CN102489498B

CN102489498B - 翠芦莉在修复土壤和/或水体镉污染中的应用

Info

Publication number: CN102489498B
Application number: CN 201110373310
Authority: CN
Inventors: 方晓航; 杨竹; 刘晓文; 魏东洋
Original assignee: South China Institute of Environmental Science of Ministry of Ecology and Environment
Current assignee: South China Institute of Environmental Science of Ministry of Ecology and Environment
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2031-11-22
Also published as: CN102489498A

Abstract

本发明公开了翠芦莉在修复土壤和/或水体镉污染中的应用，具体包括以下步骤：将翠芦莉移植于受到镉污染的土壤和水体中，保留地下部，定期收割翠芦莉的地上部，从而清除土壤或水体的镉污染。本发明发明人发现翠芦莉具有富集镉的生物特性，由于翠芦莉具有容易繁殖、易形成大生物量、能同时耐受并富集多种金属(主要为镉)、抗病虫害、多年生长等特点，将翠芦莉用于提取污染土壤或水体中的镉，成本低，修复效率高，潜在经济效益可观。按照本发明提供的持续提取模式，简化了修复土壤或水体镉污染的程序，适合于推广应用。

Description

翠芦莉在修复土壤和/或水体镉污染中的应用

技术领域

本发明属于环境修复领域，特别涉及翠芦莉在修复土壤和/或水体镉污染中的应用。

背景技术

土壤和水体重金属污染已经引起了主要的环境和人类健康问题。随着我国工业迅速发展，特别是矿山开采、金属冶炼、化工、电子、电镀和造革等行业的发展，产生了大量的重金属污染物，特别是富含镉矿体的自然风化和相应的露天开采、冶炼等矿业活动，以及大量施用化肥、农药等化工产品，导致了我国大面积的土壤和水体镉重金属污染，矿山及冶炼厂周边地带尤为严重。过量暴露的镉直接威胁人居环境及食品安全，通过饮水和食品，大量摄入的上述重金属，具致癌致畸致突变以及干扰激素内分泌等作用，危及居民健康和家畜安全。

当前，可供治理土壤或水体重金属污染的方法主要有化学修复法、物理修复法及生物修复法。

化学修复法和物理修复法包括客土(换土)法、沉淀法、淋洗法、电化法、磁化法。这些物理或化学方法各有其优点，但一般都存在花费高、工程量较大、易造成二次污染等问题。

生物法有微生物和植物修复方法，微生物生物修复的局部成功仅局限于一些有机污染物的降解，在处理金属污染物，特别是在土壤中并非有效。重金属污染的植物修复(Phytoremediation)是利用具有特殊富集和降解能力的植物去除或降解环境中的重金属或有机物质等污染物，达到污染治理与生态修复的目的。在重金属污染区域种植“超富集植物”，植物地下部可以迅速吸收和富集大量的重金属，并运输到植物上部，通过收割植物，焚烧后回收重金属，从而降低水体中重金属的含量，实现治理重金属污染的目的。按照植物修复的过程和机理，可将植物修复技术分为：植物提取技术(Phytoextration)、植物挥发技术(Phytovolatilization)、植物固化技术(Phytostabilization)和根系过滤技术(Rhizofiltration)四种类型。利用植物修复技术处理土壤和水体中重金属污染物是当今研究的发展趋势和重点问题，不仅吸收效果好，成本低，还可以改善生态环境质量，目前能利用的植物主要有草本植物、木本植物等。

从当前国内外植物提取技术研究与实践进展来看，尚存在并需解决以下问题：(1)可供选择的能富集重金属镉的植物品种较少；(2)被推荐优先使用的超富集植物(hyperaccumulator)，普遍生物量偏低，重金属的总体去除效率较低，同时还存在植物异地气候适应等问题；(3)污染土壤中重金属生物有效性(bioavailability)有待提高；(4)从应用来看，我国植物修复技术尚处于起步阶段，相关技术还处于实验室或中试阶段。因此，仍需寻找能有效去除镉的植物，将其用于修复环境中的镉污染。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供翠芦莉在修复土壤和/或水体镉污染中的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种翠芦莉在修复土壤和/或水体镉污染中的应用，是将翠芦莉移植于受到镉污染的土壤和水体中，保留地下部，定期收割翠芦莉的地上部，从而清除土壤或水体的镉污染；在受到镉污染的土壤和水体中种植翠芦莉，可通过生物作用持续提取并活化土壤或水体中的镉，同时向上运输和转运到达地上部，待地上部形成一定的生物量，定期收割，达到持续提取，持续转移土壤或水体中的镉的目的，从而周期清除土壤或水体镉污染；

所述的翠芦莉在修复土壤和/或水体镉污染中的应用，具体包括以下步骤：

(1)将受到镉污染的土壤的pH值控制为6～8；将受到镉污染的水体的pH值控制为5～7；

(2)将翠芦莉幼苗移植到步骤(1)调节好pH值的土壤和/或水体中；

(3)定期收割地上部，土壤中一年收割3～4次，水体中一年收割5～6次；收割地上部时留茬3～5cm，让翠芦莉持续生长，持续收割翠芦莉地上部，直到土壤或水体中镉含量达环境安全标准。

步骤(2)中所述的翠芦莉(Ruellia brittoniana)原产于墨西哥自然生长在我国大部分地区的翠芦莉，常年可采集到，其种子也较易发芽繁殖容易采集，该植物分类学特征如下：

