CN103191915A - 一种修复镉-多氯联苯复合污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

一种修复镉-多氯联苯复合污染土壤的方法，将孔雀草种子用10%双氧水浸泡10分钟后以蒸馏水冲洗干净，点播于育苗盘中；待孔雀草幼苗生长至5-8厘米后移植到镉-多氯联苯复合污染土壤中，放置温室中栽培，适量浇水使土壤含水量保持在田间持水量的60-80%；当孔雀草生长成熟后，将植株整体从污染土壤中移除并妥善处理，再在镉-多氯联苯复合污染土壤中种植第二茬孔雀草，重复上述操作直到土壤中的镉含量达到环境安全标准。本发明的优点：孔雀草适应性强，可通过播种或扦插进行繁殖，栽培管理容易且耐旱、耐寒，孔雀草在镉-多氯联苯复合污染中具有较好的耐性和对镉累积能力，可有效、快速治理污染土壤，改善土壤结构，美化环境。

Description

一种修复镉-多氯联苯复合污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及污染土壤的修复方法，特别是一种修复镉-多氯联苯（Cd-PCBs）复合污染土壤的方法。

技术背景

由于矿山开采、污水灌溉和磷矿粉作为磷肥使用等活动，造成越来越多的农业土壤受到重金属镉（Cd）的污染。据统计，我国农田Cd污染土壤在1980年为0.93万公顷，1989年为1.33万公顷，而2001年农业部对全国24个省320个重点污染区农田的调查结果显示Cd污染农田已达27.86万公顷，参见：文献1，王凯荣，我国农田镉污染现状及其治理利用对策[J].农业环境保护,1997,16(6):274–278；文献2，中国社会科学院环境与发展研究中心.中国环境与发展评论（第1卷）[M].北京，社会科学文献出版社,2001。Cd污染农田会使粮食减产，甚至危害食品安全，部分地区的农田土壤Cd含量超过200mg/kg，所产稻米和小麦的籽实中Cd含量超过了1.0mg/kg，参见：文献3，熊愈辉，镉污染土壤植物修复研究进展[J]，安徽农业科学,2007,35(22):6876-6878。而电子垃圾的随意丢弃和拆解回收会使Cd和PCBs进入土壤环境，形成更加复杂的复合污染，参见：文献4，周启星，复合污染生态学[M].北京:中国环境科学出版社,1995；文献5:Wong MH,Wu SC,Deng WJ,et al，Export of toxic chemicals-A review of the case ofuncontrolled electronic-waste recycling[J]，Environmental Pollution,2007,149:131-140。

环境中的Cd容易通过食物链富集并危害人体健康。资料显示，Cd会与含羟基、氨基和巯基的高分子有机物结合，使许多酶系统受到抑制，从而影响肝、肾等器官的正常功能，还会诱发骨质疏松，引起“骨痛病”。特别是，Cd对动物具有较强的致畸、致癌和致突变作用，参见：文献6，周启星、孔繁翔、朱琳，生态毒理学[M]，北京:科学出版社,2004。

植物修复（phytoremediation）是指利用植物转移、容纳或转化环境介质中有毒有害污染物，使其对环境无害，使污染环境得到修复与治理，参见：文献7，Cunningham SD,Shann JR,Crowley DR,et al.Phytoremediation ofcontaminated water and soil，Phytoremediation of Soil and WaterContaminants[R]，USA:American Chemical Society,1997,2-17；文献8，ZhouQX,Cai Z,Zhang ZN,Liu WT，Ecological remediation of hydrocarboncontaminated soils with weed plants[J]，Journal of Resources and Ecology,2011,2(2):97-105。植物修复作为绿色原位修复技术具有成本低、工程量小和技术要求不高等特点，而且不会造成二次污染和破坏土壤理化性质，在修复污染的同时可以美化环境，容易得到公众接受，受到了越来越多的关注，参见：文献9，周启星、宋玉芳，污染土壤修复原理与方法[M]，北京，科学出版社，2004。采用植物修复技术治理污染土壤中的重金属的关键是筛选出相应的超累积植物，国内外报道的Cd超累积植物有天蓝遏蓝菜（Thlaspi caerulescens）、球果蔊菜（Rorppa globosa）、紫茉莉（Mirabilis jalapa L.）和圆锥南芥（Arabispaniculata L.）等。研究表明，作为花卉植物的孔雀草（Tagetes patula L.）在Cd污染严重土壤中可以正常生长，对Cd具有较强的吸收和转移能力，符合超富集植物的主要特征[周启星,王林、任丽萍等，一种利用花卉植物孔雀草修复治理镉污染土壤的方法，中国，2007101590398（P），2009-06-24。因此，利用花卉植物孔雀草修复Cd-PCBs复合污染土壤具有一定的理论基础。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种修复镉-多氯联苯（Cd-PCBs）复合污染土壤的方法，该方法利用花卉植物孔雀草（Tagetes patula L.）修复Cd-PCBs复合污染的土壤，成本低、可操作性强，而且不会破坏土壤结构、避免造成二次污染，同时还可以起到美化环境的作用。

