(1)化学淋洗采用能促进土壤中的铅迁移或溶解的提取剂，使土壤固相结合的铅转移到液相(提取剂)中，再把含铅液体从土壤中收集起来，进行分离和处理。选择合适的提取剂是化学淋洗法的技术关键。该方法的效果比较明显，但无论使用何种提取剂，都存在不可能完全回收、二次污染和处理费用较高等技术经济问题。(2)电动修复利用电极使铅离子从土壤表面解吸及溶解，定向迁移富集在阴极区域，再抽提去除。该方法目前在德国和美国已进行了大范围的工程试验，比较适合于低渗透性的黏土和淤泥土。但土壤特性的差异会影响电动修复的效果，因此常出现实际应用与实验结果相反的现象。另外，金属电极本身容易被腐蚀，也会造成土壤的二次污染。(3)土壤改换主要包括客土、换土和翻土等方法；客土是向铅污染土壤中加入大量的干净土壤；换土是将铅污染土壤直接取走，换入新的未污染土壤；翻土是将污染重的土壤翻至下层。该方法对小面积铅污染土壤比较经济有效，但是不适用于大范围铅污染土壤的治理，且对换出去的土壤依然存在如何妥善处理和避免二次污染的问题。(5)铅固化是把铅污染土壤与固化剂按一定比例混合，通过改变土壤的理化性质和铅的存在形态或吸附沉降过程来降低其危害性。土壤中的铅被固定后，不仅可以缓解铅对土壤生物和植物的生理毒害，而且可降低铅向土壤深层和地下水的迁移速率。但该方法仍未彻底消除土壤中的铅污染，而且其长期稳定性和对生态系统的影响目前也缺乏这方面的研究。
生物修复法是利用某些特定动植物和微生物能够较快地吸收富集土壤中的铅而达到修复和净化土壤的目的。与上述方法和其他物理、化学处理技术相比，生物修复法具有安全性较高、费用较低和效果较好等优点，是一种环境友好型方法。其中，微生物修复是利用某些微生物可吸收积累土壤中的铅，并改变作物根部微环境，降低铅的毒性，提高植物对铅的吸收或固定效率的一种生物修复方法。但该方法具有不少局限性：一方面微生物的生物量过小，吸收的铅较少；另一方面因其生物量很小而难于进行后续处理。植物修复是利用某些自然生长或人工选育植物治理土壤中的铅污染的一种生物修复方法，其实质是借助于某些植物能超常量吸收富集铅的特性(称为超积累性)，以太阳能为驱动力，大量吸收富集土壤中的铅，通过收割植物而使铅污染土壤得以净化。
由于土壤中铅的移动性较弱，且容易以硫酸盐或磷酸盐形式被土壤胶体或植物根际吸附固定，不利于植物吸收。因此，目前有关植物吸收富集铅及耐铅胁迫的研究较少。国外已报道的铅超积累植物约14种，如Thlaspi rotundilolium，Alyssum wulfenianum，Arrhenatherum elatius，Fescuta ovina，Thlaspi caerulescens等。国内报道了土荆介(Chenopodium ambrosioides)、绿叶苋菜(Amaranthus tricolor)、紫穗槐(Sophora japonica)和羽叶鬼针草(Bidens maximowicziana)等4种铅超积累植物。另外，东南景天(Sedum alfredii)和酸膜(Rumex acetosa)等植物对土壤中的铅也有一定的吸收富集作用。
CN200410015651.4涉及铅污染土壤的植物修复方法。该方法通过在被铅污染区域种植铅富集植物东南景天，通过东南景天根系吸收土壤中大量的铅，并向上运输及转运到地上部，当植株生长到30～40cm或3～4个月后收割地上部并将其移走，则可从土壤中带走大量的铅，从而达到快速治理铅污染土壤的目的。
CN200310110757.8涉及污染土壤的肾蕨(Nephrolepis auriculata L.Triman)和大豆(Glycine Max(L.)Merr.)植物修复方法。该法采用选种培育的肾蕨植物和大豆农作物，对砷、铅、镉、汞复合污染土壤，采取轮作与间种方法，有利于污染土壤中有害元素的有效清除。
