CN102989752A - EDTA辅助蔬菜作物修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法 - Google Patents

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常州水木环保科技有限公司
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本发明涉及重金属复合污染土壤的蔬菜修复,具体的说是一种利用强化措施修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法。该方法是在待修复土壤中按季节轮作种植蔬菜作物苋菜、胡萝卜,待苋菜、胡萝卜生长至成熟期时,在土壤中添加螯合剂EDTA,再生长10-15天后将蔬菜整体移除,从而达到修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的目的。本发明通过施入EDTA,不仅可以活化土壤中重金属污染物,还可以显著提高蔬菜作物对Cd-Cu-Pb的修复效果,从而加速Cd-Cu-Pb复合污染土壤的植物修复过程。本发明具有修复成本低、修复效率高、可操作性强、环境风险小等优点,且可在治理复合污染土壤的同时保证蔬菜品质。

Description

EDTA辅助蔬菜作物修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法技术领域[0001] 本发明涉及重金属复合污染土壤的蔬菜作物修复,具体的说是一种利用强化措施 修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法。背景技术[0002] 重金属污染问题在我国日益严重,据统计,目前我国约有1.3万hm2耕地受 到Cd、Pb等重金属污染,因重金属污染导致粮食减产达1000万t[文献1:杨淑静,张 爱平,杨世绮,等.农业非点源污染现状分析及国内外研究进展[J].中国农业气 象,2009, 30:82-85]。土壤中重金属被植物吸收后抑制其生长,造成作物减产甚至绝收,并 最终通过食物链进入人体危害健康[文献2 :Maeda S,Kawachi T, Unami K. Controlling wasteloads from pointand nonpoint sources to river byGIS-aid-ed epsilon robust optimization mode[J]. Journal of Hydro-EnvironmentResearch, 2010,4( 1):27-36;文献 3 :Singh Vijay P. Computer Models of Watershed Hydrology[M]. Highlands Ranch, Colorado, USA: Water Resources Publications, 1995]。在自然界中, 重金属污染很少单独存在于某一环境中,通常是多种污染物进入环境并共存,即多种重金 属元素复合污染[文献4:奚旦立.环境工程手册:环境监测卷[M].北京:高等教育出 版社,1998:683-684 ;文献5 :重庆市统计局,国家统计局重庆调查总队.重庆统计年鉴, 2009[K],北京:中国统计出版社,2009]。20世纪60年代以来,Cd、Pb等重金属复合污染 已引起国内外学者的广泛关注,研究表明,多种重金属元素共存时,其复合作用可大大改变 单一重金属对植物的毒性作用[文献6:曹彦龙,李崇明,郭劲松,等.重庆三峡库区农 业非点源污染来源分析及负荷计算[J].重庆建筑大学学报,2007,29 (4): 1-5]。因此,研究 重金属复合污染土壤的修复对复合污染的治理具有一定意义,可为复合污染的治理提供科 学理论依据及参考。[0003]目前,可用于修复土壤重金属污染的技术很多,但成本低廉的方法却不多见。近年 来出现的植物修复(phytoremediation)技术,作为一种原位绿色修复技术,具有费用低廉、 不破坏环境、易于为人们所接受等优点,已成为环境科学领域的研究与应用热点。将蔬菜 用于重金属土壤的修复,通过按季节轮作种植,既可修复土壤重金属污染,又可保证蔬菜品 质,在获得环境效应的同时保证经济效益,一举两得。[0004] 近年来,土壤重金属污染的植物修复以其费用低廉、不破坏场地结构、美化环境、 易于为社会所接受等优点而得到重视。但由于很多待修复土壤中目标重金属活性较低,而 已发现的富集植物大多生长缓慢,生物量小,而生长迅速、生物量大的富集植物一般很难吸 收富集高浓度的重金属,给实际修复带来很多困难。(本段文字,放在背景技术中,易引起技 术启示,因此放入到发明内容中,)发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种高效、经济、安全的强化措施修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法。