本发明的技术方案：

一种修复镉-多氯联苯复合污染土壤的方法，利用花卉植物孔雀草（Tagetespatula L.）修复Cd-PCBs复合污染的土壤，步骤如下：

1）将孔雀草的种子用10%双氧水浸泡10分钟后以蒸馏水冲洗干净，点播于育苗盘中，并保持土壤湿润；

2）待孔雀草幼苗生长至5-8厘米后移植到Cd-PCBs复合污染土壤中，放置温室中栽培，适量浇水使土壤含水量保持在田间持水量的60-80%；

3）当孔雀草生长成熟以后，将植株整体从污染土壤中移除并妥善处理，再在Cd-PCBs复合污染土壤中种植第二茬孔雀草，重复上述操作，直到土壤中的Cd含量达到环境安全标准。

所述将植株整体从污染土壤中移除并妥善处理包括作为观赏花卉出售或采用集中安全填埋、焚烧方式处理。

本发明的机理分析：

在Cd-PCBs复合污染土壤中种植的孔雀草能从土壤中吸收Cd并向地上部转移，在孔雀草生长过程中还利用其根系及其分泌的有机小分子和H+以及根际微生物，对土壤中的PCBs进行有效降解和去除。当孔雀草生长成熟以后，将植株整体从污染土壤中移除，可去除土壤中过量Cd；同时利用孔雀草根系及其分泌的有机小分子和H+以及根际微生物，对土壤中的PCBs进行有效降解和去除，或者使其毒性降低，从而有效治理Cd-PCBs复合污染土壤。特别是，在Cd-PCBs复合污染土壤中，PCBs有促进孔雀草吸收、积累土壤中Cd的能力，因此利用孔雀草可促进Cd-PCBs复合污染土壤的修复。

孔雀草为菊科万寿菊属植物，属一年生草本花卉，具有很好的观赏价值；其株高20-40厘米，株型紧凑，多分枝呈丛生状，茎带紫色；叶对生，羽状分裂，裂片披针形，叶缘有明显的油腺点；头状花序顶生，单瓣或重瓣；花色有红褐、黄褐、淡黄、紫红色斑点等，花形与万寿菊相似，但较小朵而繁多；开花时，在矮墩墩多分枝的棵儿上，黄橙橙的花朵布满梢头，显得绚丽可爱。孔雀草有很好的观赏价值，适宜盆栽、地栽和做切花。

本发明的优点：孔雀草适应性强，可通过播种或扦插进行繁殖，栽培管理容易；比较耐旱，对土壤和肥料要求不严格；比较耐寒，经得起早霜的侵袭。实验表明，孔雀草在Cd-PCBs复合污染下具有较好的耐性和对Cd累积能力。当植株成熟后将其整体从污染土壤中移除并进行安全填埋或焚烧，可有效、快速治理Cd-PCBs污染土壤。同时，作为绿色原位修复技术，工程量小、技术要求不高，还可以改善土壤结构，美化环境。

具体实施方式

一种修复镉-多氯联苯复合污染土壤的方法，利用花卉植物孔雀草（Tagetespatula L.）修复Cd-PCBs复合污染的土壤，孔雀草修复Cd-PCBs复合污染土壤条件下Cd的温室盆栽实验：盆栽实验地点在南开大学泰达学院的温室内，清洁土壤采自广东省揭阳市仙桥区。本实验共设13个处理组，每个处理组重复3次，Cd-PCBs的添加浓度为0-0（CK）、1-0（T1）、1-50(T2)、1-100(T3)、1-500(T4)、10-0(T5)、10-50(T6)、10-100(T7)、10-500(T8)、50-0(T9)、50-50(T10)、50-100(T11)、50-500(T12)，各处理组添加污染物的浓度ρCd×ρPCBs，Cd浓度单位为mg/kg，PCBs浓度单位为μg/kg，其中Cd以分析纯的CdCl₂·2.5H₂O₂，PCBs以标准品PCB18和PCB28浓度比为1:1的形式添加。每盆装土2kg，添加污染物后平衡3周待用。同时进行花卉育苗，将种子放于10%双氧水浸泡灭菌十分钟后以蒸馏水冲洗干净，点播于育苗盘，并保持土壤湿润。15-20天后，苗高5-8厘米，选取长势一致的幼苗移植到平衡好的污染土壤中，每盆3棵。每天根据盆中土壤的水分情况适量浇水，使土壤含水量经常保持在田间持水量的60-80%，并让温室适当通风。

