CN102580992A - 一种修复高浓度铯污染湿地、滩涂土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种修复高浓度铯污染湿地、滩涂土壤的方法。它是在受污染的湿地、滩涂土壤移栽空心莲子草地下茎、根，100节/m²，保持土壤田间持水量80%以上；主茎长50cm左右时将植物地上部分收割集中处理；收割时留茬1~2节利于再生，再生苗主茎长50cm左右再次收割集中处理；一年可收割3次，多年收割；移栽出苗或收割再生出苗后15~20天施复合肥做追肥。本发明操作简单、管理方便、成本低、修复效果好。

Description

一种修复高浓度铯污染湿地、滩涂土壤的方法

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

核试验或核事故释放的放射性核素作为环境最主要的潜在核污染物受到广泛关注，在代价利益优化分析的前提下，放射性核素污染土壤的生物修复技术成为近年来的研究热点。已有研究表明大多数植物对放射性核素的吸收很低，所以筛选种植对放射性核素有较高富集能力的植物，使之将土壤中的放射性核素进行有效地去除，是对受污染土壤进行生物修复和治理的有效方法之一。最为常见放射性污染物包括放射性核素²³⁸U、⁴⁰K、²²⁶Ra、²¹⁰Po、¹³¹I、⁹⁰Sr、⁸⁹Sr、¹³⁷Cs等，其中尤以¹³⁷Cs、⁹⁰Sr最为普遍。通过放射性污染植物修复技术能达到清除核素、修复或治理环境的目的。

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。

因田间放射性核素试验的不安全性很大，根据植物对稳定性同位素的吸收和富集来预测植物对放射性核素的吸收和富集是最常用的筛选修复植物方法。不同植物吸收和积累Cs的能力不同。Broadley等（1997）将30种植物在0.1ug Csg^-1土壤中处理6小时，发现不同植物Cs的含量相差20倍，积累量相差100倍（Broadley M R,Willey N J. DIFFERENCES IN ROOT UPTAKE OF RADIOCAESIUM BY 30 PLANT TAXA.Environmental Pollution, 1997, 97(2): 11 -15）。在前苏联切尔贝利核事故后，人们对周边地区樱桃、桃、梨、苹果中¹³⁷Cs测定表明，叶中¹³⁷Cs 含量与植物叶的拦截能力有关，而叶向果中的转移更多的与种和品种的遗传特点有关(Scott A, Silva S. Foliar absorption and leaf-fruit transfer of ¹³⁷Cs in fruit trees.Journal of Environmental Radioactivity, 1992,16(2):97-108)。朱永懿等（1985）对春小麦和油菜的研究表明，作物叶片对¹³⁷Cs吸收强烈，对⁹⁰Sr吸收很少；相反，作物根系对⁹⁰Sr吸收量大，对¹³⁷Cs很难吸收（朱永懿,裘同才. 春小麦和油菜经叶面吸收⁹⁰Sr,¹³⁷Cs和¹⁴⁴Ce的研究.原子能农业应用,1985,（2）:44-48），说明植物对不同核素有不同的吸收机理。我国表土层(0～20cm)铯含量的算术平均值是8.24mgCskg^-1土（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，1990：87）。目前研究铯污染的浓度较低，一般在20～40mgCskg^-1土（王丹等,专利公告号：CN101905237A(2010.12.08;闻方平等.苏丹草对¹³³Cs 和⁸⁸Sr 胁迫响应及吸收积累特征研究. 辐射研究与辐射工艺学报,2009,27(4):212-217)，几乎对植物生存和生长没有多大威胁，而在严重核事故下，核污染的浓度很高，严重威胁植物生存和生长。因此，研究和筛选在高浓度核污染土壤中植物对铯的吸收和富集作用及其修复效果，可以为严重核事故污染土壤环境的修复治理提供技术方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，通过种植超富集植物空心莲子草，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铯污染湿地、滩涂土壤（100～500mgCskg^-1土）的方法。

本发明的内容是：一种修复高浓度铯污染湿地、滩涂土壤的方法，其特征是：在高浓度铯污染湿地、滩涂土壤中种植空心莲子草；施追肥；当空心莲子草主茎长50cm左右时,将植物地上部分收割，并从污染土壤中移走集中处理。

