CN102744248A - 巨桉在修复稀土元素镧污染土壤中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环境中采用植物修复技术对稀土元素污染土壤进行修复的领域，具体为巨桉在修复稀土元素镧污染土壤中的应用。该应用方法为将巨桉幼苗直接种植于稀土元素镧污染的土壤中，使巨桉对稀土元素镧进行富集，并定期对巨桉进行树叶和枝干修理，并集中对修理下来的树叶和枝干进行灰化处理，从而使稀土元素镧污染的土壤进行修复。利用巨桉植株对镧（La）这种稀土元素具有显著的富集特性，可以在有效利用巨桉植株对镧（La）污染的土壤进行永久修复，可以稳定地表，大量固定水分，防止了污染物的扩散和水土流失；还可以利用先进的技术进行灰化处理，提取重金属。从而进一步达到对稀土元素污染的土壤进行修复。

Description

巨桉在修复稀土元素镧污染土壤中的应用

技术领域

本发明涉及环境中采用植物修复技术对稀土元素污染土壤进行修复的领域，具体为巨桉在修复稀土元素镧污染土壤中的应用。

背景技术

随着经济的发展，人类活动的增加，工业化进程不断加快，镧等稀土元素对土壤及水资源的污染已越来越严重，我国已将稀土元素镧确定为主要的环境污染物，而稀土矿的开发带来的稀土元素污染最为严重。四川西部是全国著名的铅锌矿、铜矿、铁矿和稀土矿的集中分布区，稀土矿山开发时产生的尾矿和废水常因含有较高含量的镧而污染矿区土壤和邻近的农田。虽然稀土元素的生物毒性与铜、镉等重金属相比相对较低 ,但稀土元素的长期毒害依然是非常严重的。鉴于稀土元素长期毒害，以及我国目前稀土元素污染的严重性 ,稀土元素植物修复元素及稀土元素超积累植物研究引起生态学、环境学更广泛的重视。

因此，研究稀土元素污染土壤修复技术具有重要的现实意义。植物修复技术作为一种新兴的、高效的生物修复途径现已被科学界和政府部门认可和选用。它具有投资少、效率高，且不造成二次污染等多种特性，在修复重金属土壤污染中显示了极大的潜力。利用对稀土元素具有修复潜力的植物（包括富集植物或超富集植物)进行稀土元素污染土壤的修复是有效的途径之一，而且植物修复过程中植物提取稀土元素为稀土元素的开发再利用提供了参考。

目前已开发出可用于修复土壤稀土元素污染的植物种类偏少，主要包括柔毛山核桃、山核桃、乌毛蕨、芒萁等，但这些植物往往生长缓慢或者生物量小，应用于植物修复的范围会比较狭窄，因此，目前可用于稀土元素污染土壤修复的植物品种资源难以满足实际需要，急待进一步研究。

因此，寻找适合于川西气候、镧污染土壤条件，生长迅速，生物量较大且稀土元素富集能力强的植物新品种是该区域稀土元素污染土壤植物修复技术亟待解决的问题。

发明内容

本发明正是针对以上技术问题，提供一种可用于土壤稀土元素污染生物修复的植物品种，还能解决资源不足的问题，具体为巨桉在修复稀土元素镧污染土壤中的应用。

本发明的具体技术方案如下：

桃金娘科桉属植物巨桉（拉丁名为Eucalyptus grandis），对土壤环境中的镧稀土元素具有显著的耐性和富集特性。

巨桉在修复稀土元素镧污染土壤中的应用将巨桉幼苗直接种植于稀土元素镧污染的土壤中，使巨桉对稀土元素镧进行富集，并定期对巨桉进行树叶和枝干修理，并集中对修理下来的树叶和枝干进行灰化处理，从而使稀土元素镧污染的土壤进行修复。

巨桉种植的稀土元素镧污染的土壤的pH值为4.0-7.0，当稀土元素镧污染的土壤是中性土或者碱性土时，加入硫酸亚铁粉末改良成酸性土，按每平方米施入200g的硫酸亚铁粉末进行。

将巨桉幼苗直接移栽于镧污染的土壤中，其具体步骤包括：

 ①栽种：每年三月底或四月初将巨桉幼苗直接移栽于已挖好的圆柱形穴中中，巨桉幼苗高10-15cm，穴深35cm，直径40cm，行距2.0m，株距2.0m；移栽前每穴施0.4kg复合肥作底肥。施肥后盖层薄土，以免烧苗。栽后根据土壤水分实际情况浇足定根水，每亩灌水50-60方；

