CN102601103A - 一种利用菊苣修复治理高浓度锶污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用菊苣修复治理锶污染土壤的方法。它是在高浓度锶污染的土壤中播种菊苣并进行栽培管理，当菊苣苗高40～50cm时收割地上部分运走集中处理；收割时留茬高度4cm左右，再生苗高40～50cm再次收割，一年可收割4次,连续3～6年，也可到土壤锶含量达到安全水平为止。本发明筛选出的植物在高浓度锶污染的土壤中能正常发芽出苗，生长速度快，生物产量高、抗胁迫能力和再生能力强，可以永久性地解决土壤中锶的污染问题。

Description

一种利用菊苣修复治理高浓度锶污染土壤的方法

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.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。利用植物对⁸⁸Sr的吸收来评价对⁹⁰Sr的吸收，也是很常见的研究方法（王丹，张晓雪等,专利公告号：CN101905237A(2010.12.08); 敖 嘉,唐运来等. Sr胁迫对油菜幼苗抗氧化指标影响的研究.核农学报　2010, 24 (1) : 0166-0170）。我国表土层(0～20cm)锶含量的算术平均值是167mgSrkg^-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，1990：88）。目前研究锶污染的浓度较低，一般在20～40mgSrkg^-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锶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菊苣，提供一种生物量大、再生性强、治理速度快、成本低、效果好的利用菊苣修复治理高浓度锶污染土壤（300～500mgSrkg^-1土）的方法。

本发明的内容是：一种利用植物菊苣修复治理高浓度锶污染土壤的方法，其特征是：在高浓度锶污染的土壤中播种菊苣并进行栽培管理，当菊苣苗高40～50cm时，收割地上器官，从污染土壤中运走集中处理。

本发明的内容中：所述在高浓度锶污染的土壤中播种菊苣，是指在300～500mgSrkg^-1土的锶污染土壤；菊苣收割地上器官运走后，施肥浇水，促进菊苣再生，再生苗高40～50cm时，收割再生苗，一年可收割4～5次，连续3～6年，也可到土壤锶含量达到安全水平为止；所述种植菊苣的方法，是第一年第一次播种，每667m²用种600g,拌细土撒播,第一次收获后，利用菊苣的缩根再生苗，连续栽培管理；所述种植菊苣第一年第一次播种时间是3～5月；所述受锶污染的土壤，包括山坡地、荒地、大田土壤；所述栽培管理，包括非耕地播种前清除其他植物，整平整细土壤，播种前施基肥，收割后施追肥,以及收割时留茬4cm以利再生；所述非耕地播种前清除其他植物，是指非耕地播种前2周，667m²用10%草甘膦（农业上广泛使用的除草剂）水剂400～700克喷洒清除其他植物，避免遮阴；所述栽培管理还包括水分管理，播种前如土壤较干，洒水至土壤田间持水量60%～80%促进发芽出苗；菊苣生长期间保持田间持水量60%～70%,排水不良的地块要作厢理沟，排除渍水；所述基肥为腐熟的人畜粪，施用量为每667m²2500～4000 千克；所述追肥，指在每次收割后，每667m²用腐熟人畜粪1000～2000 千克，加水3000千克稀释，加15～20千克复合肥（15%N-15%P₂O₅-15%K₂O）；所述集中处理，是将收割的菊苣集中腐烂，干燥后焚烧，把灰分中的锶进一步采用回收锶或直接填埋等现有技术进行处理。

菊苣（Cichorium intybus L）是菊科（Asteraceae）多年生草本缩根植物，别名苦苣、苦菜、卡斯尼、皱叶苦苣等。菊苣适应性强，喜温暖湿润，也耐寒耐旱耐热，病虫害极少，广泛用作饲料。

Sr是水溶性长寿命金属核素，与营养元素Ca的化学行为相近，具有重要的生态学意义，Sr的积累植物和超积累植物主要分布在菊科(compositae)、苋科(Amaranthaceae)和藜科(chenopodiceae)等植物内。

本发明具有下列特点和有益效果：①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锶污染的土壤（300～500mgSrkg^-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锶超富集植物-菊苣，采用科学的栽培管理方法，将菊苣种植在受高浓度锶污染的土壤中，通过菊苣的吸收和富集作用，可以永久性地解决土壤中锶的污染问题；②采用本发明，一次播种，多次收割，一年播种，多年收割；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，在治理大面积土壤锶污染土壤的同时绿化了环境，实用性强对高浓度锶污染土壤（300～500mgCskg^-1土）具有良好的修复效果。

