CN102349373B - 一种植物混种原位修复重金属污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

一种植物混种原位修复重金属污染土壤的方法。本发明公开了一种利用龙葵和玉米混种原位修复重金属污染农田的方法，就是在重金属污染的土壤上混种玉米和龙葵，龙葵生长至旺盛期后收获，并再次在玉米间种植龙葵、最终通过收获龙葵和玉米来降低土壤中重金属，从而实现重金属污染土壤的修复。本发明生产的玉米籽粒中重金属含量符合国家饲料卫生标准，是具有经济价值的农产品。本发明方法可以实现对污染土壤边修复、边生产，是一种新的重金属污染土壤高效低成本修复途径。

Description

一种植物混种原位修复重金属污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及重金属污染土壤修复技术领域，具体是一种利用龙葵和玉米混种原位修复重金属污染农田的方法。

背景技术

随着经济的发展，人口的增加，土壤作为人类赖以生存的自然资源，越来越不堪重负。重金属排放量与日俱增，土壤重金属污染已成为我国面临的重要环境问题。目前我国受Cd、As、Pb等重金属污染的农田高达2000万hm²，约占耕地总面积的1/5。全国每年因重金属污染而减产粮食1200万t，造成的直接经济损失超过200亿元。重金属毒性大、难降解、易积累，可在土壤和生物体内富集，造成土壤和作物的污染，对作物的生长和品质有较大危害，被作物吸收富集进入食物链后，具有损害人体和动物健康的潜在危险。这种污染的特殊性在于它不能被土壤微生物降解，在土壤中积累到一定程度后会对土壤——植物系统产生毒害和破坏。重金属污染土壤具有隐蔽性、长期性和不可逆性，是影响生态系统安全的重要污染物质，世界闻名的日本水俣病、骨痛病就是例证，土壤重金属污染已经成为我国面临的重要环境问题，修复土壤迫在眉睫。

目前，国内外用于修复土壤重金属污染的技术，主要有物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术。物理修复技术和化学修复技术，由于成本高，需用复杂的设备，大多数只能暂时缓解重金属的危害，而且还会破环土壤结构和土著微生物，扰动生态环境，易造成“二次污染”，大面积推广应用存在许多问题。正由于物理修复技术和化学修复技术在应用上的局限性，植物修复技术以其高效、经济和生态协调性等优势显示出了巨大的生命力。

若仅用超富集植物来修复重金属污染土壤，耗时过长，且我国耕地资源有限，当重金属污染农田专门进行植物修复而不种植农作物时，将会造成巨大经济损失，因此，结合重金属土壤植物修复的农作物种植方式是可以试行的，采用重金属超富集植物与农作物混种，边修复边生产就使土地资源得到充分利用。

在发明专利公开号CN101279325公开了一种利用互作植物和化学淋洗联合技术修复重金属污染土壤的方法。这种方法一方面使用柠檬酸、味精废液、EDTA比例为10：1：2的混合试剂淋洗污染土壤处理后可能导致土壤重金属和营养元素淋溶；另一方面对于污染面积较大的土壤则需要消耗大量人力和财力，而且容易导致土壤结构的破坏和土壤肥力的下降，全面推广较难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简单、可实施性强的原位重金属污染植物修复方法，该方法一方面利用超富集植物提取土壤中重金属，减轻其对农作物的污染，另一方面又不浪费耕地资源，使其得到充分利用。

实现本发明目的所采取的技术方法如下：在受Cd、As、Pb、Zn重金属污染的农田上直接均匀混种玉米（Zea mays）和龙葵（Solanum nigrum L.），玉米种植密度为4～7株/m²，龙葵种植密度为3～5株/m²，且在玉米种植到成熟的期间收获二次以上龙葵来降低土壤的重金属。

本发明具体实施步骤如下：（1）在所述重金属污染农田中种植植物前5～8天，施加尿素、KH₂PO₄和KCl，用量分别为80～110、40～60和60～80 kg/ha；（2）在施过肥的农田上种植玉米；（3）在玉米之间播种龙葵；（4）在玉米和龙葵生长进入旺盛期后，将龙葵整株从土壤中收获；（5）继续在玉米间种植龙葵；（6）在玉米生长进入成熟期和龙葵生长进入旺盛期后，收获玉米和龙葵地上部分。

本发明所采用的玉米品种为云试5号，直接用种子播种，长出3～5片叶后按4~7株/m²进行间苗。

本发明的龙葵直接用种子播种，长出3～5片叶后按3~5株/m²进行间苗。

在上述实施步骤（4）的玉米和龙葵生长进入旺盛期为两种植物生长55～70天，步骤（6）所述玉米成熟期为玉米果实成熟期，即种植后120～150天。

在上述实施步骤（4）中龙葵整株从土壤中移走和步骤（6）中收获龙葵应进行无害化处理，而收获的玉米籽粒用作动物饲料。

本发明采用田间种植，根据土壤缺水情况浇水，调节土壤含水量为田间持水量的50%～80%。

本发明有如下优点：本发明采用玉米和龙葵混种形式，二者混种原位修复污染农田，成本低、操作简单，修复效果较好。本发明所产玉米籽重金属含量符合国家饲料卫生标准（GB13078-2001）。本发明在原位修复重金属污染土壤的同时，产生一定的经济效益。