翠芦莉(Ruellia brittonian)，爵床科Acanthaceae，挺水植物，有高性或矮性，株高20～60公分。茎略呈方形，红褐色。单叶对生，线状披针形。叶暗绿色，新叶及叶柄常呈紫红色。叶全缘或疏锯齿，叶长8～15cm，叶宽0.5～1.0cm；花腋生，花径3～5cm。花冠漏斗状，5裂，具放射状条纹，细波浪状，多蓝紫色，少数粉色或白色，花期3～10月，开花不断；春至秋季均能开花，花期极长，花谢花开，日日可见花，果实为长型蒴果，等到种子成熟后蒴果会裂开，散出细小如粉末状的种子；培育、繁殖可采用播种、扦插或分株，春、秋季为适期。成熟种子落地能发芽成长。

步骤(2)中所述的翠芦莉幼苗为播种、扦插或分株得到的翠芦莉幼苗，优选为生长至5～8cm的翠芦莉幼苗或是生长4～5周的由种子繁殖得到的翠芦莉幼苗，包括野生的或是人工繁殖的；

步骤(2)中将所述的翠芦莉幼苗移植到水体中，对翠芦莉在水体中生长的支撑处理优选为：将翠芦莉幼苗植入浮床，根部通过浮床上钻制的小孔直接与污染水体接触，生长前期加海绵或脱脂棉于小孔中稳固植株，处理过程中需要连续曝气；

步骤(3)中所述的定期收割地上部分更优选为每当翠芦莉长到30～45cm高度时收割一次。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明发明人首次发现了翠芦莉具有镉富集的特性。经过研究，土壤中镉浓度达到1.2mg/kg，翠芦莉的镉吸收达到36.8mg/kg，当自然水体中镉的浓度达到0.1mg/L时，翠芦莉地上、地下部的镉含量分别达到3.5、89.6mg/kg(干重)，这说明翠芦莉对土壤和水体中的镉具有良好的吸收能力，其富集作用明显。通过应用翠芦莉提取污染土壤或水体中的镉，成本低，修复效率高，潜在经济效益可观。

(2)本发明所选用的翠芦莉，容易繁殖、易形成大生物量、能同时耐受并富集多种金属(主要为镉)、抗病虫害、多年生长等特点，适合于污染土壤或水体的镉污染植物提取。

(3)按照本发明应用方法的持续提取模式，简化了修复土壤或水体镉污染的程序，适合于推广应用。

(4)本发明建立的修复模式系绿色原位修复，所收获的地上部进行集中安全填埋或焚烧，不会造成二次污染，同时修复进程不会破坏土壤或水体生态环境，并有助于改善土壤因重金属污染而引起的土壤退化和生产力下降，恢复并提高土壤生物多样性，对水体的修复可明显改善水质。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：土壤修复

将从广东水生植物种植场购买的翠芦莉种子于去离子水中吸胀5小时，放置暗处3天发芽后，于温室营养土中培育，空气相对湿度60％，温度25℃。待翠芦莉幼苗生长至5～8cm，移栽入镉污染土壤，土壤镉含量＞10mg/kg(即每公斤土壤中有10mg以上的镉)，施石灰调节土壤的pH至6～7，行距15cm，株距10cm。生长4个月收获地上部(翠芦莉长到30～45cm高度)，留茬4～5cm。第一次收获的翠芦莉，经原子吸收测定地上部(干重)镉为68.5mg/kg(即每千克翠芦莉生物质干重中含有68.5mg镉)。翠芦莉持续生长、持续提取土壤中的镉，持续收割翠芦莉地上部，土壤中的镉含量不断减少，直到污染土壤镉含量减少到正常土壤水平，土壤镉污染消除。

实施例2：水体修复

按实施例1培育好的翠芦莉幼苗(幼苗的高度为5-8cm)移栽入设置于重金属污染水体的浮床，根部通过在浮床上钻制的小孔，直接与污染水体接触，生长前期加海绵于小孔中稳固植株；水体加泵连续曝气。当水体中Cd浓度为1.5mg/L时，翠芦莉地上部(干重)Cd富集吸收含量为117mg/kg，地下部(干重)Cd富集吸收含量为994.91mg/kg(达超富集吸收水平)。当水体中Cd浓度为2.0mg/L时，地上部(干重)Cd富集吸收含量为219mg/kg，地下部(干重)Cd富集吸收含量为1168mg/kg。翠芦莉可持续提取水体中的镉，持续收割翠芦莉地上部，水体中的镉含量不断减少，直到污染水体中的镉含量减少到正常水平，水体镉污染消除。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.翠芦莉在修复土壤和/或水体镉污染中的应用，其特征在于包括以下步骤：

（1）将受到镉污染的土壤的pH值控制为6～8；将受到镉污染的水体的pH值控制为5～7；

（2）将翠芦莉幼苗移植到步骤（1）调节好pH值的土壤和/或水体中；

（3）定期收割地上部，土壤中一年收割3～4次，水体中一年收割5～6次；收割地上部时留茬3～5cm，让翠芦莉持续生长，持续收割翠芦莉地上部，直到土壤或水体中镉含量达环境安全标准。

2.根据权利要求1所述的翠芦莉在修复土壤和/或水体镉污染中的应用，其特征在于：步骤（2）中所述的翠芦莉幼苗为生长至5～8cm的翠芦莉幼苗或是生长4～5周的由种子繁殖得到的翠芦莉幼苗。

3.根据权利要求1所述的翠芦莉在修复土壤和/或水体镉污染中的应用，其特征在于：步骤（2）中将所述的翠芦莉幼苗移植到水体中，对翠芦莉在水体中生长的支撑处理为：将翠芦莉幼苗植入浮床，根部通过浮床上钻制的小孔直接与污染水体接触，生长前期加海绵或脱脂棉于小孔中稳固植株，处理过程中需要连续曝气。

4.根据权利要求1所述的翠芦莉在修复土壤和/或水体镉污染中的应用，其特征在于：步骤（3）中所述的定期收割地上部分为每当翠芦莉长到30～45cm高度时收割。