CN200410015561.5涉及一种对中低度重金属污染农用地进行植物修复的方法。本发明的方法主要有以下两个步骤：(1)筛选玉米、水稻、番茄、大豆和瓜类蔬菜的某些品种资源，这些植物的营养体(根茎叶)对某些重金属具有较强的吸收和积累能力而繁殖体(籽实、果实)重金属含量在食品卫生安全标准范围内；(2)在中低度重金属污染的农用地上种植筛选得到的农作物品种，其籽(果)实可供食用，根茎叶则可不断地吸收去除土壤中的重金属，经处理利用而实现在不影响农田利用的同时修复土壤重金属污染。本方法可以在不影响农用地利用的同时对目的地土壤重金属污染进行修复，效果很好。
CN200410027833.3涉及一种土壤重金属污染的植物修复方法，是在含重金属的湿润土壤中种植小飞扬草，或所述小飞扬草与苎麻套种，或在此基础上接种重金属活化细菌，所述重金属活化细菌是指芽孢杆菌和假单胞菌。通过植物，分离植物根际重金属的活化细菌，结合植物对重金属的吸收与根际细菌对重金属的活化，实现土壤重金属铅、镉污染的高效快速的修复。
但上述已发现的铅超累积植物大多生物量较小，生长较缓慢，极大地限制了它们在修复铅污染土壤方面的实际应用。
三、发明内容
本发明的目的在于提供一种治理铅污染土壤植物修复方法。在受到铅污染的土壤中，直接移栽或播种密蒙花。利用密蒙花对铅的超积累特性，通过根系大量吸收富集土壤中的铅，并将其向上输送和转移到地上部，再通过收割地上部而除去土壤中的铅，从而完成对铅污染土壤的治理和修复。
本发明通过以下步骤完成，
将密蒙花通过直接移栽或播种方式种植到受铅污染的土壤中，控制土壤酸碱度为中性或偏酸性，视密蒙花地上部中铅含量或生长高度进行收割；每次收割后留下一段再次生长的茬，将收割物送至专门地方加以集中处理；
实践证明控制土壤的pH为7.0～6.2时，其根系吸收富集土壤中的铅量最大，对于偏碱性的土壤要施用酸性物质加以调节。施用的酸性物质包括乙二铵四乙酸二钠盐(EDTA)，草酸、柠檬酸、DL-苹果酸中的一种或几种；
当密蒙花种植成活，地上部分生长6-8个月时，密蒙花地上部中铅含量超过1400mg/kg时进行首次收割，以后每当密蒙花地上部中铅含量超过1400mg/kg时收割一次或当密蒙花生长到100～120cm时进行首次收割，以后每当密蒙花生长到100～120cm时收割一次，每次收割密蒙花地上部时，应留茬30～40cm；每次收割的密蒙花地上部进行专门集中处理，处理方法包括焚烧、萃取回收铅、或压缩后作无害化填埋等。
密蒙花地上部中铅含量的测定方法可参照采用GB/T17140《土壤质量铅、镉的测定KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法》或GB/T17141《土壤质量铅、镉的测定石墨炉原子吸收分光光度法》。
密蒙花(Buddleia officinalis Maxim)，又名蒙花、米汤花、羊耳朵，马钱科(Loganiaceae)醉鱼草属(Buddleia)落叶灌木，生长在海拔200～2800m的向阳山坡、丘陵、河边、村旁的灌木丛中或林缘。适应性较强，石灰岩山地亦能生长。多分布于西南、中南、陕西、甘肃及部分沿海省区。
密蒙花分布范围广，适应性强。但鉴于土壤偏碱性会影响密蒙花对铅的吸附富集效果，因此，对于pH＞7.0的偏碱性土壤，可通过施用适量的草酸、柠檬酸、DL-苹果酸等酸性物质加以调节为中性或偏酸性，以进一步提高密蒙花对铅的吸收富集量、生物富集系数和铅迁移总量，加快该技术的产业化进程。
经研究表明，密蒙花对铅的超积累特性表现为对铅具有较强的耐性及吸收富集作用。其地上部能够吸收富集大量的铅，一般可达到1370mg/kg，最高达6000mg/kg，高出常规植物(地上部铅含量约5mg/kg)约270～1200倍。即使是在铅含量小于500mg/kg的轻度污染土壤环境中，密蒙花对铅的生物富集系数(植物体内某重金属含量与其根区土壤中该重金属含量之比)和转移系数(植物地上部某重金属含量与其根部中该重金属含量之比)仍可达到20和35。