植物生长2个月后收获植株，将收获的样品分为根、茎、叶和花四部分，分别用自来水冲洗干净，再用蒸馏水冲洗，沥去水分，在105℃杀青20分钟，然后在65℃下烘干至恒重，称量干重后粉碎备用。植物样品采用体积比为3:1的硝酸-过氧化氢法消解，用原子吸收分光光度计测定其中的Cd含量。

所有结果以3次重复实验数据的平均值与标准偏差表示，差异显著性采用SPSS18.0（Duncan法）进行检验，统计显著性设为p<0.05。实验结果如下：移植2个月后孔雀草植株各部分干重如表1所示。

表1各处理组孔雀草植株干重（g/盆）

实验结果表明：在对比于空白处理组，单Cd污染处理组（T1、T5、T9）下孔雀草地上部分干重都没有显著下降，表现出较强的耐性。在Cd处理浓度为1mg/kg和10mg/kg时，不同浓度PCBs与Cd复合时，孔雀草地下和地上部分干重没有显著性差异，但都显著低于对应的单Cd处理组（T4除外）。特别是，当Cd处理浓度低于50mg/kg时，不同浓度PCBs与Cd复合处理下孔雀草的地下和地上部分生物量没有表现出显著差异，孔雀草的生长抑制作用没有显著变化。

在不同Cd-PCBs复合污染条件下，孔雀草植株体内不同部位对Cd累积量如表2所示。由表2可知，孔雀草植株各部位对Cd的累积量随着污染土壤中Cd浓度的增加而增加。在同一Cd污染胁迫下，孔雀草各部位对Cd的累积量随着处理组中PCBs浓度的变化表现出不同的规律：当Cd污染浓度为1mg/kg时，Cd-PCBs复合污染胁迫下孔雀草各部位对Cd的累积量均大于相应的单Cd污染处理组，其中PCBs浓度为100μg/kg和500μg/kg时，孔雀草根部和叶部对Cd的累积量显著高于单Cd处理组；当Cd污染浓度为10mg/kg时，Cd-PCBs复合污染胁迫下的孔雀草各部位对Cd的累积量均显著高于相应的单Cd处理组；当Cd污染浓度上升到50mg/kg时，Cd-PCBs复合污染胁迫下PCBs浓度为500μg/kg时孔雀草各部位对Cd的累积量显著高于相应的单Cd处理组。这就是说，PCBs有促进孔雀草吸收、积累土壤中Cd的能力。因此，可以利用孔雀草修复Cd-PCBs复合污染土壤。

表2各处理组下Cd在孔雀草植株各部分的累积量(mg/kg)

富集系数是指植物地上部Cd含量和处理土壤中Cd含量的比值，转移系数是指植物地上部和地下部Cd含量的比值。由表3可知，各污染胁迫下孔雀草对Cd的富集系数都大于1，T3处理组时更是达到了35.14，表现出孔雀草有很强的从土壤中向地上部位转移重金属Cd的能力。孔雀草在Cd-PCBs复合污染胁迫下的富集系数均高于相应的单Cd污染处理组，即说明PCBs的存在提高了孔雀草对土壤中Cd向地上部位转移的能力。

表3不同污染处理下孔雀草对镉的富集系数和转移系数

总之，在Cd-PCBs复合污染胁迫下，孔雀草表现了一定的耐性及较强的对Cd的吸收和累积能力。Cd-PCBs复合污染胁迫下孔雀草的生长总体上没有显著的差异，但显著低于相应的单Cd污染处理组；而Cd-PCBs复合污染胁迫下孔雀草各部位对Cd的累积量总体上高于相应单Cd处理组，即PCBs的存在促进了孔雀草对Cd的吸收和累积能力。因此，应用花卉植物孔雀草修复Cd-PCBs复合污染土壤具有较好的潜力。

Claims (2)

1.一种修复镉-多氯联苯复合污染土壤的方法，其特征在于：利用花卉植物孔雀草（Tagetes patula L.）修复Cd-PCBs复合污染的土壤，步骤如下：

1）将孔雀草的种子用10%双氧水浸泡10分钟后以蒸馏水冲洗干净，点播于育苗盘中，并保持土壤湿润；

2）待孔雀草幼苗生长至5-8厘米后移植到Cd-PCBs复合污染土壤中，放置温室中栽培，适量浇水使土壤含水量保持在田间持水量的60-80%；

3）当孔雀草生长成熟以后，将植株整体从污染土壤中移除并妥善处理，再在Cd-PCBs复合污染土壤中种植第二茬孔雀草，重复上述操作，直到土壤中的Cd含量达到环境安全标准。

2.根据权利要求1所述修复镉-多氯联苯复合污染土壤的方法，其特征在于：所述将植株整体从污染土壤中移除并妥善处理包括作为观赏花卉出售或采用集中安全填埋、焚烧方式处理。