[0006]为实现上述目的,本发明的技术内容为:在待修复土壤中按季节轮作种植具有Cd-Cu-Pb富集能力的蔬菜作物苋菜、胡萝卜,待苋菜、胡萝卜生长至成熟期时,在土壤中添加螯合剂EDTA,再生长10-15天后将蔬菜作物整体移除,从而达到修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的目的,目前螯合剂的使用,给修复重金属污染土壤带来诸多优点:(1)通过投加螯合剂可活化污染土壤中重金属活性,更易于植物富集土壤中的重金属。(2)螯合剂的施加,提高了植物修复污染土壤的效率,降低修复成本。(3) 土壤中施加螯合剂还促进了植物的吸收,利于植物的生产,提高其产量。其中螯合剂的添加量为每千克土壤中2. 5-7. 5mmol/kg土。同时可根据土壤中肥力状况施用适量促进植物生长的氮磷钾肥。

[0007] 所述螯合剂为乙二胺四乙酸(EDTA)。所述种植苋菜、胡萝卜是指将高2-4cm或含2-3片展开真叶的苋菜、胡萝卜幼苗移栽到Cd-Cu-Pb复合污染土壤中。在Cd-Cu-Pb复合污染土壤中种植的苋菜、胡萝卜采用室外栽培,定期浇水,使土壤含水量保持在田间持水量的609^80%。在Cd-Cu-Pb复合污染土壤上采用轮作的方式种植苋菜、胡萝卜作物,即在第一茬苋菜作物长到成熟期时,在土壤中添加螯合剂EDTA,再生长10-15天后,将苋菜整体从污染土壤上移出,再种植第二茬胡萝卜作物,胡萝卜生长至成熟期时,在土壤中添加螯合剂EDTA,再生长10-15天后,将胡萝卜作物整体移除,重复上述过程,直至土壤中的重金属Cd-Cu-Pb含量达到环境标准值。

[0008] 本发明所具有的优点:

[0009] ( I)本发明在蔬菜作物修复土壤的基础上,配合螯合剂EDTA强化措施,既保证了较高的修复效率,又降低了修复成本和环境风险。

[0010] (2)本发明选用的苋菜、胡萝卜对Cd、Cu、Pb的耐性和富集能力均较强,栽培管理较易,且生长速度快,又能保证蔬菜作物的品种,在修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的同时具有良好的环境、经济效益。

[0011] (3)本发明采用植物原位强化修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的措施,与传统的污染土壤治理方法相比,具有投资少、工程量小、技术要求不高等优点。

具体实施方式

[0012] 实施例1

[0013] 盆栽试验地点在常州市武进区水稻研究所的网室内,该场地在武进区农场,实验场地周围没有污染源,是重金属、有机物未污染区。盆栽试验土壤采自常州市武进区水稻研究所内无污染区的表层土壤((T20cm)。

[0014] 实验共设定了 4个浓度,分别为对照(CK,不投加Cd、Cu、Pb)及3个不同的Cd、Cu、Pb 投加浓度实验,Cd 投加浓度:2. Omg/kg (Tl)、6. Omg/kg (T2)、10. Omg/kg (T3), Cu 投加浓度:800mg/kg (Tl)、2400mg/kg (T2)、4000mg/kg (T3), Pb 投加浓度:lOOOmg/kg (Tl)、3000mg/kg (T2)、5000mg/kg (T3),分别为我国土壤环境质量标准(GB15618,,195)三级标准的2、6、10倍,投加的重金属形态为CdCl2 • 2. 5H20, CuSO4 • 5H20, Pb (NO3) 2,分别加入到土壤中,充分混匀,平衡半年后待用。

