CN101992208B - 一种镉-多环芳烃复合污染菜地土壤修复与利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及镉与多环芳烃复合污染菜地土壤的边修复边生产技术。步骤如下：1).春季在被镉与多环芳烃复合污染的菜地土壤上以垄作条播的方式种植镉超富集植物龙葵。待龙葵生长63-67天开始结实时收获龙葵，在收获前约1个月施加甘氨酸、谷氨酸及半胱氨酸；2).待龙葵收获后，带根拔除，再种植镉低积累大白菜水师营91-12，行距和株距分别为50厘米，生长约80天左右收获大白菜；上述步骤完成一个修复与利用周期。本发明利用超富集植物从镉-多环芳烃复合污染土壤中带走大量的镉，并同时使土壤中的多环芳烃明显降解，在修复污染土壤的同时，生产符合我国卫生标准的大白菜，使污染土壤得以安全利用。

Description

一种镉-多环芳烃复合污染菜地土壤修复与利用的方法
技术领域
本发明涉及镉-多环芳烃复合污染菜地土壤的植物修复与农业安全利的方法，具体地说是一种利用超富集修复植物龙葵修复镉与多环芳烃复合污染菜地土壤的同时，还可以生产出镉低含量的大白菜，即大白菜镉含量符合国家无公害蔬菜标准。
背景技术
根据1997年我国环境状况公报报道，我国耕地有1000多万hm2受到不同程度的复污染，其面积约占当年耕地面积的7.34％。2000年对全国30万hm2的基本农田保护区土壤有害重金属的抽样调查表明，重金属超标率达12.1％；23个省(市区)共发生农业环境污染事故891起，污染农田4万hm2，直接经济损失达2.2亿元，严重制约着国民经济发展并危害人民身心健康，可见，我国农田土壤质量改善和保证食物安全生产问题已刻不容缓。然而，综观农田污染土壤的各种修复方法，尽管植物修复展现出美好的前景，但就我国国情来说，将这些重金属污染土壤单独拿出来进行修复或弃之不用或全部改为它用而不进行粮食生产都是不现实的。比较好的办法是在利用超富集植物修复污染土壤的同时，采取适当方式种植低积累作物，既能使污染土壤质量得到改善，又能确保食物安全，这种对污染土壤“边修复边生产”技术无疑更具有实践意义，由此产生的生态效益和社会效益也是无法估量的。
重金属、多环芳烃是目前我国农田的主要污染物。我国是蔬菜生产和消费大国，面积达1800万公顷。菜地复种指数高，农药和肥料投入大，且多数分布在城郊，受城市工业化污染影响大，因此土壤重金属和有机复合污染最为严重。菜地土壤复合污染使蔬菜质量降低，直接危害消费者健康，影响我国蔬菜出口创汇，因此，研发针对我国菜地土壤复合污染的生物修复技术和产品对于保障农业的可持续发展、促进国民经济健康运行具有重大意义。
镉和多环芳烃是我国北方农田土壤最主要复合污染之一，其中沈抚灌区污染土壤是典型代表。利用镉低吸收作物与超富集植物套种(或间作)的形式，对镉污染农田土壤一方面进行安全生产，一方面进行污染土壤修复，既保证了生产的安全，又使得污染土壤得以修复，这一边生产边修复的技术在我国具有广阔的发展前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种治理效果好、在治理同时提高了土地利用率的镉-多环芳烃复合污染菜地土壤修复与利用的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种镉-多环芳烃复合污染菜地土壤修复与利用的方法，包括以下步骤，
1)春季在被镉与多环芳烃复合污染的菜地土壤上以垄作条播的方式种植镉超富集植物龙葵，播种量为每平方米1.8-2.2克，行距为48-52米，出苗后待龙葵生长63-67天开始结实时收获龙葵；
在收获前约25-35天于菜地土壤中施加甘氨酸、谷氨酸及半胱氨酸，它们的施加剂量分别为0.1-1.0mmol/kg土壤，施加浓度每kg土壤是以污染土壤土层表面0-20厘米深的土层厚度的土壤重量计量的；
施用时，将甘氨酸、谷氨酸及半胱氨酸粉末与土混合，在小雨来临前均匀撒施于土壤表面，或者将甘氨酸、谷氨酸及半胱氨酸与水溶解均匀撒施于土壤表面；
