CN101372016A - 一种治理砷铅镉复合污染土壤的植物修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种治理砷铅镉污染土壤的植物修复方法，在受到砷、铅、镉复合污染的土壤中，采用单独种植、套种、间隔播种或混种的方法直接移栽或播种钻形紫菀与白苞蒿，利用两种植物对砷、铅、镉的超积累特性，通过根系大量吸收富集土壤中的砷、铅和镉，并将这些元素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砷、铅、镉有害元素，从而完成对砷、铅、镉复合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砷铅镉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
有色金属砷、铅、镉等复合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，土壤中砷、铅、镉平均含量均远远超过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(As≤40mg/kg，Pb≤500mg/kg，Cd≤1mg/kg)。
目前治理砷、铅、镉复合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、选种抗砷、铅、镉复合污染农作物品种、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砷、铅、镉等有害元素，增加土壤对其的吸持能力，降低土壤中相应有害元素向植物的迁移速率，能在一定程度上有效地降低砷、铅、镉等对人体健康的威胁。但是这种方法无法从根本上解决土壤砷、铅、镉复合污染问题。
CN200710020380.5涉及锌镉复合污染土壤的植物修复方法。该方法是将伴矿景天栽培于需治理的锌镉复合污染土壤区域，每年收割并转移处理收割后的伴矿景天。为了达到高效治理的目的，在栽培治理上可于每年的7月和11月收割两次；也可将伴矿景天与海州香薷套作。
CN200410015651.4涉及砷、铅、镉复合污染土壤的植物修复方法。该方法通过在被砷、铅、镉复合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，从而达到快速治理砷、铅、镉复合污染土壤的目的。
CN200310110757.8涉及污染土壤的肾蕨和大豆植物修复方法。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。
但上述已发现的超累积植物大多生物量较小，生长较缓慢，并且多对单一或两种元素复合污染效果较好，这极大地限制了它们在修复砷、铅、镉等复合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砷、铅、镉复合污染土壤植物修复方法。在受到砷、铅、镉复合污染的土壤中，直接移栽或播种钻形紫菀与白苞蒿，利用两种植物对砷、铅、镉的超积累特性，通过根系大量吸收富集、土壤中的砷、铅、镉，并将这些元素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砷、铅、镉有害元素，从而完成对砷、铅、镉复合污染土壤的治理和修复。
本发明通过以下技术方案完成
1、单独种植或套种
将钻形紫菀单独种植或者移栽在受砷、铅和镉复合污染的土壤中，或者将钻形紫菀、白苞蒿同时通过直接移栽或播种方式套种在受砷、铅和镉复合污染的土壤中，按照株距20-40cm，行距2～4m宽间隔套种。控制土壤酸碱度为中性或偏酸性。对于钻形紫菀定期每4～5个月收割一次后再重新补种新苗，或者每次在钻形紫菀开花结果种子成熟后进行收割，第二年其种子会在原区域附近重新萌发生长；而对于白苞蒿当地上部中砷含量超过1500mg/kg或者铅含量超过1100mg/kg或者镉含量超过300mg/kg时进行首次收割，以后每当白苞蒿地上部中砷含量超过1500mg/kg或者铅含量超过1100mg/kg或者镉含量超过300mg/kg时收割一次，或当白苞蒿生长到80～120cm时进行首次收割，以后每当白苞蒿生长到80～120cm时收割一次。每次收割白苞蒿地上部时，应留茬3～17cm；每次收割的钻形紫菀和白苞蒿地上部进行专门集中处理，处理方法包括焚烧、萃取回收砷、铅、镉或压缩后作无害化填埋。
2、间隔播种或混种
在被砷、铅、镉污染的土壤上，以50～70株/m2的密度种植钻形紫菀，在发芽后向土壤上每隔一个月均匀喷洒0.003mol/L浓度的乙二铵四乙酸二钠盐(EDTA)，在种植5个月后，收割钻形紫菀整个植株；之后在该土壤上以50～60株/m2的密度种植白苞蒿，每到白苞蒿长到80～100cm左右时进行地上部位的收割，或者生长6～7个月后进行收割地上部分，到适合播种的季节接着重复前述的钻形紫菀的播种，这样钻形紫菀和白苞蒿就可以在同一地块上混和生长，每隔7个月左右进行两种植物地上部的收割。在此期间，利用定期淹水和排干进行氧化还原电位的调节处理，以改变砷的价态和可移动性，调控植物砷、铅、镉的吸收积累量。
