CN104174638A - 一种利用超富集植物荩草治理锑、砷、铅及锌污染土壤或水体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及治理环境污染的植物修复技术，特别涉及利用超富集植物治理重金属污染土壤或水体的方法，具体的说是一种利用超富集植物荩草（Arthraxonhispidus(Thunb.)Makino）治理锑、砷、铅及锌污染土壤或水体的方法。本发明通过在含锑、砷、铅及锌污染土壤或水体中种植荩草，利用其在生长发育过程中对锑的超富集能力及对锌、铅及砷的高富集能力，将土壤或水体中的锑、砷、铅及锌向其地上部分转移，当荩草植株长到成熟时期，将其地上部分收割并从污染土壤或水体中移走，再在锑、砷、铅及锌污染土壤或水体中重复上述种植及收割并移走荩草的操作过程，直至土壤或水体锑、砷、铅及锌的含量达到环境质量标准，从而达到去除土壤或水体中的锑、砷、铅及锌污染的目的。
Description
技术领域
本发明涉及治理污染环境的植物修复技术，特别涉及利用超富集植物治理重金属污染土壤或水体的方法。
背景技术
土壤和水体重金属污染是全球所面临的重大环境问题之一。据国家环保部的调查显示，我国重金属污染土壤面积至少有2000万公顷，水体重金属污染问题也十分突出，江河湖库底质的污染率高达80.1%。因重金属造成的水体和土壤污染已对我国的生态环境、食品安全、人体健康和农业可持续发展构成了严重的威胁。
我国矿产以伴生矿居多，在采矿工业区和冶炼工业区周围排出的重金属“三废”常常形成情况复杂的污染，对人体、生物及环境造成巨大危害。锑是一种分布广泛的有毒有害重金属元素，在巴塞尔公约中将锑列为危险废物。锑对人体及生物的危害巨大，可与体内某些酶的巯基相结合，破坏组织新陈代谢，损害心、肝、肾及神经系统。锑的粉尘及烟雾对皮肤粘膜有刺激作用，可引起皮炎及口腔、鼻粘膜炎症。锑及其化合物用途广泛，主要用于生产陶瓷，玻璃，电磁，油漆，烟火材料，合金，驱虫剂，阻燃剂等，其广泛开采及使用导致污染问题日益突出。砷是一种致癌致畸的有毒元素，常和重金属矿产伴生。砷在工农业生产中应用非常广泛，砷和含砷金属的开采、冶炼，用砷或深化合物作原料的玻璃、颜料、原药、纸张的生产以及煤的燃烧等过程，都可产生含砷废水、废气和废渣，对环境造成污染。铅也是一种有毒有害的重金属元素，属于危险废物，在环境中可以长期积累，进入食物链后具有生物积累和生物放大作用，对人体和生物的神经系统、生殖系统等造成巨大危害。锌是人体和生物的必需元素，但锌过量会造成污染，锌矿开采、冶炼加工、机械制造以及镀锌、仪器仪表、有机会合成和造纸等工业的排放，使土壤和水体受到污染。
目前治理锑、砷、铅及锌等重金属污染土壤的方法很多，主要有物理修复技术，化学修复技术，生物修复技术。生物修复技术主要有植物修复技术和微生物修复技术。
植物修复技术就是利用植物来治理污染了的环境，即利用植物及其根际圈微生物体系的吸收、挥发和转化及降解等作用机理来清除污染环境中的污染物质。广义的植物修复包括利用植物净化空气，利用植物及其根际圈微生物净化污水和治理污染土壤，主要包括重金属、放射性核素及有机污染物等。狭义的植物修复主要指利用植物及根际圈微生物体系清洁污染土壤，包括无机和有机污染物。而通常所说的植物修复主要指利用超富集植物的提取作用出去污染土壤中的重金属，即通过重复种植和收获超富集植物将污染土壤中的重金属浓度降到可接受水平。植物修复技术具有费用低、效果好、可操作性强、不破坏土壤和水体基本结构与功能、不引起二次污染、保持水体、美化环境等优点，是一种很有潜力的污染治理技术。
