CN104289506A - 镉、锌、铅、铜离子污染土壤的生物修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镉、锌、铅、铜离子污染土壤的生物修复方法，通过以下技术方案来实现的，步骤如下：（1）选定待修复的重金属污染土壤，人工清除杂草、灌木，秋末冬初时节施足腐熟有机农杂肥，深耕，使土壤风化，冻死越冬害虫，土地耕透耙碎；（2）春季土壤解冻后平均气温达到10℃以上时，移栽具有富集重金属能力的木本速生乔木竹柳。（3）移栽完成后，在气温达到15℃以上时，引入蚯蚓修复过程，之后收集蚯蚓；（4）在蚯蚓修复过程中的第一次收集蚯蚓后，引入海州香薷和东南景天，之后将海州香薷和东南景天植株连根整体移除；第二年春季修复地重新引入蚯蚓、海州香薷和东南景天，整个修复过程共20个月的时间。

Description

镉、锌、铅、铜离子污染土壤的生物修复方法

技术领域

本发明涉及一种土壤修复的方法，尤其是涉及一种镉、锌、铅、铜离子污染土壤的生物修复方法。属于环境保护中土壤污染治理领域。

背景技术

土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属带入到土壤中，致使土壤中重金属含量明显高于背景含量，并可能造成现存的或潜在的土壤质量退化、生态与环境恶化的现象。重金属污染指的是汞、镉、铬、铅及砷等生物毒性显著的重金属元素及其化合物在环境中过量、形成污染。有些元素虽然是生命不可少的元素，一旦过量就会严重影响身体健康，我国已经发生了多起重金属污染事件，国家已经加大了污染防治工作力度。土壤重金属污染形势不容乐观，急需治理和预防。

据报道，目前我国受镉、锌、铅、铜等重金属污染耕地面积近2000万公顷，约占总耕地面积的1/5，其中工业“三废”污染耕地1000万公顷，污水灌溉的农田面积已达330多万公顷。例如：某省曾对47个县和郊区的259万公顷耕地（占全省耕地面积的五分之二）进行过调查。其结果表明，75% 的县已受到不同程度的重金属污染的潜在威胁，而且污染趋势仍在加重。近几年，浙江嘉兴的工业发展迅速的同时环境污染也越来越严重，土壤重金属污染不断加重。这对农业的发展影响巨大。近年来，仅发生的镉污染事件，就有2005年的广东北江韶关段镉严重超标事件，2006年的湘江湖南株洲段镉污染事故，2009年的湖南省浏阳市镉污染事件。国家环保部数据显示，2009年重金属污染事件致使4035人血铅超标、182人镉超标，引发32起群体性事件。2011年2月，国家环保部部长周生贤在出席有关重金属污染综合防治。“十二五”规划会议时也谈到：“从2009年至今，我国已经有30多起重特大重金属污染事件，严重影响群众健康。”2011年两会期间，全国政协委员、国家环保部中国环境监测总站办公室副主任温香彩告知，我国重金属污染中，最严重的是镉污染、汞污染、血铅污染和砷污染。一些地区重金属污染比较严重值得注意的是，一向被认为是高科技行业的IT行业也与重金属污染挂钩。因制作中国水污染地图而闻名的民间环保人士马军曾在2011年联合30多家环保组织一起发布《2010IT品牌供应链重金属污染调研》，该调研报告显示，珠三角、长三角等地区有大量生产印刷线路板的企业不能稳定达标排放，给当地河流、土壤和近海造成了严重重金属污染。中国重金属污染呈现出地域差异。温香彩说，东部比西部严重，南部又比北部严重，珠三角地区尤为显著。另外，像湖南等有色金属大省也是重金属污染的重点地区。湘江是中国重金属污染最严重的河流。一项由原国家环保总局进行的土壤调查结果显示，广东省珠江三角洲近40％的农田菜地土壤遭重金属污染，且其中10％属严重超标。2008年，中山大学生命科学学院的科研团队分别在广州6个区各选择两个农贸市场采集蔬菜样本，分析样本中镉、铅的含量情况，结果发现，叶菜类蔬菜的污染情况十分严重，除1种为轻度污染外，其余5种均达到重度污染水平。在中国东南部一些区域，重金属污染出现了比较严重态势。一个需要警惕的趋势是，随着产业转移，原本重金属污染只是零星分布的西北地区也开始面临威胁。

