CN102580990A

CN102580990A - 一种利用蕹菜修复高浓度铀污染土壤的方法

Info

Publication number: CN102580990A
Application number: CN2012100564683A
Authority: CN
Inventors: 唐永金; 罗学刚; 曾峰; 江世杰; 赵萍
Original assignee: Southwest University of Science and Technology
Current assignee: Southwest Jiaotong University; Southwest University of Science and Technology
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明公开了一种利用蕹菜修复高浓度铀污染土壤的方法。它是将受污染土壤整细整平，每亩施人畜粪3000～4000kg作基肥；种子催芽后每亩播种2.0～2.5kg；藤茎长40～50cm时，收割地上茎叶，从污染土壤中移走集中处理；收割时留茬1～2节以利再生；再生苗藤茎长40～50cm时再次收割，一年可收割4～5次；每次收割后追肥促进再生苗生长。本发明操作简单、管理方便、成本低、修复效果好。

Description

一种利用蕹菜修复高浓度铀污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及污染土壤再生，具体涉及利用植物修复污染土壤的方法。

背景技术

核试验或核事故等核污染等对环境危害很大，核污染的治理受到国内外的广泛关注，在成本效益的比较下，利用植物修复核污染土壤受到人们的极大重视。但许多研究表明，一般植物对核素的吸收很少，因而研究和筛选核素富集能力强的植物及其种植方法，快速、有效地清除土壤核污染，是土壤核污染修复与治理研究的重要内容。常见放射性污染物有⁹⁰Sr、⁸⁹Sr、¹³⁷Cs、²³⁸U、⁴⁰K、²²⁶Ra、²¹⁰Po、¹³¹I等，通过放射性污染植物修复技术，可以达到清除土壤核素、修复治理环境的目的。

放射性性核素在工业、农业、医疗、科研等领域的广泛应用，使核污染的潜在危害不断加大，尤其是核电站的发展，核泄漏、核爆炸发生频率不断增加。放射性核污染对土壤、生物等环境危害严重，持续时期较长。核素的放射线可以直接危害人体健康，放射性沉降物被植物吸收后，还可通过食物链放大作用，以较高浓度进入人体，人体达到一定剂量时就会产生危害。

[0004] 核污染危害很大，核污染的大面积清除是世界性难题，各国都在寻求清除核污染的方法，取得了一些成效。目前采用方法有：物理法、化学法、物理-化学连用法，微生物清除法，清水冲洗、铲土去污法、深翻耕地法、森林修复法等，这些方法成本较高，易对环境造成二次污染，不能从根本上解决核素清除问题。虽然森林修复法能大面积修复污染土壤，但要求核素污染浓度不能太高，其应用受到了很大限制。[谯华，周从直等.核污染的危害及其去除方法[J].后勤工程学院学报，2007，(1)：154～157]。

植物修复技术就是利用植物根系吸收水分和养分的过程吸收、转移污染环境(如土壤和水)中的放射性核素，达到清除核素、修复介质目的的一种环境治理技术。根据修复机理和过程，植物修复技术可分为植物提取、植物稳定、根际过滤和植物挥发四种类型。植物提取的研究相对较多，也有一些工程性试验。植物提取是利用某种放射性核素的超积累植物，将土壤中的核素吸收、富集并搬运到地上器官，收割植物地上器官集中处理，连续种植和收割这种植物，可使土壤中放射性核素的含量降低到可接受水平。

不同植物对铀的吸收与富集能力不同。唐丽等(2009)研究了青菜、儿菜、榨菜、飘儿白、艾蒿、冬苋菜等植物对U的吸收情况，认为榨菜U含量最高，艾蒿地上部U提取量最大（唐丽,等. 修复铀污染土壤超积累植物的筛选及积累特征研究.核技术,2009, 32,(2):136-141）。菠菜比小白菜和冬苋菜具有较高U吸收和积累能力（徐俊,等.三种植物对铀耐性及土壤中铀吸收积累差异的研究.化学研究与应用,2009,21(3):322-326）,羽叶鬼针草对铀尾渣的耐受性强于美洲商陆和东方蓼（向阳，等. 3种植物对铀尾渣的耐受性研究.矿业工程研究,2009,24(3):70-73）。万芹芳等（2011）认为，在铀溶液浇施情况下，油麦菜的含量最高；在铀污染2年后的土壤中，吊兰含量最高(万芹芳,等.植物对土壤中铀的吸收与富集.植物学报 , 2011, 46 (4): 425–436)。冯涛等（2008）用美洲商陆修复铀尾矿渣污染土壤(专利公告号：CN101249501(2008.08.27))。向言词等（2009）利用盐肤木、山黄麻、密蒙花、黄香草木犀和雾水葛(Pouzolzia z eylanica)五种植物搭配种植阻控铀尾矿渣重金属污染物移迁(专利公告号：CN101491810(2009.07.29)),用田皂角、五节芒和白茅修复改良铀尾矿渣污染土壤（专利公告号：CN101502843 (2009.08.12)）。丁德馨等（2010）利用博落回修复铀尾矿砂(专利公告号：CN101642768(2010.02.10)).

