CN101524702A - 一种原位强化植物修复铅污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原位强化植物修复铅污染土壤的方法，其是在含污染物铅的土壤上移植翠菊，并施加酸性肥料NH₄Cl和生物可降解螯合剂EDDS。本发明是利用酸性肥料NH₄Cl和生物可降解螯合剂EDDS的联合作用，强化提高翠菊地上部富集铅的总量，通过收获地上部从而达到治理铅污染土壤的目的。本发明方法具有修复效率高，可操作性强，最大程度降低环境风险与人体健康危害等特点。

Description

一种原位强化植物修复铅污染土壤的方法

一、技术领域

本发明属于污染治理技术领域，具体涉及一种原位强化植物修复铅污染土壤的方法。

二、背景技术

土壤积累的铅可分为“自然来源”和“非自然来源”两种，与自然来源相比，非自然来源铅的排放量占绝对优势。特别是1923年开始在汽油中加入四乙基铅作为抗爆剂后，更加速了全球性的铅污染。我国的铅污染形势十分严峻，一些工业城镇土壤铅含量高于标准值100多倍。通过对沈阳市某冶炼厂土壤重金属污染的调查表明：土壤中Pb全量的浓度范围是1004.3～9385.1mg/kg，远远超过国家土壤环境三级标准(500mg/kg)。许多研究均表明，在公路两侧和金属冶炼厂周围蔬菜、作物中的铅含量均超过国家食品卫生标准，大量的铅污染土壤急待修复。

植物修复与传统的化学、物理和工程等修复技术手段相比，应用范围广，可用于处理土壤污染、净化空气和水体、消减噪声等诸多方面；环境美学价值高，在治理污染同时，也绿化、美化了环境；对环境扰动小；有利于改善生态环境，如降低风速，控制风蚀、水蚀，减少水土流失；修复成本较低，具有潜在或显著经济效益；修复具有选择性，可针对目标污染物进行选择吸收等优点，是可靠、环境相对安全的绿色修复技术。近些年，人们发现某些翠菊植物可以吸收污染物，将污染物同化或富集于体内。特别是现在，人们对环境的要求较高，不仅要满足人居要求，而且还要达到一定的美学标准，因此，将花卉应用于植物修复中具有较高价值。

利用植物修复铅污染土壤的最大问题在于土壤中Pb的有效态含量极低，即使种植Pb积累能力很强的植物，要完全修复Pb污染土壤需要的周期也太长。因此现阶段主要的发展方向是利用有效方式强化植物修复能力，既提高修复效率，又能够减少可能造成的环境风险和健康危害，其中化学强化就是一种有效手段。土壤pH值对铅在土壤中的存在形态影响很大。作为生理酸性肥料，铵态氮肥可以降低土壤的pH值，进而提高土壤中重金属的活性，促进植物吸收重金属。在合适的使用浓度和方式下，这些肥料还能够促进植物生长，从而提高植物修复效率。此外，加入螯合剂能显著提高土壤中的重金属浓度，相应的也能提高生长在该土壤上的植物的重金属含量及植物的修复效率。由此可见，铵态氮肥和螯合剂均能提高植物的修复效率，但目前将两者同时用于强化植物的修复能力，尚未见报道。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种原位强化植物修复铅污染土壤的方法，采用该方法能有效地强化植物修复能力，提高植物修复效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：在含污染物铅的土壤上移植翠菊，并施加酸性肥料NH₄Cl和生物可降解螯合剂EDDS，从而增加高翠菊的修复能力，提高修复效率。

上述翠菊长到成熟期时，将成熟的翠菊整体从土壤中移走(收获)，从而实现翠菊修复铅污染土壤的目的。

所述移植的翠菊是指将幼苗期的翠菊移植在含污染物铅的土壤上，并在移苗2周后向土壤中施加酸性肥料NH₄Cl；移苗一个月后，分五次施加生物可降解螯合剂EDDS，每隔一个月施加一次；酸性肥料NH₄Cl加入量以纯N计为250mg/kg，EDDS每次施加的浓度为1.8mmol/kg。