②日常管理：植物栽培期，根据土壤水分实际情况每亩灌水70-80方，每年追肥2次，在距离树干5-10cm处挖环沟圈施，每株每次追施复合肥0.25kg，施后覆上一层6cm左右的细土；

③后期处理：每年采集巨桉桉凋落物，2年后间伐50%桉树，3年后全部砍伐，烘干粉碎，然后对其进行灰化处理，提取稀土元素镧；

步骤③中3年后全部砍伐，砍伐时留桩发芽，伐蔸高度为10-12cm，以便进行连续修复。管理方法和前面植苗造林相同。

当土壤中稀土元素镧的浓度350 mg kg^-1左右时，巨桉对被稀土元素镧污染土壤具有很好的修复能力。

巨桉植株的各部位对稀土元素镧均有累积能力，稀土元素镧的累积量随稀土元素镧处理浓度的增加而增加，在＜500 mg kg^-1镧处理浓度下，巨桉各部位的镧含量和累积量是根＞叶＞茎，其根、叶、茎中镧含量最大值分别为302.17 mg·kg^-1、208.29 mg·kg^-1、149.84 mg·kg^-1。在350 mg每千克的处理浓度时单株巨桉对镧的累积量最大，为10883.00μg /盆。

将巨桉幼苗种植于稀土元素镧污染的土壤中，利用巨桉植株对镧（La）这种稀土元素具有显著的富集特性，并将其富集吸收的大部分稀土元素镧转运到植株的地上部分；在巨桉生长期间收集其凋落物,并在栽种2年后间伐其地上生物量的50%，3年后全部砍伐，烘干打碎成粉末，进行灰化处理，并提取重金属，以达到修复稀土元素镧污染土壤的目的。

本发明的积极效果体现在：

（一）、巨桉的生命力非常旺盛，易于繁殖和成活，生长速度快，在其种植和生长过程中操作简单，成本较低。同时，巨桉对污染土壤还有绿化覆盖, 减少水土流失的功能，因此可以工程化利用。

（二）、利用巨桉植株对镧（La）这种稀土元素具有显著的富集特性，可以在有效利用巨桉植株对镧（La）污染的土壤进行永久修复，可以稳定地表，大量固定水分，防止了污染物的扩散和水土流失；巨桉生命力非常旺盛，易于成活，其自然繁殖生长快速，可以利用先进的技术进行灰化处理，提取重金属。

 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。

实施例1：

盆栽胁迫试验

试验地点设在四川农业大学雅安校区教学科研农场。

采用盆栽模拟土壤稀土元素污染的方法，将桃金娘科桉属植物巨桉（Eucalyptus grandis）幼苗移栽于投加梯度浓度稀土元素污染过的盆栽土壤中。本试验于4月开始，移栽的巨桉幼苗为采自四川省雅安市名山县，每盆2株，4次重复。每盆土壤重8 kg,每盆施入0.3kg复合肥。试验共设5个处理，分别为CK（不投加La）和5个不同投加浓度试验，投加浓度为10 mg kg^-1（T1）、100 mg kg^-1 （T2）、350 mg kg^-1 （T3）和500 mg kg^-1 （T4）投加的稀土元素形态为LaCl₃·7H₂O，为优级纯试剂，以固态加入到土壤中，充分混匀，平衡四周后待用。植物于网室内栽培，管理方式与巨桉一般管理相同。9个月后采收样品，测定巨桉的生物量、各器官的La含量与累积量、地上部分对稀土元素La的累积量以及巨桉对La的提取效率。提取潜力可以用PEN（植物提取1g金属需要多少地上部分生物量）和MER（植物地上部金属富集量占土壤中金属总量的百分比）反应。

试验结果如下：

表1. 不同处理浓度下巨桉各部位镧的含量与累积量

                                                 