本发明的内容中，所述高浓度铯污染湿地、滩涂土壤，指河湖滩地、浅水沟、沼泽湿地、低洼渍水地以及土壤田间持水量80%以上的土壤，铯污染量为100～500mgCskg^-1土；所述种植空心莲子的方法，种植时间是每年3～5月,将收集的空心莲子草地下茎、根切断，每段1-2节；在湿地、滩涂高浓度铯污染土壤，开3～4cm深的沟，沟距10～15cm,将切断的地下茎、根节放入沟中，盖土2～3cm。每平方米100个茎、根节；所述种植空心莲子的方法，还包括利用空心莲子草的再生特性，每次收割时留1～2节利于再生，施追肥，再生苗主茎长50cm左右再次收割、移走、集中处理；一年可收割3次，一年种植，多年收割，如此连续收割多年，可修复高浓度铯污染土壤；所述追肥，指空心莲子草移栽出苗或收割后再生出苗后15～20天，每666.7M²用腐熟人畜粪1000～2000 千克，加水2000千克稀释，加10～15千克复合肥（15%N-15%P₂O₅-15%K₂O），泼洒田间；所述集中处理，是将收割的空心莲子草干燥后焚烧，把灰分中的铯进一步采用回收铯或直接填埋等现有技术进行处理。

空心莲子草（Alternanthera philoxeroides（Mart.）Griseb）是苋科莲子草属多年生宿根性植物，别名水花生、空心苋。生命力极强，适应性广，抗逆性强，生长繁殖快，利用营养体(根、茎)进行无性繁殖,再生能力强，是河沟边、稻田边等湿地常见杂草。

¹³⁷Cs是水溶性的长寿命金属核素，与营养元素K的化学行为相近，具有重要的生态学意义，放射性核素¹³⁷Cs的积累植物和超积累植物主要分布在苋科(Amaranthaceae)、藜科(chenopodiceae)和菊科(compositae)内。

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，筛选出一种在湿地、滩涂高浓度铯污染的土壤（100～500mgCskg^-1土）中，能正常发芽出苗，生长速度快，生物产量高、抗胁迫能力和繁殖能力强的铯超富集植物-空心莲子草，采用科学的栽培管理方法，将空心莲子草种植在湿地、滩涂受高浓度铯污染的土壤中，通过空心莲子草的吸收和富集作用，可以有效地解决土壤中铯的污染问题；采用本发明，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，在治理大面积湿地、滩涂土壤铯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：在3～5月收集空心莲子草地下茎、根，切断茎、根，每段1～2节；

在受高浓度铯污染的湿地、滩涂土壤中开3～4cm的深沟，沟距10～15cm,将切断的地下茎、根节放入沟中，每段之间相距10～15cm，盖土2～3cm。移栽密度每平方米100节左右。若是浅水淹没土壤，按此密度和行株距将每段插入泥土之中；

空心莲子草出苗后15～20天，每666.7M²用腐熟人畜粪1000～2000 千克，加水2000千克稀释，加10～15千克复合肥（15%N-15%P₂O₅-15%K₂O），以泼洒的方式追肥；

空心莲子草主茎长50cm左右，收割地上部分集中腐烂分解、干燥焚烧后打包处理；

收割时留茬1～2节以利再生，再生苗按照

～

的方法进行追肥、收割和处理，一年可收割3次。利用空心莲子草的再生特性，一次移栽，多次收割；一年种植，多年收割，可以修复治理湿地、滩涂高浓度铯污染的土壤。

实施例 1  空心莲子草对铯污染浓度为500mgCskg ^-1 土的土壤中铯的吸收与富集

试验土壤铯污染量为500mgCskg^-1土，铯污染8周后（Massas I, Skarlou V,Haidouti C. ¹³⁴Cs uptake by four plant species and Cs–K relations in the soil–plant system as affected by Ca(OH)₂ application to an acid soil[J]. Journal of Environmental Radioactivity , 2010,101: 250–257.）,空心莲子草于5月1日移栽，出苗后1周定苗，每盆6株。保持土壤湿度为田间持水量的80%以上。3盆于7月23日第1次分地上和地下收获，分别测定地上部和地下部干重及铯含量。另外3盆收割时留茬1～2节利于再生，按照前述操作方法进行追肥管理，于9月11日第2次收割地上部分,测定干重和铯含量。

结果表明，在高浓度铯污染的土壤，空心莲子草没有死亡，植株生长比较正常，长势较好。第1次收割茎叶铯含量9.19 mg/gDW，每平方米茎叶清除铯554 mg/m²；第2次收割茎叶铯含量9.01 mg/gDW，每平方米茎叶清除铯533 mg/m²。

他人研究（王丹，张晓雪等,专利公告号：CN101905237A(2010.12.08)）表明，红苋菜在低浓度铯污染土壤中清除铯的效果很好。本研究表明，在500mgkg^-1土的高浓度铯污染下，空心莲子草清除铯的效果好，单位面积的清除效果优于现有技术成果。