我国土壤表层（0～20cm）平均U含量为3.03mgkg^-1（中国环境监测总站.中国土壤元素背景值.中国环境科学出版社，1990：89）。在现有筛选吸收和富集铀植物的试验中，土壤人工污染量在5～100mgUkg^-1土之间(唐丽,等. 修复铀污染土壤超积累植物的筛选及积累特征研究. 核技术,2009, 32,(2):136-141；徐俊,等. 三种植物对铀耐性及土壤中铀吸收积累差异的研究. 化学研究与应用,2009,21(3):322-326)，对植物种子的发芽出苗和生长没有显著的影响。Singh 等（2005）研究认为，土壤铀含量在250mgkg^-1土以上时，将对植物产生明显的损伤作用（Singh S, Malhotra R, Bajwa B S. Uranium uptake studies in some plants. Radiation Measurements, 2005,40:666 – 669.）。因此，研究和筛选在高浓度核污染土壤中植物对铀的吸收和富集作用及修复效果，可以为严重核事故污染土壤或高浓度铀尾矿库土壤环境的修复治理提供技术方法。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，通过种植超富集植物蕹菜，提供一种生物量大、治理速度快、成本低、效果好的修复高浓度铀污染（100～500mgUkg^-1土）土壤的方法。

本发明的内容是：一种利用蕹菜修复高浓度铀污染土壤的方法，其特征是：在高浓度铀污染土壤中种植蕹菜，当藤茎长40～50cm时，将植物地上部分从污染土壤中移走集中处理；蕹菜再生苗藤茎长40～50cm时，再次收割地上部分集中处理。

本发明的内容中：所述的高浓度铀污染的土壤是指在100～500mg U kg-1土铀污染土壤；种植蕹菜的方法包括栽培管理，蕹菜收割地上器官运走后，促进蕹菜再生，收割再生苗，一年可收割4～5次；第二年再次播种，重复以上过程；所述种植蕹菜播种时间是每年3～5月；所述栽培管理，包括土地整细整平，播种前施基肥，播种，收割后施追肥,以及收割时留茬1～2节，经常保持土壤湿润；所述播种，将催芽后的蕹菜种子撒播在整细整平的湿润土壤上，每666.7M²播种2.0～2.5kg, 撒播后细土覆盖1厘米厚左右；所述催芽，是将蕹菜种子在30℃左右的温水浸种20小时，然后用沙布包好，每天用30℃左右温水浇淋6～8次，当种子有50%左右露白即可播种；所述基肥为腐熟的人畜粪，施用量为每666.7M²3000～4000 kg，加水3000～4000kg,泼洒在待播土壤；所述追肥，指在每次收割后，每667m²用腐熟人畜粪1000～1500 千克，加水3000～4000千克稀释，加7～10千克复合肥（15%N-15%P₂O₅-15%K₂O）；所述集中处理，是将收割的蕹菜集中腐烂后，晒干焚烧，把灰分中的铀进一步采用回收铀或直接填埋等现有技术方式进行处理。

蕹菜（Ipomoea aquatica）是旋花科(Convolvulaceae)番薯属一年生草本植物，又称空心菜、竹叶菜、通心菜、藤藤菜等。蕹菜性喜温暖湿润，生长势强，对土壤要求不严，适应性广，病虫少，旱地水田和沟边地角都可栽植，高温无霜地区可终年栽培。

本发明具有下列特点和有益效果：

本发明系发明人在试验研究的基础上，从众多植物中，筛选出一种在高浓度铀污染的土壤（100～500mgU kg^-1土）中，能正常发芽出苗，生长速度快，生物产量高、抗胁迫能力和再生能力强的铀超富集植物-蕹菜，采用科学的栽培管理方法，将蕹菜种植在受高浓度铀污染的土壤中，通过蕹菜的吸收和富集作用，可以解决土壤中铀的污染问题；

采用本发明，一次播种，多次收割；治理方法能耗少、费用低、操作简单、管理方便；工程量小，不破坏土壤结构和理化性质，在治理大面积土壤铀污染土壤的同时绿化了环境，实用性强；修复效果好。