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：①在受污染的山坡地、荒地、大田，将土地整平整细，撒播种子（牧草种子，市场有售），每亩600g。播种时间，3～5月。因种子细小体轻，宜拌细土撒播。非耕地播种前2周，每亩用10%草甘膦（农业上广泛使用的除草剂）水剂400～700克喷洒清除其他植物，避免遮阴。如土壤较干，洒水至土壤田间持水量60%～80%促进发芽出苗；菊苣生长期间保持田间持水量60%～70%。如地势低洼，播种前土壤要作厢、理沟，避免渍水烂根；②菊苣生长很快，苗高40～50cm收割地上部分集中腐烂分解、干燥焚烧后打包处理。收割时留茬高度4cm左右，再生苗高40～50cm再次收割，一年可收割4次,具有优良的修复效果。每次收割后，每667m²用腐熟人畜粪1000～2000 千克，加水3000千克稀释，加15～20千克复合肥，保证再生苗生长；③菊苣利用时间长，一次播种，可以利用8～10年，节省成本。                                               

收割的菊苣含锶较高，不要作蔬菜、饲料使用。

实施例1  菊苣在锶污染浓度为500mgSrkg ^-1 土的土壤中对锶的吸收与富集

试验土壤锶污染量为500mgSrkg^-1土，菊苣于5月1日播种，菊苣出苗后1周定苗，每盆6株。保持土壤湿度在60%～70%。3盆于7月23日分地上地下收获，分别测定地上地下干重和锶含量。另外3盆只收割地上部分，留茬4cm，按照前述操作方法进行施肥浇水栽培管理，促进生长，于9月5日收获一次再生苗地上部分测定锶含量，留茬4cm左右以利再生；对收割地上部分后的菊苣继续进行施肥浇水栽培管理，促进生长，于10月30日收获二次再生苗地上部分测定锶含量,留茬4cm以利再生。

结果表明，在高浓度锶污染的土壤，菊苣没有死亡，植株生长良好，长势茂盛。实生苗地上部Sr 含量4.36mg/gDW，根系Sr 含量0.46mg/gDW，含量冠根比（地上部含量比地下部含量）9.5倍，有利于锶的收割清除。一次再生苗地上部Sr 含量4.01mg/gDW，二次再生苗地上部Sr 含量3.89mg/gDW. 根据菊苣一年收割4～5次的特点（第二年直接利用再生苗可收割5次）、收获地上部干重和Sr含量，6年时间可将污染土壤修复到我国表土Sr含量的平均水平。

本发明表明，在500mgSrkg^-1土的高浓度锶污染下，菊苣清除锶的效果好，单位面积的清除效果优于现有技术成果。

实施例2  菊苣在锶污染浓度为400mgSrkg ^-1 土的土壤中对锶的吸收与富集

试验土壤锶污染量为400mgSrkg^-1土，菊苣于3月25日播种，菊苣出苗后1周定苗，每盆6株。保持土壤田间持水量60%～70%，3盆于6月20日分地上地下收获，分别测定地上地下干重和锶含量。另外3盆只收割地上部分，留茬4cm以利再生，按照前述操作方法进行施肥浇水栽培管理，促进生长，于8月1日收获一次再生苗地上部分测定锶含量，留茬4cm以利再生；对收割地上部分后的菊苣继续进行施肥浇水栽培管理，促进长，于9月5日收获二次再生苗地上部分测定锶含量，留茬4cm以利再生；对收割地上部分后的菊苣继续进行施肥浇水栽培管理，促进生长，于10月25日收获三次再生苗地上部分测定锶含量，留茬4cm以利再生。

结果表明，在高浓度锶污染的土壤，菊苣没有死亡，植株生长良好。实生苗地上部Sr 含量2.92mg/gDW，根系Sr 含量0.35mg/gDW，实生苗锶的地上部含量是地下部含量的8.3倍，有利于锶的收割清除。一次再生苗地上部Sr 含量2.75mg/gDW，二次再生苗地上部Sr 含量2.66mg/gDW，三次再生苗地上部Sr 含量2.54mg/gDW 。根据菊苣一年收割4～5次的特点（第二年直接利用再生苗可收割5次）、收获地上部干重和Sr含量，4～5年时间可将污染土壤修复到我国表土Sr含量的平均水平。