[0015] 本实验于春天开始,苋菜种子在室内进行育苗。将苋菜种子置于预装沙土的育苗盒中,沙:土 =1:3,待幼苗长到2-3片展开真叶时,选择生长 一致的幼苗分别移栽入各处理盆中。每盆各载3株苗,重复3次。根据盆中土壤缺水情况,不定期浇自来水(水中不含Cd、 Cu、Pb),使土壤含水量经常保持在田间持水量的609Γ80%左右,待植物成熟后进行收获,再种植第二茬作物胡萝卜,胡萝卜的处理同苋菜。[0016] 实验结果[0017] 表I给出了不同Cd、Cu、Pb浓度处理条件下,苋菜、胡萝卜地上部生物量的变化。 方差分析表明,与对照相比,觅菜、胡萝卜在W添加浓度为2. 0mg/kg、6. Omg/kg, Cu添加浓度为800mg/kg、2400mg/kg, Pb添加浓度为1000mg/kg、3000mg/kg的处理中,地上部生物量均未显著下降(p>0. 05),表现出较强的耐性。但在Cd、Cu、Pb投加浓度很高时,即CM添加浓度为10. Omg/kg, Cu添加浓度为4000mg/kg,Pb添加浓度为5000mg/kg,觅菜、胡萝卜地上部生物量均显著下降(P〈0. 05),说明苋菜、胡萝卜对Cd、Cu、Pb复合污染的耐性虽然较强但是还是有一定的限度。[0018] 蔬菜体内Cd、Cu、Pb含量的测定结果表明(表1),在Cd 2. Omg/kg、Cu 800mg/kg、 Pb 1000mg/kg污染水平下,觅菜地上部Cd、Cu、Pb含量分别为1. 24mg/kg、198. 45mg/kg、 210. 23mg/kg ;胡萝卜地上部 Cd,Cu,Pb 含量分别为 0. 16mg/kg、223. 45mg/kg、185. 61mg/kg ; 在 Cd 6. Omg/kg> Cu 2400mg/kg> Pb 3000mg/kg 污染水平下,觅菜地上部 Cd、Cu、Pb 含量分别为1. 65mg/kg、533. 56mg/kg、638. 92mg/kg ;胡萝卜地上部 Cd、Cu、Pb 含量分别为 0. 19mg/ kg、635. 53mg/kg、463. 49mg/kg ;在 Cd 10. Omg/kg、Cu 4000mg/kg、Pb 5000mg/kg 污染水平下,觅菜地上部Cd、Cu、Pb含量分别为1. 87mg/kg、635. 385mg/kg、714. 24mg/kg ;胡萝卜地上部Cd、Cu、Pb含量分别为0. 21mg/kg、723. 58mg/kg、621. 15mg/kg。可以看出,觅菜、胡萝卜具有较强的富集Cd、Cu、Pb的能力,但是没有达到Cd、Cu、Pb超富集植物的标准,可以通过外加螯合剂EDTA,强化其修复Cd、Cu、Pb复合污染土壤的能力。蔬菜收获后反复用自来水冲洗干净,最后用去离子水漂洗3次,用吸水纸把表面水吸干,鲜样在85°C下烘干后,研磨过0. 129_筛,将蔬菜样品瓶装备用。称取105°C下烘干至恒重的样品0. 5g左右置于锥形瓶中,加5mL水润湿,再加浓硝酸3mL和高氯酸2mL,低温加热消解,待溶液减少体积至2〜3mL 时,提高消解温度至溶液沸腾,沸腾4(T50min后,待容器内植物粉末变成白色固体或粘稠状液体时停止加热,使之冷却。冷却后的锥形瓶内加入lmL10%的硝酸溶液,并加适量水,低温加热使锥形瓶内固体溶解,呈透明状液体,然后通过定量滤纸过滤,并定容至50mL,使成待测液,用原子吸收光谱仪进行Cd、Cu、Pb的测定。[0019] 表I盆栽梯度实验蔬菜内Cd、Cu、Pb含量(mg/kg)及地上部生物量(g/盆) [0020]

Figure CN102989752AD00051

[0021] 实施例2[0022] 土壤中投加的Cd、Cu、Pb含量分别为6mg/kg、2400mg/kg、3000mg/kg,投加的重金属形态为CdCl2 • 2. 5H20, CuSO4 • 5H20, Pb (NO3)2,投加到土壤中,充分混匀,平衡半年后待用。选择与实施例1生长一致的苋菜幼苗移栽,苋菜收获前2周,在土壤表层的根区附近施加EDTA,人工螯合剂一次性加入,苋菜在处理后2周收获,在土壤中种植胡萝卜幼苗,胡萝

卜处理方法同苋菜,重复3次,具体实施方式见表2。

[0023] 表2螯合剂EDTA的施加浓度

[0024]

Figure CN102989752AD00061

[0025] 实验结果表明(表3、表4),在收获前2周一次性施加螯合剂EDTA会提高修复效率,虽然苋菜、胡萝卜地上部生物量有所下降,但是蔬菜地上部Cd、Cu、Pb含量大幅增加,使得苋菜、胡萝卜富集Cd、Cu、Pb的总量显著增加。EDTA对Cd、Cu、Pb的活化效果均很明显,但是会对蔬菜生长产生一定毒害作用,减少苋菜、胡萝卜地上部生物量,随着浓度升高,蔬菜地上部生物量下降,EDTA为5mmol/kg时蔬菜对Cd、Cu、Pb积累量(积累量指地上部和地下部之和)达到最大。