所述控制土壤的pH为7.1～5.7是因为在这个值时，钻形紫菀和白苞蒿地上部为转运富集土壤中的砷、铅、镉含量最大。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醋酸、草酸、柠檬酸、DL-苹果酸中的一种或几种。
研究表明，钻形紫菀和白苞蒿对砷、铅、镉的超积累特性表现为对砷、铅、镉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砷、铅、镉。一般砷含量可达到1500mg/kg，最高达7500mg/kg；铅含量一般可达到1250mg/kg，最高达2500mg/kg；镉含量一般可达到300mg/kg，最高达750mg/kg。即使是在砷、铅、镉含量超出国家土壤质量三级标准的情况下(As<100mg/kg、Pb<500mg/kg、Cd<50mg/kg)的轻度污染土壤环境中，钻形紫菀对砷、铅、镉的生物富集系数(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)和转运系数(植物地上部某重金属含量与其根部中该重金属含量之比)仍分别可达到20和35之上；白苞蒿对砷、铅、镉的生物富集系数(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)仍可分别达到10和15以上。因此，钻形紫菀可用于重度和轻中度砷、铅、镉复合污染土壤的治理修复，而白苞蒿可以用于轻中度砷、铅、镉复合污染土壤的治理修复。鉴于钻形紫菀为一年生草本植物，单独种植进行修复是存在时间应用上的缺陷，可以把钻形紫菀和多年生草本植物白苞蒿进行套种修复土壤复合污染。除对砷、铅、镉的吸收富集量和生物富集系数及转移系数外，生物量和迁移总量是评价植物修复砷、铅、镉复合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；元素迁移总量越大，表明在相同种植条件下，该植物使砷、铅、镉复合污染土壤降低到GB15618-1995《土壤环境质量标准》规定临界值以下所用的时间越短。钻形紫菀的生物量和砷、铅、镉迁移总量均较大。其生物量约为10～25g/株(干重)；100株钻形紫菀的砷、铅、镉迁移总量分别为3290mg、2590mg和690mg。白苞蒿的生物量和砷、铅、镉迁移总量也较大。其生物量约为15～30g/株(干重)；100株白苞蒿的砷、铅、镉迁移总量分别为1590mg、1200mg和490mg。这对于提高砷、铅、镉复合污染土壤的修复速率和降低治理成本具有重要意义，为治理土壤的砷、铅、镉复合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，本发明提供的在砷、铅、镉复合污染土壤中种植钻形紫菀和白苞蒿，利用二者生物量较大、生长迅速、生长期互补和对砷、铅、镉的超积累特性而大量吸收富集土壤中的砷、铅、镉，通过收割地上部而消除土壤中的砷、铅、镉复合污染的方法，具有不破坏土壤的理化性质，不对土壤产生二次污染和砷、铅、镉的吸收富集量高、生物富集系数大和迁移总量高，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，适用于重度和轻度砷、铅、镉复合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(套种)
某砷、铅、镉复合污染土壤pH值为6.7，其中土壤的砷、铅、镉含量平均值分别为700mg/kg、610mg/kg和320mg/kg。按照20～30cm的株距及2m的条带宽度将钻形紫菀和白苞蒿套种移栽到该土壤中。成活生长5个月后，首次收割白苞蒿其地上部。经分析测定，地上部中砷、铅、镉含量分别为1410mg/kg、1210mg/kg和210mg/kg。当11月份左右钻形紫菀种子成熟即将完成一次生长期后，进行收割，经分析测定，钻形紫菀地上部中砷、铅、镉含量分别为5410mg/kg、3210mg/kg和610mg/kg。土壤中的砷、铅、镉含量平均值分别由原来的700mg/kg、610mg/kg和320mg/kg降低到592mg/kg、548mg/kg和265mg/kg，相当于使土壤中的砷、铅、镉质量百分比含量分别减少了15.4％、10.10％和17.10％。以后每当白苞蒿生长80～120cm收割一次，每次收割后留茬3～15cm，土壤中的铅含量则不断减少，经过5次收割后土壤中的砷、铅、镉含量降至正常水平(分别满足土壤质量标准的限值)，有效地达到了消除土壤中砷、铅、镉复合污染的目的。收割物送废物填埋场安全填埋。
实施例2(套种)