本发明表明，在400mgSrkg^-1土的高浓度锶污染下，菊苣清除锶的效果好，单位面积的清除效果优于现有技术成果。

实施例3  菊苣在锶污染浓度为300mgSrkg ^-1 土的土壤中对锶的吸收与富集

试验土壤锶污染量为300mgSrkg^-1土，菊苣于4月20日播种，菊苣出苗后1周定苗，每盆6株。保持土壤湿度在60%～70%，3盆于7月13日分地上地下收获。分别测定地上地下干重和锶含量。另外3盆只收割地上部分，留茬4cm以利再生，按照前述操作方法进行施肥浇水栽培管理，促进生长，于8月18日收获一次再生苗地上部分测定锶含量，留茬4cm以利再生；对收割地上部分后的菊苣继续进行施肥浇水栽培管理，促进生长，于9月29日收获二次再生苗地上部分测定锶含量，留茬4cm以利再生；对收割地上部分后的菊苣继续进行施肥浇水栽培管理，促进生长，于11月15日收获三次再生苗地上部分测定锶含量，留茬4cm以利再生。

结果表明，在高浓度锶污染的土壤，菊苣生长很好，长势茂盛。实生苗地上部Sr 含量1.85mg/gDW，根系Sr 含量0.23mg/gDW，实生苗锶的地上部含量是地下部含量的8.0倍，有利于锶的收割清除。一次再生苗地上部Sr 含量1.77mg/gDW，二次再生苗地上部Sr 含量1.69mg/gDW，三次再生苗地上部Sr 含量1.61mg/gDW 。根据菊苣一年收割4～5次的特点（第二年直接利用再生苗可收割5次）、收获地上部干重和Sr含量，3年可将污染土壤修复到我国表土Sr含量的平均水平。

本发明表明，在300mgSrkg^-1土的高浓度锶污染下，菊苣清除锶的效果好，单位面积的清除效果优于现有技术成果。

Claims (9)

1.一种利用菊苣修复治理高浓度锶污染土壤的方法，其特征在于，在高浓度锶污染土壤中播种菊苣并进行栽培管理；当植物菊苣苗高40～50cm时收割地上部分；收割时留茬4cm左右利于再生，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所述的利用菊苣修复治理高浓度锶污染土壤的方法，其特征在于，将植物菊苣地上部分从污染土壤中移走后，利用菊苣再生苗并进行栽培管理，再生苗高40～50cm再次收割、移走、集中处理；每次收割时留茬4cm左右利于再生，一年可收割4～5次；一年播种，多年收割，如此连续收割3～6年，可修复治理高浓度锶污染土壤。

3.根据权利要求1或2所述的利用菊苣修复治理高浓度锶污染土壤的方法，其特征在于，播种菊苣的时间是每年的3～5月；播种量是每亩600g，拌细土撒播。

4.根据权利要求1或2所述的利用菊苣修复治理高浓度锶污染土壤的方法，其特征在于，所述的栽培管理，包括非耕地播种前清除其他植物；整平整细土壤；播种前施基肥；收割后施追肥。

5.根据权利要求1所述的利用菊苣修复治理高浓度锶污染土壤的方法，其特征在于，对田间持水量＜50%的高浓度锶污染土壤，播种前洒水至土壤田间持水量60%～80%促进发芽出苗；菊苣生长期间保持田间持水量60%～70%；对排水不良的高浓度锶污染土壤要作厢理沟，排除渍水。

6.根据权利要求4所述的利用菊苣修复治理高浓度锶污染土壤的方法，其特征在于，所述的非耕地播种前清除其他植物，是指非耕地播种前2周，每666.7M²用10%草甘膦水剂400～700克喷洒清除其他植物，避免遮阴。

7.根据权利要求4所述的利用菊苣修复治理高浓度锶污染土壤的方法，其特征在于，所述基肥为腐熟的人畜粪，施用量为每亩2500～4000 千克。

8.根据权利要求4所述的利用菊苣修复治理高浓度锶污染土壤的方法，其特征在于，所述追肥，指在每次收割后，每666.7M²用腐熟人畜粪1000～2000 千克，加水3000千克稀释，加15～20千克氮磷钾复合肥。

9.根据权利要求1或2所述的利用菊苣修复治理高浓度锶污染土壤的方法，其特征在于，所述集中处理，是将收割的菊苣干燥后焚烧，把灰分中的锶进一步采用回收锶或直接填埋方式进行处理。