所述幼苗期的翠菊是指利用翠菊种子在室内育苗，即将翠菊种子置于预装沙土的育苗盒中，沙∶土比例为1∶3，待幼苗长到5-6片叶时待用。

翠菊移植到含污染物铅的土壤上后，根据土壤缺水情况浇水，确保土壤含水量保持在田间持水量的50％-70％。

在含有污染物铅的土壤上采用复种的方式移植翠菊，即在第一茬长到成熟期时，将植物整体从污染土壤上移出，再移植第二茬，重复上述过程，直至清除土壤中超标的铅。

本发明是利用酸性肥料NH₄Cl和生物可降解螯合剂EDDS的联合作用，强化提高翠菊地上部富集铅的总量，通过收获地上部从而达到治理铅污染土壤的目的。本发明方法具有修复效率高，可操作性强，最大程度降低环境风险与人体健康危害等特点。

四、具体实施方式

实施例1：盆栽实验地点周围没有污染源，是重金属未污染区。实验用土壤采自休耕地(为无污染区)表土(0-20cm)，土壤类型为草甸棕壤。实验共设定了4个浓度，分别为对照CK(不投加Pb)及3个不同的Pb投加浓度处理，Pb投加浓度：1000mg/kg(T1)、3000mg/kg(T2)、5000mg/kg(T3)，分别为我国土壤环境质量标准(GBl5618，1995)三级标准的2、6、10倍，投加的重金属形态为Pb(NO₃)₂，以固态加入到土壤中，充分混匀，平衡半年后待用。

翠菊种子在室内进行育苗，将翠菊种子置于预装沙土的育苗盒中，沙∶土比例为1∶3，待幼苗长到5-6片叶时，选择生长一致的幼苗分别移栽入各处理的盆中，每盆各栽3株苗，重复3次。根据盆中土壤缺水情况，不定期浇自来水(水中未检出Pb)，使土壤含水量经常保持在田间持水量的50-70％左右，待植物成熟后收获植株，实验结果如表1所示：

表1盆栽浓度梯度实验翠菊地上部Pb含量及地上部干重

从表1可以看出：不同铅浓度处理条件下，翠菊的地上部生物量的变化。方差分析表明，与对照相比，翠菊在铅投加浓度为1000mg/kg和3000mg/kg的处理中，地上生物量均未显著下降(p＞0.05)，表现出较强的耐性。但在铅投加浓度很高时，即投加浓度为5000mg/kg，地上部生物量则显著下降(p＜0.05)，说明翠菊对铅的耐性虽然较强但是还是有一定的限度。

植物体内铅含量的测定结果表明，在1000mg/kg污染水平下，翠菊地上部铅含量为203.29mg/kg；在3000mg/kg污染水平下，翠菊地上部铅含量为602.96mg/kg；在5000mg/kg污染水平下，翠菊地上部铅含量为957.39mg/kg。可以看出，翠菊具有较强的富集铅的能力，已接近铅超富集植物的标准(1000mg/kg)，同时翠菊易成活、生长速度快、不需要特殊培育条件，美化环境效果好，具备观赏价值和修复土壤的能力。可以通过化学强化方式，提高其修复铅污染土壤的能力。

实施例2：盆栽实验地点周围没有污染源，是重金属未污染区。实验用土壤采自休耕地(为无污染区)表土(0-20cm)，土壤类型为草甸棕壤。土壤中投加的铅含量为1000mg/kg，为我国土壤环境质量标准(GBl5618，1995)三级标准的2倍，投加的重金属形态为Pb(NO₃)₂，以固态加入到土壤中，充分混匀，平衡半年后待用。

翠菊种子在室内进行育苗，将翠菊种子置于预装沙土的育苗盒中，沙∶土比例为1∶3，待幼苗长到5-6片叶时，选择生长一致的翠菊幼苗移栽，移栽2周后，向土壤中分别施加NH₄NO₃、NH₄Cl两种酸性肥料，它们的加入量以纯N计分别为50、150、250、350mg/kg。根据盆中土壤缺水情况，不定期浇自来水(水中未检出Pb)，使土壤含水量经常保持在田间持水量的50-70％左右，幼苗生长1个月后收获。实验结果如表2所示：