具体实施方式

下面给出的操作方法和实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

操作方法：

Figure 2012100564683100002DEST_PATH_IMAGE006

将高浓度铀污染（100～500mgUkg^-1土）土壤整细整平，施腐熟的人畜粪每666.7 M²3000～4000 千克，加水3000～4000kg,泼洒在待播土壤；

Figure 2012100564683100002DEST_PATH_IMAGE008

在 3～5月，按每666.7 M²准备2.0～2.5kg蕹菜种子, 种子在30℃左右的温水浸种20小时，然后沙布包好，每天用30℃左右温水浇淋6～8次，当种子有50%左右露白即可播种。撒播种子后用细土覆盖1厘米厚左右；

Figure 2012100564683100002DEST_PATH_IMAGE010

种子出苗后，保持土壤湿润，当藤茎长40～50cm时，收割地上部茎叶，留1～2节以利再生；

Figure 2012100564683100002DEST_PATH_IMAGE012

收割的茎叶从污染土壤中移走，集中腐烂后，干燥焚烧，把灰分中的铀进一步采用回收铀、填埋等现有技术方式进行处理；

Figure 2012100564683100002DEST_PATH_IMAGE014

每次收割后，对留茬的蕹菜追肥促进再生。追肥每667m²用腐熟人畜粪1000～1500 千克，加水3000～4000千克稀释，加7～10千克复合肥（15%N-15%P₂O₅-15%K₂O）。保持土壤湿润，蕹菜再生苗藤茎长40～50cm时，再次收割地上部分集中处理。一年可收割4～5次；

Figure 2012100564683100002DEST_PATH_IMAGE016

以后每年重复上述方法，可以显著减少土壤铀含量；

Figure 2012100564683100002DEST_PATH_IMAGE018

收割的蕹菜含铀较高，不要作蔬菜、饲料使用。

实施例1 蕹菜对铀污染浓度为500mgUkg ^-1 土的土壤中铀的吸收与富集

试验土壤铀污染量为500 mg Ukg^-1土，土壤铀污染8周后，于5月1日播种蕹菜。蕹菜出苗后1周定苗，每盆6株。保持土壤湿度在60%～80%，3盆于6月28日收获，分别测定地上地下干重和铀含量。另外3盆只收割地上部分，留茬1～2节，按照前述的操作方法进行栽培管理，促进生长，于8月4日收获一次再生苗地上部分，测定铀含量；收割时留茬1～2节，收割后追肥等栽培管理，促进生长，于9月6日收获二次再生苗地上部分, 测定铀含量；收割时留茬1～2节，收割后追肥等栽培管理，促进生长，于10月20日收获三次再生苗地上部分，测定铀含量。

结果表明，在500 mg Ukg^-1高浓度铀污染的土壤，蕹菜没有死亡，实生苗长势较好，再生苗长势良好。实生苗茎叶铀含量231.6 mg/kgDW，根系铀含量678.4 mg/kgDW，一次再生苗茎叶铀含量211.2 mg/kgDW，二次再生苗茎叶铀含量198.4mg/kgDW，三次再生苗茎叶铀含量171.5mg/kgDW。

他人研究（Singh S, Malhotra R, Bajwa B S. Uranium uptake studies in some plants. Radiation Measurements, 2005,40:666 – 669）表明，在400～800 mg Ukg^-1高浓度铀污染土壤中，向日葵吸收效果好，铀含量高。本研究表明，在500mg kg^-1土的高浓度铀污染下，蕹菜铀含量高于向日葵。

实施例2 蕹菜对铀污染浓度为300mgUkg ^-1 土的土壤中铀的吸收与富集

试验土壤铀污染量为300 mg Ukg^-1土，土壤铀污染8周后，于3月25日播种蕹菜。蕹菜出苗后1周定苗，每盆6株。保持土壤湿度在60%～80%，3盆于5月30日收获，分别测定地上地下干重和铀含量。另外3盆只收割地上部分，留茬1～2节，按照前述的操作方法进行栽培管理，促进生长，于7月5日收获一次再生苗地上部分，测定铀含量；收割时留茬1～2节，收割后追肥等栽培管理，促进生长，于8月6日收获二次再生苗地上部分, 测定铀含量；收割时留茬1～2节，收割后追肥等栽培管理，促进生长，于9月4日收获三次再生苗地上部分，测定铀含量; 收割时留茬1～2节，收割后追肥等栽培管理，促进生长，于10月20日收获四次再生苗地上部分，测定铀含量。

结果表明，在高浓度铀污染的土壤，蕹菜实生苗长势正常，再生苗长势良好。实生苗茎叶铀含量181.2 mg/kgDW，根系铀含量512.1 mg/kgDW，一次再生苗茎叶铀含量167.1 mg/kgDW，二次再生苗茎叶铀含量154.2mg/kgDW，三次再生苗茎叶铀含量146.7mg/kgDW，四次再生苗茎叶铀含量129.5mg/kgDW.