某砷、铅、镉复合污染土壤的pH值为7.6。通过加入柠檬酸将其pH调节到6.8～5.4。按照20～40cm的株距将钻形紫菀种植于污染土壤内，并且每隔3m种植3m宽的白苞蒿条带套种。每隔5个月后，收割白苞蒿地上部，其中白苞蒿留茬5～15cm，自然再萌发生长。每隔4～5个月后，收割钻形紫菀地上部和根部，因为钻形紫菀为一年生植物，因此需要在每次收割后原条带上再进行撒种散播，并且该地块每年休养2个月。一年后，经分析测定，每m2钻形紫菀的砷、铅、镉迁移总量分别为2398mg、1672mg和574mg，每m2白苞蒿的砷、铅、镉迁移总量分别为1568mg、1072mg和387mg。可见，通过套种钻形紫菀和白苞蒿，可以使土壤中大量的砷、铅、镉较快地迁移至地上部。通过收割地上部，能有效地带走土壤中的砷、铅、镉，获得治理土壤砷、铅、镉复合污染的效果。收割物送废物填埋场安全填埋。
实施例3(间隔播种，混种)
某砷、铅、镉复合污染土壤的砷、铅、镉含量平均值分别为6848mg/kg、8610mg/kg和2326mg/kg。在该土壤上以60株/m2的密度种植钻形紫菀，并且在发芽后向土壤上每隔一个月均匀喷洒少量0.003mol/L的乙二铵四乙酸二钠盐(EDTA)。在种植5个月后，收割钻形紫菀整个植株。之后在该土壤上以50株/m2的密度种植白苞蒿，每到白苞蒿长到80～100cm时进行地上部位的收割，或者生长6～7个月后进行收割地上部，到适合播种的季节接着重复前述的钻形紫菀的播种，这样钻形紫菀和白苞蒿就可以在同一地块上混和生长，每隔7个月左右进行两种植物地上部的收割。在此期间，利用定期淹水和排干进行氧化还原电位的调节处理，以改变砷的价态和可移动性，调控植物砷、铅、镉的吸收积累量。经分析测定，复合污染土壤中的砷由初始的6848mg/kg下降到4360mg/kg，去除效率达到36.3％，铅由初始的8610mg/kg下降到6678mg/kg，去除效率达到22.4％，镉由初始的2326mg/kg下降到1836mg/kg，去除效率达到21.1％，表明通过种植钻形紫菀和白苞蒿，可以使土壤石中大量的砷、铅、镉较快地迁移至植物地上部。经收割地上部，能有效地带走土壤中的砷、铅、镉，达到植物修复净化土壤的良好效果。收割物送废物填埋场安全填埋。
实施例4(单独种植)
某砷、铅、镉复合污染土壤的砷、铅、镉含量平均值分别为5974mg/kg、4668mg/kg和964mg/kg，土壤pH值7.3左右。向土壤中施加稀柠檬酸溶液，调解土壤pH值6.4～6.9，在该土壤上以40～50株/m2的密度种植钻形紫菀。并且在发芽后施叶面无机微肥，其主要成分是磷酸二氢钾和碳酸氢铵兑水组成的液体肥料，促进其成活、加强光合作用，并且可以通过延长叶片寿命，来增加植物生物量。之后每隔5个月左右收割一茬钻形紫菀并且补播新种，在进入冬季钻形紫菀完成一个生长期时收割植物，停止播种，第二年春季再重新播种或移栽幼苗。经分析测定，收割第三茬后，复合污染土壤中的砷由初始的5974mg/kg下降到4216mg/kg，去除效率达到29.4％，铅由初始的4668mg/kg下降到3785mg/kg，去除效率达到18.9％，镉由初始的964mg/kg下降到732mg/kg，去除效率达到24.1％，表明通过种植钻形紫菀可以使土壤石中大量的砷、铅、镉较快地迁移至其地上部。经收割地上部，能有效地带走土壤中的砷、铅、镉，达到植物修复净化土壤的良好效果。收割物送废物填埋场安全填埋。
Claims (2)
1.一种治理砷铅镉污染土壤的植物修复方法，其特征在于：其通过以下技术方案完成，
1)、单独种植或套种
将钻形紫菀单独种植或者移栽在受砷、铅和镉复合污染的土壤中，或者将钻形紫菀、白苞蒿同时通过直接移栽或播种方式套种在受砷、铅和镉复合污染的土壤中，按照株距20-40cm，行距2～4m宽间隔套种。控制土壤酸碱度为中性或偏酸性。对于钻形紫菀定期每4～5个月收割一次后再重新补种新苗，或者每次在钻形紫菀开花结果种子成熟后进行收割，第二年其种子会在原区域附近重新萌发生长；而对于白苞蒿当地上部中砷含量超过1500mg/kg或者铅含量超过1100mg/kg或者镉含量超过300mg/kg时进行首次收割，以后每当白苞蒿地上部中砷含量超过1500mg/kg或者铅含量超过1100mg/kg或者镉含量超过300mg/kg时收割一次，或当白苞蒿生长到80～120cm时进行首次收割，以后每当白苞蒿生长到80～120cm时收割一次。每次收割白苞蒿地上部时，应留茬3～17cm；每次收割的钻形紫菀和白苞蒿地上部进行专门集中处理，处理方法包括焚烧、萃取回收砷、铅、镉或压缩后作无害化填埋。
2)、间隔播种或混种
在被砷、铅、镉污染的土壤上，以50～70株/m2的密度种植钻形紫菀，在发芽后向土壤上每隔一个月均匀喷洒0.003mol/L浓度的乙二铵四乙酸二钠盐，在种植5个月后，收割钻形紫菀全部植株之后在该土壤上以50～60株/m2的密度种植白苞蒿，每到白苞蒿长到80～100cm左右时进行地上部位的收割，或者生长6～7个月后进行收割地上部分，到适合播种的季节接着重复前述的钻形紫菀的播种，这样钻形紫菀和白苞蒿就可以在同一地块上混和生长。
2.根据权利要求1所述的治理砷铅镉污染土壤的植物修复方法，其特征在于：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醋酸、草酸、柠檬酸、DL-苹果酸中的一种或几种。
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