植物修复技术的前提是找到对某种或某些重金属具有特殊吸收富集能力的超富集植物。超富集植物也叫超积累植物，这一定义最初是由Books提出的，当时是用来命名茎中镍的含量大于1000 mg/kg的植物。现在超富集植物的概念已经扩大到植物多所有金属元素的超富集现象，即能超富集一种金属元素或同时能富集几种金属元素的植物，超富集通常指对重金属的吸收累积量超过一般植物的100倍。目前国际上有关衡量超富集植物的常用标准有三个：一是临界含量特征，即植物地上部分（主要指茎或叶）富集的重金属量是普通植物在同一生长条件下的100倍以上，锑、砷及铅的临界浓度均为1000 mg kg-1，锌的临界浓度为10000 mg kg-1；二是转移特征，转运系数（即植物地上部分（主要指茎或叶）重金属含量与其根部重金属含量的比值）大于1。三是耐性特征，是指植物对重金属具有较强的耐性，植物能正常生长。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用超富集植物荩草治理锑、砷、铅及锌污染土壤或水体的方法。该方法具有能同时去除多种污染物、费用低、效果好、可操作性强、不破坏土壤或水体基本结构与功能、不引起二次污染、保持水体、美化环境等优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
本发明通过在含锑、砷、铅及锌污染的土壤或水体中种植荩草，利用其在生长发育过程中对锑的超富集能力，对砷、铅及锌的高富集能力，将土壤或水体中的锑、砷、铅及锌向植物地上部分转移，当荩草种植到植株成熟时期，将整个植株或其地上部分收割并从污染土壤或水体中移走，再在锑、砷、铅及锌污染土壤或水体中重复上述种植及收割并移走荩草的操作过程，直至土壤或水体中锑、砷、铅及锌含量达到环境质量标准，从而达到去除土壤或水体中的锑、砷、铅及锌污染的目的。
本发明所用植物为禾本科荩草属植物荩草，英文名为Arthraxon hispidus (Thunb.) Makino。
荩草作为超富集锑植物在我国尚属首次发现，在国际上亦未见过相关报道。采集于我国某锑污染区的荩草所富集锑的量符合国际上有关超富集植物的衡量标准；其地上部分锑含量高达1336 mg kg-1，超过其临界浓度；根部锑含量为35 mg kg-1，转运系数大于1；对锑有较强的耐性，植物能够正常生长。
荩草不仅能对锑有超富集能力，而且对砷、铅及锌的富集能力也很高，是普通植物富集砷、铅及锌能力的几十倍以上，可同时用于治理锑、砷、铅及锌污染。
荩草形态特征：一年生，秆细弱，无毛，基部倾斜，高30-60 cm，具多节，常分枝，基部节着地易生根。叶鞘短于节间，生短硬疣毛；叶舌膜质，长0.5-1 mm，边缘具纤毛；叶片卵状披针形，长2-4 cm，宽0.8-1.5 cm，基部心形，抱茎，除下部边缘生疣基毛外余均无毛。总状花序细弱，长1.5-4 cm，2-10枚呈指状排列或簇生于秆顶；总状花序轴节间无毛，长为小穗的2/3-3/4。无柄小穗卵状披针形，呈两侧压扁，长3-5 mm，灰绿色或带紫；第一颖草质，边缘膜质，包住第二颖2/3，具7-9脉，脉上粗糙至生疣基硬毛，尤以顶端及边缘为多，先端锐尖；第二颖近膜质，与第一颖等长，舟形，脊上粗糙，具3脉而2侧脉不明显，先端尖；第一外稃长圆形，透明膜质，先端尖，长为第一颖的2/3；第二外稃与第一外稃等长，透明膜质，近基部伸出一膝曲的芒；芒长6-9 mm，下几部扭转；雄蕊2；花药黄色或带紫色，长0.7-1 mm。颖果长圆形，与稃体等长。有柄小穗退化仅到针状刺，柄长0.2-1毫米。花果期9-11月。分布于全国各地及旧大陆的温暖区域，变异性甚大，主要生于山坡草地阴湿处。
