CN102049410A - 一种强化菊科植物修复镉污染土壤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污染环境的植物修复技术，具体地说是一种强化菊科植物修复镉污染土壤的方法。具体为在春季将污染土壤耕作整平并做成垄，底施硫酸铵，然后将三叶鬼针草的种子条播于各垄上，在植物生长一段时间后追施一次硫酸铵，与此同时，地面撒施一定量的添加剂半胱氨酸，待三叶鬼针草完全成熟后，将植株整体包括根从污染土壤上移走，然后再移栽下一茬植物，之后重复上述过程，从而实现除去土壤中污染物镉的目的。本发明采用植物修复镉污染土壤，其操作性强、费用低、不破坏土壤理化性质、不引起二次污染，同时具有美化环境的作用。本发明污染土壤添加剂半胱氨酸，可显著地提高三叶鬼针草对镉复合污染土壤的修复效率。
Description
技术领域
本发明涉及污染环境的植物修复技术，具体地说是一种强化菊科植物修复镉污染土壤的方法。
背景技术
重金属污染土壤的途径通常有以下两种：一是金属矿开采活动造成的环境污染，污染类型主要有坑口周围土壤中矿床矿物在水、气、热等环境因素长期作用下而形成的重金属污染较严重的土壤；采矿废石堆放过程中因淋滤等原因造成的重金属污染土壤；含有较高浓度重金属的矿山废水对土壤造成的污染等。二是工业污水灌溉农田引发的重金属污染土壤，具有代表性的是我国发现最早，面积较大，而且污染又十分严重的沈阳张士灌区污染土壤，其主要重金属污染物是Cd[文献1：吴燕玉，陈涛，张学询.1986.沈阳张士灌区镉的污染生态研究.见：高拯民主编，土壤-植物系统污染生态研究.295-301]。Cd是环境中的有毒物质，是生物体的非必需元素，其化合物的毒性很大，蓄积性很强，高浓度的镉对大多数动物有致畸、致突变和致癌作用，因此，镉污染土壤急需修复。
世界各国对土壤重金属污染十分重视，采取了各种各样的修复方法，如消除重金属毒性的固化技术、玻璃化技术，修复挥发性重金属的电动力修复技术等。但这些技术对污染场地破坏较大，修复费用昂贵，且存在着运输、储存、回填等新的环境问题，在小面积或重污染土壤处理中作用很大，甚至不可替代，但对于面积巨大、污染程度较轻的污染土壤来说则难以应用。因此，人们寻求费用较低、修复效果又好的革新技术。植物修复技术利用重金属超积累植物/超富集植物的提取作用在稳定污染土壤减少风蚀、水蚀及不引起地下水二次污染的同时，使污染土壤得到修复，既不破坏污染现场土壤结构、培肥地力，又减少修复费用，已成为世界各国竞相研究的热点。
超积累植物(Hyperaccmulator)也叫超富集植物，这一定义最初是由Brooks等提出的，当时用以命名茎中Ni含量(干重)大于1000mg/kg的植物[文献2：Brooks R.R.，Lee J.，Reeves R.D.，et al.1977.Detectionof nickliferous rocks by analysis of herbarium species of indicatorplants.Journal of Geochemical Exploration.7：49～77]。现超积累植物的概念已扩大到植物对所有金属元素的超量富集现象，即是指能超量富集一种或同时富集几种金属元素的植物。现一般认为[文献3：Chaney R.L.，MalikM.，Li Y.M.，et al.1997，Phytoremediation of soil metals.CurrentOpinions in Biotechnology.8：279～284；文献4：Brooks，R.R.，Chambers，M.F.，Nicks，L.J.，Robinson，B.H.，1998.Phytoming.Trends in PlantScience.3，(9)：359～362；文献5：Salt D E.Phytoextraction：presentapplications and future promise.2000.In：Wise D L，et al.(eds.)，Bioremediation of Contaminated Soils.New York，Marcel Dekker]超积累植物应同时具备三个特征：一是植物地上部(茎或叶)金属含量是普通植物在同一生长条件下的100倍，其临界含量分别为Zn 10000mg/kg、Cd 100mg/kg、Cu 1mg/kg，Pb、Cu、Ni、Co均为1000mg/kg；二是植物地上部重金属含量大于根部该种金属含量；三是植物的生长没有出现明显的毒害症状。其实，植物地上部生物量没有明显下降(与生长在未污染土壤同种植物生物量相比)同时植物地上部富集系数大于1也是必不可少的特征。
三叶鬼针草(Bidens pilosa L.)是一种新近发现的镉超富集植物，对镉虽有一定的去除修复潜力，但单一种植物对污染土壤的修复效率还十分有限，有必要采取一些强化措施以提高其实践修复能力[文献6：魏树和，杨传杰，周启星.三叶鬼针草等7种常见菊科杂草植物对重金属的超富集特征.环境科学.2008，29(10)：2912-2918]。
发明内容