治理土壤污染有化学、生物、物理处理等方法。化学和物理技术相对成熟，但成本较高。根治土壤中重金属超标的问题，换土是最直接有效的途径，但成本昂贵。而这几年植物修复技术在国际上大受欢迎，因为它具有价廉有效，既经济又环保。虽然植物修复技术存在周期长的缺陷，但经过几年的植物种植，部分土壤已经符合安全指标，具有良好的经济和社会效益。

在现有的改善重金属污染土壤的方法中，公开号102873087A（申请号201210383566.8）的中国专利公开了土壤修复系统及土壤修复方法。其中，土壤修复系统包括预热装置、加热装置、热回收装置和热传输装置。其中，预热装置用于对被污染土壤进行预热；加热装置与预热装置相连接，用于加热预热处理后的被污染土壤，分离土壤中的污染物；热回收装置与加热装置相连接，回收经加热装置加热的被污染土壤的热量；并且，土壤修复系统还包括热传输装置，热回收装置经热传输装置与预热装置相连通，使热回收装置作为预热装置的热源。公开号102876330A（申请号201210383318.3）的中国专利公开了重金属污染土壤修复用固化剂、重金属污染土壤修复方法，其中，重金属污染土壤修复用固化剂包含硫铝酸盐水泥。固化剂还可以进一步添加含有活性二氧化硅的组合物和生石灰。硫铝酸盐水泥与被重金属污染的土壤混合后：首先，硫铝酸盐水泥中的硫铝酸钙与水反应形成单硫型水合硫铝酸钙，然后重金属化合物化学键发生断裂，重金属与钙矾石中原子进行化学键的重组，金属原子在空间上被束缚在晶格内，而不易析出。这样就达到了固化重金属的目的，减少了重金属的浸出毒性。

现有的一些方法虽然在一定程度上可以修复重金属土壤的污染，但有的成本相对太高，或者是利用固化来实现，重金属固化剂中无机材料一般以胶凝材料为基础配置而成，一般以磷酸盐和硅酸盐为主。这类固化剂是将土壤中重金属固定在矿物中，以达到降低其重金属浸出毒性的目的。但是目前的无机材料存在用量大，修复周期较长，长期修复效果不佳，对土壤破坏比较大等缺点。

发明内容

针对现有修复重金属污染土壤略有不足的现状，本发明的目的之一在于提供一种镉、锌、铅、铜离子污染土壤的生物修复方法，对促进重金属污染土壤的修复，改善土壤理化特征，对修复重金属土壤污染有显著的效果。

本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的，步骤如下：

（1）选定待修复的重金属污染土壤，人工清除杂草、灌木，秋末冬初时节施足腐熟有机农杂肥，深耕，使土壤风化，冻死越冬害虫，土地耕透耙碎；

（2）春季土壤解冻后平均气温达到10℃以上时，移栽具有富集重金属能力的木本速生乔木竹柳；

（3）移栽完成后，在气温达到15℃以上时，引入蚯蚓修复过程，之后收集蚯蚓；

（4）在蚯蚓修复过程中的第一次收集蚯蚓后，引入对Cu²⁺具有超积累作用、生长速度快的草本植物海州香薷和东南景天，增强对浅层土壤铜离子的富集作用，之后将海州香薷和东南景天植株连根整体移除；第二年春季修复地重新引入蚯蚓、海州香薷和东南景天，修复地引入蚯蚓前，施足有机农杂肥，土地耕透耙碎，时间和方法同上，整个修复过程为第一年3月至第二年11月，共20个月的时间，在污染土壤修复开始前及修复过程中的第4个月、8个月、16个月和第20个月（即修复过程的第一年7月、11月、第二年7月、11月）各采样1次，用于了解土壤修复进展情况。