因此，密蒙花可用于重度和轻度铅污染土壤的治理修复；除对铅的吸收富集量和生物富集系数及转移系数外，生物量和铅迁移总量是评价植物修复铅污染土壤潜在能力的另外两个重要指标。生物量越大，说明在相同生长期内和相同富集系数条件下，该植物从土壤中吸收富集的铅的量越多；铅迁移总量越大，表明在相同种植条件下，该植物使铅污染土壤降低到GB15618-1995《土壤环境质量标准》规定临界值以下所用的时间越短。密蒙花的生物量和铅迁移总量均较大。其生物量约为10～20g/株(干)；100株密蒙花的铅迁移总量为1390mg(约相当于700～1400mg/kg)。这对于提高铅污染土壤的修复速率和降低治理成本具有重要意义，为治理土壤的铅污染提供了一种经济适用的植物修复方法。
与公知技术相比本发明具有的优点及积极效果
与公知技术相比，本发明提供的在铅污染土壤中种植密蒙花，利用其生物量较大、生长期较短和对铅的超积累特性大量吸收富集土壤中的铅，通过收割地上部而消除土壤中的铅污染的方法，具有不破坏土壤的理化性质，不对土壤产生二次污染和铅的吸收富集量高、生物富集系数大和铅迁移总量高，以及工程投资少、运行成本低、防治水土流失、美化景观环境等特点，适用于重度和轻度铅污染土壤的治理修复，其环境效益、社会效益和经济效益明显。
四、具体实施方式：
下面通过实施例进一步说明本发明的方案和效果。
实施例1
某铅污染土壤pH值为6.5-7，其中的铅含量平均值为500mg/kg。按照2～4m的株距将密蒙花移栽到该土壤中。成活生长5个月后，首次收割其地上部。经分析测定，地上部中铅含量为1410mg/kg，土壤中的铅含量平均值由原来的500mg/kg降低到432mg/kg，相当于使土壤中的铅含量减少了13.60％。以后每生长100～120cm收割一次，每次收割后留茬30-40cm，土壤中的铅含量则不断减少，经过5次收割后土壤中的铅含量降至正常水平(＜100mg/kg)，有效地达到了消除土壤中铅污染的目的。收割物送废物填埋场安全填埋。
实施例2
某铅污染土壤的pH值为8.4。通过加入草酸将其pH调节到7.0-6.2。按照2～4m的株距将密蒙花种植6个月后，收割地上部。经分析测定，100株密蒙花的铅迁移总量为1390mg。可见，通过种植密蒙花，可以使土壤中大量的铅较快地迁移至密蒙花地上部。经收割地上部，能有效地带走土壤中的铅，获得治理土壤铅污染的效果。收割物送废物填埋场安全填埋。
Claims (7)
1、一种治理铅污染土壤的植物修复方法，包括将密蒙花通过直接移栽或播种方式种植到受铅污染的土壤中，使其成活生长，其特征在于：
1)、控制土壤酸碱度为中性或偏酸性；
2)、定期或视密蒙花地上部中铅含量或生长高度进行收割；
3)、每次收割密蒙花地上部之后，应留一段茬；
4)、将收割物送至专门地方加以集中处理。
2、按照权利要求1所述的治理铅污染土壤的植物修复方法，其特征在于，按照2～4m的株距种植密蒙花。
3、按照权利要求1所述的治理铅污染土壤的植物修复方法，其特征在于，碱性土壤要施用酸性物质加以调节。
4、按照权利要求3所述的治理铅污染土壤的植物修复方法，其特征在于，所述的酸性物质包括乙二铵四乙酸二钠盐，草酸、柠檬酸、DL-苹果酸中的一种或几种。
5、按照权利要求1所述的治理铅污染土壤的植物修复方法，其特征在于，所述的定期收割为密蒙花地上部分中铅含量超过1400mg/kg时进行首次收割，以后每当密蒙花地上部分中铅含量超过1400mg/kg时收割一次或当密蒙花生长到100～120cm时进行首次收割，以后每当密蒙花生长到100～120cm时收割一次。
6、按照权利要求1所述的治理铅污染土壤的植物修复方法，其特征在于，所述每次收割密蒙花地上部分后，留茬高度为30～40cm。
7、按照权利要求1～6中任一项所述的治理铅污染土壤的植物修复方法，其特征在于，所述的每次收割后的密蒙花地上部进行专门集中处理的方法包括焚烧、萃取回收铅或压缩后作无害化填埋。
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