本发明所述的种植荩草是指可采用土培和水培两种栽培方式。土培方式即采用土壤作为植物生长发育所需的环境介质的栽培方式，将植物种子直接播种或将植物幼苗直接栽培在土壤中，并在种植过程中提供植物正常生长发育所需的光照、温度、水分等条件及其生长发育所需的营养物质，以保证植物能正常生长发育；植物生长发育所需营养物质由土壤环境所含营养物质直接提供，或通过人工施肥添加外源营养物质的方式提供，氮、磷、钾等营养物质的添加量为0.01-0.5 g kg-1；植物生长发育所需水分由自然降水方式提供，或通过人工灌溉方式提供，水分在20%-100%田间持水量范围内；植物生长发育所需光照和温度由室外自然条件提供，温度在5-40 ℃范围内。水培方式即采用水体作为植物生长发育所需的环境介质的栽培方式，将植物幼苗栽培于水体中，植物通过根部与水体接触，通过支撑介质稳固在水体上，并在种植过程中提供植物正常生长发育所需光照、温度、水分等条件及生长发育所需营养物质，以保证植物能正常生长发育；利用浮床作为植物固定在水体中的支撑介质，植物根部通过浮床上钻的小孔直接与水体接触；植物生长发育所需营养物质由水体环境所含营养植物直接提供，或通过人工施肥添加外源营养物质的方式提供，氮、磷、钾等营养物质的添加量为0.01-0.5 g kg-1；植物生长发育所需水分由水体自身提供；植物生长发育所需光照和温度由室外自然条件提供，温度在10-40 ℃范围内。
本发明所述的种植荩草是指可利用荩草种子繁殖方式或可利用荩草匍匐茎茎节处萌发的腋芽进行营养繁殖方式。
本发明所述的土壤或水体是指含有锑、砷、铅及锌单一污染或复合污染的土壤或水体。
本发明所述荩草来源于我国某锑、砷、铅及锌污染区，可利用其种子进行繁殖或可利用自然生长在锑污染区的荩草幼苗进行栽培或可利用其匍匐茎茎节处萌发的腋芽进行营养繁殖形成新的荩草植株幼苗进行栽培。荩草种子的繁殖温度要求在10-40 ℃范围内，水分要求在20%-100%田间持水量范围内，播种深度要求为0-2 cm范围内。将荩草种子直接播种在锑、砷、铅及锌污染土壤中，或将幼苗期的荩草栽培在锑、砷、铅及锌污染土壤或有浮床为固定支撑介质的水体中。
本发明所述收割并移走荩草是指将荩草种植到植株成熟时期，将其整个植株或其地上部分收割，并从污染土壤或水体中移走；再在锑、砷、铅及锌污染土壤或水体中重复上述种植及收割并移走荩草的操作过程，直至土壤中锑、砷、铅及锌的含量达到环境质量标准，从而达到去除土壤或水体中的锑、砷、铅及锌污染的目的。
本发明有以下显著优点。
1. 本发明所采用的植物荩草是一种超富集锑植物，在我国尚属首次发现，在国际上亦未见过相关报道。该植物不仅能对锑有超富集能力，而且对砷、铅及锌的富集能力也很高，是普通植物富集砷和锌能力的几十倍以上，可同时用于治理锑、砷、铅及锌污染。该植物对环境的适应能力强，生长范围广，容易种植，为研究锑、砷、铅及锌污染植物修复技术提供了宝贵的植物资源。
2. 本发明所述的一种利用超富集植物荩草治理锑、砷、铅及锌污染土壤或水体的方法，具有能同时去除多种污染物、费用低、效果好、可操作性强、不破坏水体或土壤基本结构与功能、不引起二次污染、保持水土、美化环境等优点。
3. 本发明所述的一种利用超富集植物荩草治理锑、砷、铅及锌污染土壤或水体的方法，可大面积推广应用。
具体实施方式
在某锑污染区进行试验研究，该污染区土壤中锑、砷、铅及锌的平均含量分别为85、96、280、3200 mg kg-1，利用该锑污染区自然生长的荩草幼苗进行种植，温度在10-40 ℃范围内，水分在20%-100%田间持水量范围内；当荩草植株长到成熟时期，将其整个植株收割，并从污染土壤中移走。经分析测定，成熟的荩草植株地上部分锑、砷、铅及锌的平均含量分别达1336、316、1120、370 mg kg-1，根部锑、砷、铅及锌的平均含量分别为35、28、890、57 mg kg-1，转运系数均大于1。植物对锑、砷、铅及锌有较强的耐性，植物生长正常，株高达50-60 cm。该试验表明，荩草对锑具有超富集能力，对砷、铅及锌具有高富集能力，可用于治理锑、砷、铅及锌污染土壤或水体。