本发明的目的在于提供一种费用低廉、可操作性强、不破坏土壤理化性质、不引起二次污染、且对防止污染土壤风蚀、水蚀均有良好效果的强化菊科植物修复镉污染土壤的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
强化菊科植物修复镉污染土壤的方法：1)在被镉污染土壤上，机械耕地整平，起垄，垄宽为0.1-0.9米，底施硫酸铵5-80公斤/667米2；
2)将镉超富集植物三叶鬼针草(Bidens pilosa L.)的种子以条播的方式种植，播种量为每平方米1.0-90克；
3)在植物生长10-100天时，再追施一次硫酸铵，按5-80公斤/667米2施加；与此同时，地面撒施0.01-2.0mmol/kg的添加剂半胱氨酸；
4)待三叶鬼针草完全成熟后，将植株整体从污染土壤上移走，从而实现除去土壤中污染物镉的目的。
所述种植的超富集植物三叶鬼针草在春季种植。所述春季是指4月下旬至5月上旬，收获三叶鬼针草7月中旬至下旬。所述在含污染物镉的土壤上种植三叶鬼针草，可采用露天栽培，根据土壤缺水情况，浇水，使土壤含水量保持在田间持水量的40～95％。
本发明所具有的优点：本发明采用植物修复镉污染土壤，其操作性强、费用低、不破坏土壤理化性质、不引起二次污染，同时具有美化环境的作用。本发明利用三叶鬼针草对镉复合污染有很强的耐性能力，将植物种植在镉复合污染土壤中，利用植物的提取作用，从而修复土壤中镉污染，其能够在稳定污染土壤及不引起地下水污染的同时，还能够美化环境。同时按照此方法对污染土壤添加剂半胱氨酸，可显著地提高三叶鬼针草对镉复合污染土壤的修复效率。
具体实施方式
试验步骤：全部试验验总面积约400米2。该地土壤基本理化性质：pH6.9、有机碳20.12g/Kg、全氮1.24g/Kg、全磷0.0.49g/Kg、速效氮187.26mg/Kg、速效磷2.74mg/Kg。表层(0-20厘米)镉含量平均值为2.86mg/Kg，与我国土壤环境质量标准二级标准，属于镉污染土壤。
2008年4月下旬开始试验，机械耕地整平，起垄，垄宽为0.1-0.9米，底施硫酸铵5-80公斤/667米2；4月末播种三叶鬼针草(Bidens pilosa L.)的种子，播种前用0.1％双氧水浸种12小时。在三叶鬼针草收获前约3个月(7月初)施加5-80公斤/667米2的硫酸铵和0.01-2.0mmol/kg低剂量的添加剂半胱氨酸，先以土与添加剂混合，然后均匀撒施于土壤表面。选在下小雨的前一天施用。同进以没有施添加剂只种植三叶鬼针草的处理为对照。待植物成熟后，连根收获植物，将植株整体从污染土壤上移走，从而实现除去土壤中污染物镉的目的。同时测定土壤与植物样品，以检测污染土壤的修复效果。采用对角线5点采样法。
样品分析：烘干后的植物样，采用HNO3-HClO4法消化、原子吸收分光光度计测定其中的重金属含量。
数据统计：在计算机上用Microsoft Excel进行平均值和标准差(SD)的计算，并利用最低显著性差异法(least significant difference，LSD)进行差异显著性测验.
结果：试验结果表明(表1)，经过一季的三叶鬼针草生长，通过硫酸铵以及添加剂半胱氨酸的强化修复作用，土壤表层中镉含量由平均2.86mg/kg下降到2.65mg/kg，镉的提取修复率为7.9％，而没有施加添加剂的对照的镉的去除率只有4.2％，土壤镉污染得到明显强化修复。
表1大田试验中采样点镉含量(mg/kg)
Claims (4)
1.一种强化菊科植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于：
1)在被镉污染土壤上，机械耕地整平，起垄，垄宽为0.1-0.9米，底施硫酸铵5-80公斤/667米2；
2)将镉超富集植物三叶鬼针草(Bidens pilosa L.)的种子以条播的方式种植，播种量为每平方米1.0-90克；
3)在植物生长10-100天时，再追施一次硫酸铵，按5-80公斤/667米2施加；与此同时，地面撒施0.01-2.0mmol/kg的添加剂半胱氨酸；
4)待三叶鬼针草完全成熟后，将植株整体从污染土壤上移走，从而实现除去土壤中污染物镉的目的。
2.按照权利要求1所述的强化菊科植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于：所述种植的超富集植物三叶鬼针草在春季种植。
3.按照权利要求2所述的强化菊科植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于：所述春季是指4月下旬至5月上旬，收获三叶鬼针草7月中旬至下旬。
4.按照权利要求1所述的强化菊科植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于：所述在含污染物镉的土壤上种植三叶鬼针草，可采用露天栽培，根据土壤缺水情况，浇水，使土壤含水量保持在田间持水量的40～95％。
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