表2. 不同处理浓度下巨桉对镧的富集特征及提取潜力

表1结果表明，巨桉植株的各部位对稀土元素镧均有累积能力，稀土元素镧的含量和累积量随稀土元素镧处理浓度的增加而增加，在不同稀土元素镧处理浓度下巨桉各部位镧的含量和累积量是根＞茎＞叶，但在500 mg kg^-1处理浓度时，镧含量和累积量是根＞叶＞茎。各部位的镧含量都是500 mg kg^-1处理含量最高，其根、叶、茎中镧含量最大值分别为302.17 mg kg^-1、208.29 mg kg^-1、208.29 mg kg^-1，而累积量最大值分别为4160.54μg、6011.31μg、6776.78μg。其中叶、茎和根中镧含量在100 mg kg^-1处理之前上升趋势平缓，而在350 mg kg^-1以上时吸收量突然变大，表2也表明，地上部镧含量从350 mg kg-1处理开始上升幅度增大。

      表1、2 显示，当土壤中镧投加的浓度为100 mg kg^-1时，地上部生物量比对照增加了3.82%，且在土壤镧投加浓度为500 mg kg^-1时，植株仍正常生长，生物量较对照仅降低了25.56%，说明巨桉对镧有很强的耐性。随着土壤中镧浓度的增加，巨桉地上部分的累积大致呈增加趋势。当土壤镧浓度分别为500 mg kg^-1和350 mg kg^-1时，植株根的固持量和地上部累积量分别达到最大值4160.54μg和10833.00μg，而当土壤镧浓度为300 mg kg^-1和500 mg kg^-1时，植株的PEN和MER分别为5530、4542和3.7%、2.7%。因此，巨桉对稀土元素镧有较强的提取和富集能力。

综上所述，从巨桉对镧的耐性、各器官的镧含量、富集特征和提取潜力来看，巨桉为镧的强耐性、较强富集特征的植物，对镧污染土壤具有较强的修复能力并可以利用巨桉对镧较强的提取富集镧能力，为植物采（稀土）矿提供参考。

Claims (6)

1.巨桉在修复稀土元素镧污染土壤中的应用，其特征在于：将巨桉幼苗直接种植于稀土元素镧污染的土壤中，使巨桉对稀土元素镧进行富集，并定期对巨桉进行树叶和枝干修理，并集中对修理下来的树叶和枝干进行灰化处理，从而使稀土元素镧污染的土壤进行修复。

2.根据权利要求1所述的巨桉在修复稀土元素镧污染土壤中的应用，其特征在于：巨桉种植的稀土元素镧污染的土壤的pH值为4.0-7.0。

3.根据权利要求1所述的巨桉在修复稀土元素镧污染土壤中的应用，其特征在于：将巨桉幼苗直接移栽于镧污染的土壤中，具体步骤包括：

 ①栽种：每年三月底或四月初将巨桉幼苗直接移栽于已挖好的圆柱形穴中中，巨桉幼苗高10-15cm，穴深35cm，直径40cm，行距2.0m，株距2.0m；移栽前每穴施0.4kg复合肥作底肥，

施肥后盖层薄土；

②日常管理：植物栽培期，根据土壤水分实际情况每亩灌水70-80方，每年追肥2次，在距离树干5-10cm处挖环沟圈施，每株每次追施复合肥0.25kg，施后覆上一层6cm左右的细土；

③后期处理：每年采集巨桉桉凋落物，2年后间伐50%桉树，3年后全部砍伐，烘干粉碎，然后对其进行灰化处理，提取稀土元素镧。

4.根据权利要求3所述的巨桉在修复稀土元素镧污染土壤中的应用，其特征在于：所述的步骤③中3年后全部砍伐，砍伐时留桩发芽，伐蔸高度为10-12cm，以便进行连续修复。

5.根据权利要求1所述的巨桉在修复稀土元素镧污染土壤中的应用，其特征在于：所述的土壤中稀土元素镧的浓度350 mg·kg^-1左右时，巨桉对被稀土元素镧污染土壤具有很好的修复能力。

6.根据权利要求1所述的巨桉在修复稀土元素镧污染土壤中的应用，其特征在于：巨桉植株的各部位对稀土元素镧均有累积能力，稀土元素镧的累积量随稀土元素镧处理浓度的增加而增加，在＜500 mg/kg的镧处理浓度下巨桉各部位的镧含量和累积量均为根＞叶＞茎，其根、叶、茎中镧含量最大值分别为302.17 mg /kg、208.29 mg/kg、149.84 mg/kg，在350 mg/kg处理浓度时巨桉对镧的累积量最大，为10883.00μg /盆。