待龙葵收获时，带根拔除，将收获后的龙葵转移至其它地方集中处理或进行资源化加工处理；
2)待龙葵收获后，再种植镉低积累大白菜，行距和株距分别为48-52厘米，生长75-85天左右收获大白菜。收获的大白菜因符合我国的食品卫生要求，可以安全食用
因为磷肥对镉具有螯合沉淀作用不利用镉的提取修复，所以，春季种植镉超富集植物龙葵时，春季底施以施磷肥为25-35公斤/667米2为宜；所述春季是指4月下旬至5月上旬，收获龙葵时为7月下旬至8月上旬。
所述下季种植镉低积累大白菜时底施氮、磷、钾复合肥25-35公斤/667米2，其中，N，P2O5，K2O比例为2∶1∶1；所述大白菜的商品名为水师营91-12。
本发明利用超富集植物从镉-多环芳烃复合污染土壤中带走大量的镉，并同时使土壤中的多环芳烃明显降解，在修复污染土壤的同时，生产符合我国卫生标准的大白菜，使污染土壤得以安全利用。
具体实施方式
实施例镉-多环芳烃复合污染菜地土壤的边修复边生产大田试验
1.试验地点与步骤
在沈抚灌区蔬菜田开展相关大田试验，全部试验验总面积约1200米2。该地土壤基本理化性质：pH6.7、有机碳21.34g/Kg、全氮1.29g/Kg、全磷0.58g/Kg、速效氮183.51mg/Kg、速效磷2.85mg/Kg。表层(0-20厘米)镉含量平均值为0.75mg/Kg，多环芳烃总量(美国环保署优先控制的16种多环芳烃)平均值为1.138mg/Kg，与我国土壤环境质量标准二级标准，以及波兰土壤和作物栽培机构IUNG分级标准相比，属于镉和多环芳烃复合污染土壤。
2008年4月下旬开始试验，土壤每667米2底施硫酸铵30公斤。4月末播种，播种前用0.1％双氧水浸种12小时。在龙葵收获前约1个月(6月末)施加低剂量(0.1-1.0mmol/kg)的甘氨酸、谷氨酸及半胱氨酸，先以一定量的土与试剂混合，然后均匀撒施于土壤表面。选在下小雨的前一天施用。待混合氨基酸施用约一个月后，连根收获龙葵，同时测定土壤与植物样品，以检测污染土壤的修复效果。龙葵收获后，及时播种大白菜水师营91-12，行距和株距分别为50厘米。在种植镉低积累大白菜时底施氮、磷、钾复合肥30公斤/667米2，其中，N，P2O5，K2O比例为2∶1∶1。大白菜正常生长管理，待80天左右收获大白菜，并采集土壤及植物样品进行分析测定。采用对角线5点采样法。
2.样品分析
收获的植物样品一部分用于地上部重金属含量的测定，其余部分分根、茎、叶、果4部分，分别用自来水充分冲洗，然后再用去离子水冲洗，沥去水分，在105℃下杀青30min，然后在70℃下于烘箱中烘至恒重。烘干后的植物样品粉碎过筛备用，土壤样品风干后过100目筛备用。植物及土壤样品均采用HNO3-HClO4法消化(二者体积比为3∶1)，原子吸收分光光度计法测定Cd的含量，原子吸收分光光度计为日立180-80，镉的吸收波长为228.8。土壤的有机质含量等基本理化性质的测定采用常规的测定方法。
收获的土壤样品风干后过100目筛，储藏在-80℃冰箱里备用。土壤PAHs提取方法参考宋玉芳(1995)及高彦征(2005)。称取5.0g土壤样品于25ml玻璃离心管中，用15ml的二氯甲烷超声萃取2h，其间采用换水的方式控制提取温度40℃以下，以4000r·min-1离心分离并吸取上清液在旋转蒸发仪中蒸发近干，再加入1.00ml的环己烷溶解，准确吸取0.5ml过1g硅胶柱净化，用11ml的正己烷-二氯甲烷(体积比为1∶1)混合液洗脱。弃去前1ml洗脱液后开始收集，将收集到的洗脱液于40℃恒温下旋转蒸发至干，再用乙腈溶解并定容至1ml，过0.45μm有机相滤膜后上机测定。