他人研究（Singh S, Malhotra R, Bajwa B S. Uranium uptake studies in some plants.Radiation Measurements, 2005,40:666 – 669）表明，在200～400 mg Ukg^-1高浓度铀污染土壤中，向日葵吸收效果好，铀含量高。本研究表明，在300mg kg^-1土的高浓度铀污染下，蕹菜铀含量高于向日葵。

实施例3 蕹菜对铀污染浓度为100mgUkg ^-1 土的土壤中铀的吸收与富集

试验土壤铀污染量为100 mg Ukg^-1土，土壤铀污染8周后，于4月20日播种蕹菜。蕹菜出苗后1周定苗，每盆6株。保持土壤湿度在60%～80%，3盆于6月18日收获，分别测定地上地下干重和铀含量。另外3盆只收割地上部分，留茬1～2节，按照前述的操作方法进行栽培管理，促进生长，于7月28日收获一次再生苗地上部分，测定铀含量；收割时留茬1～2节，收割后追肥等栽培管理，促进生长，于8月30日收获二次再生苗地上部分, 测定铀含量；收割时留茬1～2节，收割后追肥等栽培管理，促进生长，于10月25日收获三次再生苗地上部分，测定铀含量。

结果表明，在高浓度铀污染的土壤，蕹菜实生苗和再生苗长势良好。实生苗茎叶铀含量101.3 mg/kgDW，根系铀含量214.7 mg/kgDW，一次再生苗茎叶铀含量95.5 mg/kgDW，二次再生苗茎叶铀含量89.3mg/kgDW，三次再生苗茎叶铀含量88.4mg/kgDW，四次再生苗茎叶铀含量79.8mg/kgDW.

他人研究（Singh S, Malhotra R, Bajwa B S. Uranium uptake studies in some plants.Radiation Measurements, 2005,40:666 – 669）表明，在100～200 mg Ukg^-1高浓度铀污染土壤中，向日葵吸收效果好，铀含量高。本研究表明，在100mg kg^-1 土的高浓度铀污染下，蕹菜铀含量高于向日葵。

Claims

1. 一种利用蕹菜修复高浓度铀污染土壤的方法，其特征在于，在高浓度铀污染土壤中种植蕹菜，栽培管理，当植物蕹菜藤茎长40～0cm时，收割地上茎叶，从污染土壤中移走集中处理。

2.根据权利要求1所述的利用蕹菜修复高浓度铀污染土壤的方法，其特征在于，将植物蕹菜地上部分从污染土壤中移走后，利用蕹菜再生苗进行栽培管理，再生苗藤茎长40～50cm时再收割；一年可收割4～5次；如此连年种植和收割，可以逐渐减少以致完全清除土壤中的铀含量。

3.根据权利要求1或2所述的利用蕹菜修复高浓度铀污染土壤的方法，其特征是，所述的栽培管理包括土地整细整平；播种前施基肥；催芽、播种；收割后施追肥；以及收割时留茬1～2节，经常保持土壤湿润。

4.根据权利要求3所述的利用蕹菜修复高浓度铀污染土壤的方法，其特征是，所述的催芽是将蕹菜种子在30℃的温水浸种20小时，然后纱布包好，每天用30℃温水浇淋6～8次，当种子有50%左右露白即可播种。

5.根据权利要求3所述的利用蕹菜修复高浓度铀污染土壤的方法，其特征是，所述播种的时间是3～5月；播种方法是将催芽后的蕹菜种子撒播在整细整平的湿润土壤上，每666.7M²播种2.0～2.5kg；撒播后细土覆盖1厘米。

6.根据权利要求3所述的利用蕹菜修复高浓度铀污染土壤的方法，其特征是，所述的基肥为腐熟的人畜粪，施用量为每亩3000～4000 kg，加水3000～4000kg,泼洒待播土壤。

7.根据权利要求3所述的利用蕹菜修复高浓度铀污染土壤的方法，其特征是，所述的追肥是每亩用腐熟人畜粪1000～1500 千克，加水3000～4000千克稀释，加7～10千克氮磷钾复合肥。

8.根据权利要求1所述的利用蕹菜修复高浓度铀污染土壤的方法，其特征是，所述的集中处理是将收割的蕹菜集中腐烂后，干燥焚烧，把灰分中的铀进一步采用回收铀或直接填埋进行无害化处理。