[0026] 表3不同浓度的EDTA对苋菜吸收和富集Cd、Cu、Pb的影响

[0027]

Figure CN102989752AD00062

[0028] 表4不同浓度的EDTA对胡萝卜吸收和富集Cd、Cu、Pb的影响

[0029]

Figure CN102989752AD00071

~ [0030] 实施例3[0031] 土壤中投加的Cd、Cu、Pb含量分别为6mg/kg、2400mg/kg、3000mg/kg,投加的重金属形态为CdCl2 · 2. 5H20,CuSO4 · 5H20,Pb (NO3) 2,投加到土壤中,充分混匀,平衡半年后待用。 选择与实施例1生长一致的觅菜幼苗移栽,但人工螯合剂EDTA分两次加入,按表5所述时间加入,其中所述的成熟为收获前两周,具体实施方式见表5。[0032] 表5 EDTA的施加顺序及浓度

Figure CN102989752AD00072

[0034] 实验结果表明(表6、表7):施用螯合剂EDTA增加了苋菜、胡萝卜对Cd、Cu、Pb的吸收和积累,其中,成熟时施加EDTA,收获前一周施加EDTA效果最好,使苋菜对Cd、Cu、Pb的累积量分别达到对照的51倍、10. 9倍、13. 3倍,胡萝卜对Cd、Cu、Pb的累积量分别达到对照的7. 4倍、3. 4倍、2. 8倍。[0035] 处理3好于例2中一次性施用EDTA的效果,分次施用进一步提高了修复效率,对植物的毒害减小了,降低可能对蔬菜作物、地下水等产生的二次污染。处理2会显著影响植物的生物量,处理3从土壤中提取的Cd、Cu, Pb总量将更多。[0036] 表6分次施加EDTA对苋菜吸收和积累Cd、Cu、Pb的影响[0037]

Figure CN102989752AD00073

[0038] 表7分次施加EDTA对胡萝卜吸收和积累Cd、Cu、Pb的影响[0039]

Figure CN102989752AD00081

Claims (7)

1. 一种修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法,其特征在于:在Cd-Cu-Pb复合污染土壤中轮作种植苋菜、胡萝卜,然后在土壤中添加螯合剂,从而达到修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的目的。
2.根据权利要求1所述的修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法,其特征在于:所述螯合剂为乙二胺四乙酸(EDTA)。
3.根据权利要求1所述的修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法,其特征在于:所述螯合剂EDTA的添加量为每千克土壤中2. 5-7. 5mmol。
4.根据权利要求1所述的修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法,其特征在于:所述种植的蔬菜作物是指将高2-4cm或含2-3片展开真叶的苋菜、胡萝卜幼苗移栽到Cd-Cu-Pb复合污染土壤中。
5.根据权利要求1所述的修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法,其特征在于:在Cd-Cu-Pb复合污染土壤中种植的作物,采用室外栽培,定期浇水,使土壤含水量保持在田间持水量的60%〜80%。
6.根据权利要求1所述的修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法,其特征在于:在Cd-Cu-Pb复合污染土壤中按季节轮作种植蔬菜作物苋菜、胡萝卜,即在第一茬苋菜长到成熟期时,在土壤中添加螯合剂EDTA,再生长10-15天后,将植物整体从复合污染土壤上移出,再种植第二茬作物胡萝卜,胡萝卜生长至成熟期时,在土壤中添加螯合剂EDTA,再生长10-15天后,将胡萝卜作物整体移除,重复上述过程,直至土壤中的Cd-Cu-Pb含量达到环境安全标准。
7.根据权利要求6所述的修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法,其特征在于:所述的在Cd-Cu-Pb复合污染土壤中添加螯合剂EDTA,对于同一种蔬菜作物,螯合剂EDTA分两次加入,在蔬菜成熟后、收获前分别施加一次EDTA,第二次投加在第一次投加后一周进行,蔬菜在第一次处理后2周收获。
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