表2酸性氮肥对翠菊吸收和积累铅的影响

从表2可以看出：在施加氮肥后，翠菊地上部生物量会增加，植物地上部铅含量也会增加，使得翠菊积累铅的总量显著增加，其中酸性肥料NH₄Cl浓度为250mg/kg处理的修复效率最高，为对照的3.35倍。总之，酸性氮肥会促进植物生长，对铅的活化效果明显，增加翠菊地上部铅含量，在同样浓度下，酸性肥料NH₄Cl对铅污染土壤的修复效率高于酸性肥料NH₄NO₃。

实施例3：盆栽实验地点周围没有污染源，是重金属未污染区。实验用土壤采自休耕地(为无污染区)表土(0-20cm)，土壤类型为草甸棕壤。土壤中投加的铅含量为1000mg/kg，为我国土壤环境质量标准(GBl5618，1995)三级标准的2倍，投加的重金属形态为Pb(NO₃)₂，以固态加入到土壤中，充分混匀，平衡半年后待用。

翠菊种子在室内进行育苗，将翠菊种子置于预装沙土的育苗盒中，沙∶土比例为1∶3，待幼苗长到5-6片叶时，选择生长一致的翠菊幼苗移栽到上述土壤中，然后采用两种方式施入生物可降解螯合剂EDDS：一次性加入和分五次施入。一次性加入的具体实施方法为：幼苗移植40天后，在土壤表层的根区附近施加浓度为3、6和9mmol/kg的生物可降解螯合剂EDDS，每个处理重复3次，植物在处理后2周后收获；分五次施入的具体实施方法为：幼苗移植10天后，每6天施加一次生物可降解螯合剂EDDS，每次的浓度分别为0.6、1.2和1.8mmol/kg，五次总施加浓度与一次性施加浓度相同，每个处理重复3次，植物在最后一次处理后2周后收获；根据盆中土壤缺水情况，不定期浇自来水(水中未检出Pb)，使土壤含水量经常保持在田间持水量的50-70％左右。实验结果如表3所示：

表3EDDS的不同处理方式对翠菊吸收和积累铅的影响

从表3可以看出：施用生物可降解螯合剂EDDS显著增加了翠菊对铅的吸收和积累，其中分五次加入，且每次加入浓度为1.8mmol/kg时效果最好，使翠菊的铅积累量达到对照的17.36倍，修复效率为对照的19.95倍。此外，对生物可降解螯合剂EDDS施用总量相同，但施加方式不同的修复效率比较的结果显示，分五次施加的效果均好于一次性加入的修复效果，且植物地上部生物量也略高于一次性加入的处理。总之，分次施用进一步提高了修复效率，对植物的毒害减小，降低可能对地下水产生的二次污染。另外，施加生物可降解螯合剂EDDS后，翠菊地上部生物量均有所下降，但未达到显著水平，说明在翠菊未成熟时施用生物可降解螯合剂EDDS，会影响植物的生物量。

实施例4：盆栽实验地点周围没有污染源，是重金属未污染区。实验用土壤采自休耕地(为无污染区)表土(0-20cm)，土壤类型为草甸棕壤，土壤中铅的投加浓度为1000mg/kg，为我国土壤环境质量标准(GBl5618，1995)三级标准的2倍。投加的重金属形态为Pb(NO₃)₂，以固态加入到土壤中，充分混匀，平衡半年后待用。

翠菊种子在室内进行育苗，将翠菊种子置于预装沙土的育苗盒中，沙∶土比例为1∶3，待幼苗长到5-6片叶时，选择生长一致的幼苗分别移栽入各处理的盆中。每盆各栽3棵苗，大小一致，重复3次。实验共设定了4个处理，分别为对照CK(不投加Pb)、酸性肥料NH₄Cl单独处理、生物可降解螯合剂EDDS单独处理、酸性肥料NH₄Cl和生物可降解螯合剂EDDS联合处理。酸性肥料NH₄Cl在移苗2周后向土壤中施加，其加入量以纯N计为250mg/kg。生物可降解螯合剂EDDS在移苗一个月后，分五次施加，每次的浓度为1.8mmol/kg，每隔一个月施加一次。根据盆中土壤缺水情况，不定期浇自来水(水中未检出Pb)，使土壤含水量经常保持在田间持水量的50-70％左右，在翠菊成熟后收获，实验结果如表4所示：