实施例 2  空心莲子草对铯污染浓度为300mgCskg ^-1 土的土壤中铯的吸收与富集

试验土壤铯污染量为300mgCskg^-1土，铯污染8周后（Massas I, Skarlou V,Haidouti C. ¹³⁴Cs uptake by four plant species and Cs–K relations in the soil–plant system as affected by Ca(OH)₂ application to an acid soil[J]. Journal of Environmental Radioactivity , 2010,101: 250–257.）,空心莲子草于3月25日移栽，出苗后1周定苗，每盆6株。保持土壤湿度为田间持水量的80%以上。3盆于6月20日第1次分地上和地下收获，分别测定地上部和地下部干重及铯含量。另外3盆收割时留茬1～2节利于再生，按照前述的操作方法进行追肥管理，于8月19日第2次收割地上部分,测定干重和铯含量；按照前述的操作方法进行追肥管理，于10月20日第3次收割地上部分,测定干重和铯含量。

结果表明，在高浓度铯污染的土壤，空心莲子草生长正常，长势良好。第1次收割茎叶铯含量6.12 mg/gDW，每平方米茎叶清除铯353 mg/m²；第2次收割茎叶铯含量5.31 mg/gDW，每平方米茎叶清除铯315 mg/m²；第3次收割茎叶铯含量4.82 mg/gDW，每平方米茎叶清除铯293 mg/m²。

他人研究（王丹，张晓雪等,专利公告号：CN101905237A(2010.12.08)）表明，红苋菜在低浓度铯污染土壤中清除铯的效果很好。本研究表明，在300mgkg^-1土的高浓度铯污染下，空心莲子草清除铯的效果好，单位面积的清除效果优于现有技术成果。

实施例 3  空心莲子草对铯污染浓度为100mgCskg ^-1 土的土壤中铯的吸收与富集

试验土壤铯污染量为100mgCskg^-1土，铯污染8周后（Massas I, Skarlou V,Haidouti C. ¹³⁴Cs uptake by four plant species and Cs–K relations in the soil–plant system as affected by Ca(OH)₂ application to an acid soil[J]. Journal of Environmental Radioactivity , 2010,101: 250–257.）,空心莲子草于4月15日移栽，出苗后1周定苗，每盆6株。保持土壤湿度为田间持水量的80%以上。3盆于7月9日第1次分地上和地下收获，分别测定地上部和地下部干重及铯含量。另外3盆收割时留茬1～2节利于再生，按照前述的操作方法进行追肥管理，于8月28日第2次收割地上部分,测定干重和铯含量；按照前述的操作方法进行追肥管理，于10月30日第3次收割地上部分,测定干重和铯含量。

结果表明，在高浓度铯污染的土壤，空心莲子草生长良好，长势茂盛。第1次收割茎叶铯含量2.91 mg/gDW，每平方米茎叶清除铯163 mg/m²；第2次收割茎叶铯含量2.43 mg/gDW，每平方米茎叶清除铯139 mg/m²；第3次收割茎叶铯含量2.08 mg/gDW，每平方米茎叶清除铯115 mg/m²。

他人研究（王丹，张晓雪等,专利公告号：CN101905237A(2010.12.08)）表明，红苋菜在低浓度铯污染土壤中清除铯的效果很好。本研究表明，在100mgkg^-1土的高浓度铯污染下，空心莲子草清除铯的效果好，单位面积的清除效果优于现有技术成果。

Claims (6)

1.一种修复高浓度铯污染湿地、滩涂土壤的方法，其特征在于，在受高浓度铯污染湿地、滩涂土壤种植空心莲子草；施追肥；当空心莲子草主茎长50cm左右时收割地上部分；收割时留茬1～2节利于再生；收割的地上部分从污染土壤中移走集中处理。

2.根据权利要求1所述的修复高浓度铯污染湿地、滩涂土壤的方法，其特征在于，所述湿地、滩涂指河湖滩地、浅水沟、沼泽湿地、低洼渍水地以及土壤田间持水量80%以上的土壤。

3.根据权利要求1所述的修复高浓度铯污染湿地、滩涂土壤的方法，其特征在于，所述的种植空心莲子草时间是每年3～5月；利用空心莲子草的地下茎、根移栽；每平方米100个茎、根节；盖土2～3cm。

4.根据权利要求1所述的修复高浓度铯污染湿地、滩涂土壤的方法，其特征在于，利用空心莲子草的再生特性，每次收割时留1～2节以利于再生；施追肥；再生苗主茎长50cm左右再次收割；移走；集中处理；一年可收割3次；一年种植，多年收割；如此连续收割多年，可修复高浓度铯污染土壤。

5.根据权利要求1所述的修复高浓度铯污染湿地、滩涂土壤的方法，其特征在于，所述施追肥，指空心莲子草移栽出苗或收割再生出苗后15～20天，每666.7M²用腐熟人畜粪1000～2000 千克，加水2000千克稀释，加10～15千克氮磷钾复合肥，泼洒田间。

6.根据权利要求1所述的修复高浓度铯污染湿地、滩涂土壤的方法，其特征在于，所述集中处理，是将收割的空心莲子草干燥后焚烧，把灰分中的铯进一步采用回收铯或直接填埋进行处理。