具体实施方式

实施例1

本实施例试验在云南省某受铅、镉和砷污染的2亩农田上进行，该农田重金属Pb、Cd和As超过国家土壤环境质量标准（GB15618-1995）三级标准值，范围分别为339.11～632.43 mg·kg^-1、2.13～2.56 mg·kg^-1和212.74～396.65 mg·kg^-1。在龙葵和玉米混种一周前向重金属污染农田中一次性施加尿素、P（KH₂PO₄）、K（KCl）分别为100、50和75 kg·ha^-1。

玉米和龙葵均以种子直接播种，待玉米和龙葵长出3～5片叶后玉米按7株/m²和龙葵按5株/m²进行间苗。植物生长期间根据土壤缺水情况浇水，调节土壤含水量为田间持水量的50%～80%。在植物生长60天后，将龙葵整株从土壤中收获。收获后继续按5株/m²进行混种龙葵。在玉米生长进入成熟期和龙葵生长进入旺盛期后即142天收获，收获玉米和龙葵地上部分。

表1 玉米各器官中重金属含量（mg·kg^-1）

表2 龙葵地上部对土壤中重金属吸收和去除量（mg·m^-2）

测定玉米各器官中的重金属含量见表1，龙葵地上部重金属含量见表2。籽粒的重金属含量Cd、As含量低于国家粮食卫生标准[Cd 0.1 mg·kg^-1、As 0.2 mg·kg^-1 (GB2715-2005)]，而Pb含量略高于国家粮食卫生标准(0.2 mg·kg^-1)，但符合国家饲料卫生标准。

实施例2

本实施例试验在云南省某受铅锌冶炼厂附近菜园地上进行，试验菜园地重金属Pb、Zn 、Cd范围分别为379.63～572.50 mg·kg^-1、353.51～850.39 mg·kg^-1和2.01～4.87 mg·kg^-1。在龙葵和玉米混种一周前向重金属污染土壤中一次性施加尿素、P（KH₂PO₄）、K（KCl）分别为85、60和75 kg·ha^-1。

玉米和龙葵均以种子直接播种，待玉米和龙葵长出3～5片叶后玉米按4株/m²和龙葵按3株/m²进行间苗。植物生长期间根据土壤缺水情况浇水，调节土壤含水量为田间持水量的50%～80%。在植物生长55天后，将龙葵整株从土壤中收获。收获后继续按5株/m²进行混种龙葵。在玉米生长进入成熟期和龙葵生长进入旺盛期后即148天收获，收获玉米和龙葵地上部分。

表3 玉米各器官中重金属含量（mg·kg^-1）

 表4 龙葵地上部对土壤中重金属吸收和去除量（mg·m^-2）

测定玉米各器官中的重金属含量和龙葵地上部分重金属含量分别见表3、4。籽粒的重金属含量Cd、Zn含量分别低于国家粮食卫生标准[Cd 0.1 mg·kg^-1(GB2715-2005)和食品中锌限量卫生标准[Zn 50 mg·kg^-1 (GB13106-91)]，而Pb含量高于国家粮食卫生标准2.5倍，但符合国家饲料卫生标准。重金属污染土壤上连续混种龙葵和玉米，土壤中重金属含量不断减少，直到达到保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值。

Claims (7)

1.一种植物混种原位修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：受Cd、As、Pb、Zn重金属污染的农田在种植植物前5～8天，施加尿素、KH₂PO₄和KCl，用量分别为80～110、40～60和60～80 kg/ha，直接均匀混种玉米和龙葵，玉米种植密度为4～7株/m²，龙葵种植密度为3～5株/m²，且在玉米种植到成熟的期间收获二次以上龙葵来降低土壤的重金属。

2.根据权利要求1所述植物混种原位修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：混种玉米和龙葵的具体方法为，在玉米和龙葵生长进入旺盛期后，将龙葵整株从土壤中收获，再继续在玉米间种植龙葵，在玉米生长进入成熟期和龙葵生长进入旺盛期后，收获玉米和龙葵地上部分。

3.根据权利要求1或2所述植物混种原位修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所采用的玉米品种为云试5号，直接用种子播种，长出3～5片叶后按4~7株/m²进行间苗。

4.根据权利要求2所述植物混种原位修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：龙葵直接用种子播种，长出3～5片叶后按3~5株/m²进行间苗。

5.根据权利要求2所述植物混种原位修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述玉米和龙葵生长进入旺盛期为两种植物生长55～70天，所述玉米成熟期为玉米果实成熟期，即种植后120～150天。

6.根据权利要求2所述植物混种原位修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：龙葵整株从土壤中移走和玉米生长进入成熟期收获的龙葵应进行无害化处理，而收获的玉米籽粒用作动物饲料。

7.根据权利要求2所述植物混种原位修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：两种植物田间种植时，根据土壤缺水情况浇水，调节土壤含水量为田间持水量的50%～80%。