PAHs的测定采用荧光-紫外串联检测-高效液相色谱法(饶竹等，2007)。HPLC为Waters 1525，荧光检测器(MultiλFluorescence Detector)为Waters 2475，紫外检测器(DualλAbsorbance Detector)为Waters2487，色谱柱为多环芳烃专用色谱柱(4.6×250mm，5um)。分析条件：以乙腈/水为流动相梯度淋洗36min(0-3min乙腈/水体积比为60∶40；3-30min乙腈/水体积比为100∶0；30-36min乙腈/水体积比为60∶40)。流速1.00ml·min-1，进样量为20ul，柱温25℃，16种PAHs的相应测定波长参见饶竹等(2007)。以16PAHs混合标样为外标，以保留时间和峰面积直接对照进行PAHs的定性和定量。本方法对16种PAHs的测定线形较好，相关系数r值均大于0.999，检出范围为0.011-0.513ng，对16种PAHs的加标回收率除2环的萘为53.4％外其余均在75％-110％之间。
3数据统计
所获数据用Microsoft Excel和SPSS16.0进行统计分析，利用Duncan新复极差检验进行差异显著性检验(p＜0.05)。
4.结果
试验结果表明(表1)，经过一季的龙葵和大白菜生长，土壤表层中镉含量平均为0.68mg/kg，镉的提取修复率为9.3％；土壤表层中多环芳烃总量为0.805mg/kg，多环芳烃总量降解率平均为29.3％。大白菜体内镉含量平均为0.03mg/kg干重，符合国家蔬菜卫生标准，可以安全食用。
表1大田试验中采样点镉与多环芳烃含量(mg/kg)
  采样点   1   2   3   4   5   平均
  土壤镉修复前   0.82   0.71   0.65   0.62   0.95   0.75
  土壤镉修复后   0.76   0.65   0.57   0.53   0.89   0.68
  土壤多环芳烃修复前   1.522   1.067   0.984   0.806   1.311   1.138
  土壤多环芳烃修复后   1.171   0.743   0.682   0.575   0.854   0.805
  大白菜镉含量   0.03   0.03   0.03   0.02   0.04   0.03

Claims (4)

1.一种镉-多环芳烃复合污染菜地土壤修复与利用的方法，其特征在于：包括以下步骤，
1)春季在被镉与多环芳烃复合污染的菜地土壤上以垄作条播的方式种植镉超富集植物龙葵，播种量为每平方米1.8-2.2克，行距为48-52厘米，出苗后待龙葵生长63-67天开始结实时收获龙葵；
在收获前25-35天于菜地土壤中施加甘氨酸、谷氨酸及半胱氨酸，它们的施加剂量分别为0.1-1.0mmol/kg土壤，施加浓度每kg土壤是以污染土壤土层表面0-20厘米深的土层厚度的土壤重量计量的；
施用时，将甘氨酸、谷氨酸及半胱氨酸粉末与土混合，在小雨来临前均匀撒施于土壤表面，或者将甘氨酸、谷氨酸及半胱氨酸与水溶解均匀撒施于土壤表面；
待龙葵收获时，带根拔除，将收获后的龙葵转移至其它地方集中处理或进行资源化加工处理；
2)待龙葵收获后，再种植镉低积累大白菜，行距和株距分别为48-52厘米，生长75-85天收获大白菜；
所述春季是指4月下旬至5月上旬，收获龙葵时为7月下旬至8月上旬。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：因为磷肥对镉具有螯合沉淀作用不利于镉的提取修复，所以，春季种植镉超富集植物龙葵时，春季底施以施磷肥为25-35公斤/667米2。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述下季种植镉低积累大白菜时底施氮、磷、钾复合肥25-35公斤/667米2，其中，N，P2O5，K2O比例为2∶1∶1。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述大白菜的商品名为水师营91-12。
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