Claims (6)
1.一种利用超富集植物荩草治理锑、砷、铅及锌污染土壤或水体的方法，其特征在于：在含锑、砷、铅及锌污染的土壤或水体中种植荩草，利用其自然生长过程中对锑的超富集能力及对砷、铅及锌的高富集能力，将土壤或水体中的锑、砷、铅及锌向植物地上部分转移，当荩草长到成熟时期，将其地上部分或整个植株收割并从污染土壤或水体中移走，再在锑、砷、铅及锌污染土壤或水体中重复上述种植及收割并移走荩草的操作过程，直到土壤或水体中锑、砷、铅及锌含量达到环境质量标准，从而达到治理土壤或水体中锑、砷、铅及锌污染的目的。
2.根据权利要求1所述的一种利用超富集植物荩草治理锑、砷、铅及锌污染土壤或水体的方法，其特征在于：所述种植荩草是指可采用土培方式种植，即采用土壤作为植物生长发育所需的环境介质，将植物种子直接播种或将植物幼苗直接栽培在土壤中，并在种植过程中提供植物正常生长发育所需光照、温度、水分等条件及其生长发育所需营养物质，以保证植物能正常生长发育；植物所需营养物质由土壤环境所含营养植物提供，或通过人工施肥添加外源营养物质的方式提供，氮、磷、钾等营养物质的添加量为0.01-0.5 g kg-1；植物所需水分由自然降水方式提供，或通过人工灌溉方式提供，水分在20%-100%田间持水量范围内；植物生长发育所需光照和温度由室外自然条件提供，温度在10-40 ℃范围内。
3.根据权利要求1所述的一种利用超富集植物荩草治理锑、砷、铅及锌污染土壤或水体的方法，其特征在于：所述种植荩草是指可采用水培方式种植，即采用水体作为植物生长发育所需的环境介质，将植物幼苗直接栽培在水体环境中，植物通过根部与水体接触，通过支撑介质稳固在水体上，并在种植过程中提供植物正常生长发育所需光照、温度、水分等条件及生长发育所需营养物质，以保证植物能正常生长发育；利用浮床作为植物固定在水体中的支撑介质，植物根部通过浮床上钻的小孔直接与水体接触；植物所需要营养植物由水体环境所含营养植物提供，或通过人工施肥添加外源营养物质的方式提供，氮、磷、钾等营养物质的添加量为0.01-0.5 g/kg，植物所需水分由水体自身提供；植物生长所需光照和温度由室外自然条件提供，温度在10-40 ℃范围内。
4.根据权利要求1所述的一种利用超富集植物荩草治理锑、砷、铅及锌污染土壤或水体的方法，其特征在于：所述荩草来源于我国某锑、砷、铅及锌污染区，可利用其种子进行繁殖或利用自然生长在锑、砷、铅及锌污染区的荩草幼苗进行栽培或可利用其匍匐茎茎节处萌发的腋芽进行营养繁殖形成新的荩草植株幼苗进行栽培，将荩草种子直接播种在锑、砷、铅及锌污染土壤中，或将荩草幼苗直接栽培于污染土壤或水体中。
5.根据权利要求1所述的一种利用超富集植物荩草治理锑、砷、铅及锌污染土壤或水体的方法，其特征在于：将荩草种植到植株成熟时期，将其整个植株或其地上部分收割，并从污染土壤或水体中移走；再在锑、砷、铅及锌污染土壤或水体中重复上述种植及收割并移走荩草的操作过程，直至土壤中锑、砷、铅及锌含量达到环境质量标准，从而达到治理锑、砷、铅及锌污染土壤或水体的目的。
6.根据权利要求1所述的一种利用超富集植物荩草治理锑、砷、铅及锌污染土壤或水体的方法，其特征在于：所述土壤或水体是指含有锑、砷、铅及锌单一污染或复合污染的土壤或水体。
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