表4肥料及螯合剂处理对成熟期翠菊吸收和积累铅的影响

从表4可以看出：酸性肥料NH₄Cl和生物可降解螯合剂EDDS联合处理的地上部生物量高于对照，而且极显著强化了植物吸收重金属铅的能力，大幅提高了植物中铅的含量，植物铅的积累总量达到92.63mg/盆，修复效率为对照的28.83倍，且优于二者单独使用的效果。

实施例5：盆栽实验地点周围没有污染源，是重金属未污染区。实验用土壤采自休耕地(为无污染区)表土(0-20cm)，土壤类型为草甸棕壤，土壤中铅的投加浓度为3000mg/kg，为我国土壤环境质量标准(GBl5618，1995)三级标准的6倍，投加的重金属形态为Pb(NO₃)₂，以固态加入到土壤中，充分混匀，平衡半年后待用。

翠菊种子在室内进行育苗，将翠菊种子置于预装沙土的育苗盒中，沙∶土比例为1∶3，待幼苗长到5-6片叶时，选择生长一致的幼苗分别移栽入各处理的盆中。每盆各栽3棵苗，大小一致，重复3次。实验共设定了4个处理，分别为对照CK(不投加Pb)、酸性肥料NH₄Cl单独处理、生物可降解螯合剂EDDS单独处理、酸性肥料NH₄Cl和生物可降解螯合剂EDDS联合处理。酸性肥料NH₄Cl在移苗2周后向土壤中施加，其加入量以纯N计为250mg/kg。生物可降解螯合剂EDDS在移苗一个月后，分五次施加，每次的浓度为1.8mmol/kg，每隔一个月施加一次。根据盆中土壤缺水情况，不定期浇自来水(水中未检出Pb)，使土壤含水量经常保持在田间持水量的50-70％左右，在翠菊成熟后收获，实验结果如表5所示：

表5肥料及螯合剂处理对成熟期翠菊吸收和积累铅的影响

从表5可以看出：酸性肥料NH₄Cl和生物可降解螯合剂EDDS联合处理的地上部生物量高于对照，而且极显著强化了植物吸收重金属铅的能力，植物铅的积累总量达到184.07mg/盆，修复效率为对照的25.82倍，仍然优于二者单独使用的效果，是一种高效的修复方法。

Claims (6)

1、一种原位强化植物修复铅污染土壤的方法，其特征是：在含污染物铅的土壤上移植翠菊，并施加酸性肥料NH₄Cl和生物可降解螯合剂EDDS。

2、根据权利要求1所述的一种原位强化植物修复铅污染土壤的方法，其特征是：所述的翠菊长到成熟期时，将成熟的翠菊整体从土壤中移走。

3、根据权利要求1或2所述的一种原位强化植物修复铅污染土壤的方法，其特征是：移植的翠菊是指将幼苗期的翠菊移植在含污染物铅的土壤上，并在移苗2周后向土壤中施加酸性肥料NH₄Cl；移苗一个月后，分五次施加生物可降解螯合剂EDDS，每隔一个月施加一次；酸性肥料NH₄Cl加入量以纯N计为250mg/kg，EDDS每次施加的浓度为1.8mmol/kg。

4、根据权利要求3所述的一种原位强化植物修复铅污染土壤的方法，其特征是：所述幼苗期的翠菊是指利用翠菊种子在室内育苗，即将翠菊种子置于预装沙土的育苗盒中，沙∶土比例为1∶3，待幼苗长到5-6片叶时待用。

5、根据权利要求1或2所述的一种原位强化植物修复铅污染土壤的方法，其特征是：翠菊移植到含污染物铅的土壤上后，根据土壤缺水情况浇水，确保土壤含水量保持在田间持水量的50％-70％。

6、根据权利要求1或2所述的一种原位强化植物修复铅污染土壤的方法，其特征是：在含有污染物铅的土壤上采用复种的方式移植翠菊，即在第一茬长到成熟期时，将植物整体从污染土壤上移出，再移植第二茬，重复上述过程，直至清除土壤中超标的铅。