根据上述生物修复方法，优选的，步骤（1）秋末冬初时节按400-800公斤/亩的用量施足腐熟有机农杂肥（优选的，按500-700公斤/亩的用量施足腐熟有机农杂肥；更加优选的，按600公斤/亩的用量施足腐熟有机农杂肥）。

根据上述生物修复方法，优选的，步骤（1）深耕35-55cm（优选的，深耕40-50cm；更加优选的，深耕45cm）。

根据上述生物修复方法，优选的，步骤（2）所述移栽具有富集重金属能力的木本速生乔木竹柳，采用隔行穴植的方式移栽竹柳一年生幼苗，行距2.5-3.5米，株距1.2-1.8米（优选的，行距3米，株距1.5米），挖穴定植，穴径为0.5-0.8米，穴深0.4-0.6米（优选的，穴径0.6米，穴深0.5米）。移栽后，灌一次透水，使苗木根系与土壤结合更紧密，灌水后随即培一层薄土，防治土壤板结和干裂，以后结合天气情况，及时浇水，避免干旱，5月中下旬-6月苗木的根系生长较快，因此在5月中上旬给苗木追肥，在离苗木20-30cm处挖半月形沟，按每亩施尿素20 kg、过磷酸钙30 kg的量追肥；6月中下旬苗木开始进入速生期，每亩施尿素30 kg或碳酸氢铵100 kg加过磷酸钙30 kg，7月中下旬-8月底，是苗木的速生期，需每亩追施氯化钾等钾肥20 kg，施肥时结合天气适当灌水。

根据上述生物修复方法，优选的，步骤（3）所述蚯蚓修复过程，是将土壤灌溉湿润后，投放太平二号蚯蚓，投放密度为0.5-2.0 kg/m2（优选的，投放密度为1 kg/m2），蚯蚓通过不停地蠕动摄食，连带泥土摄入体内，使得重金属在体内停留和富集，修复期间夏天高温天气每天至少洒一次水，并覆盖稻草保湿；春秋季节4-5天洒水一次，洒出的水要匀、细、冲力小，夏季一个月收集一次成蚓，春秋季节每一个半月收集一次成蚓，蚯蚓收集后原土回圃，并投放一定量的蚓种，使土壤中蚓种数量与第一期投放量相等，同时，一个处理周期添加一次有机肥，添加量为200-250公斤/亩，进入秋末冬初温度低于10℃后将所有的蚯蚓收集（采用自然光照收集法收集蚓体：使用小钉耙，铲出土壤上层20cm厚的蚓床土壤，疏松后堆放在塑料薄膜上，蚯蚓怕光，会逐渐下移至塑料薄膜，将表层土壤逐渐刮掉放回蚓床，最后通过过筛法收集蚓体）。

根据上述生物修复方法，优选的，步骤（4）采用间隔条植的方式，将海州香薷幼苗和东南景天幼苗移栽至进行蚯蚓修复的土壤中，海州香薷幼苗按40cm×25cm的株行距移栽，东南景天幼苗按18cm×12cm的株行距扦插在海州香薷的间隙，移栽后适时浇水，在第二次收集蚯蚓时，刈割东南景天，以后每收集一次蚯蚓，刈割一次东南景天，在8、9月份盛花期时将海州香薷植株连根整体移除，在秋末冬初季节最后一次收集蚯蚓时，将东南景天植株连根整体移除。

主要材料简介：

竹柳：是利用生物高科技基因技术而培训的新的柳树杂交品种。对改善土壤有很好的作用，逆速生性及抗性强很强，具有巨大的经济和社会环境效益。竹柳在PH值8.5以下，含盐量8‰条件下仍能正常生长。竹柳是近几年在我国民间刚刚被自觉接受认同的人造丰产速生林树种，因其具备改善土壤污染的功效，并且具有速生、丰产、高抗盐碱、适应性强、木质材料好、栽培地域广、栽培效益高等特性，越来越受到人们的关注。在适宜的立地条件下，竹柳的工业原料林栽培的轮伐期小径材一般为两年，中径材为三到四年，大径材为五到六年，该树种具有极高经济效益，投资回收期短。材质优良，木材基本密度高，自然白度高，不空心不黑心，是制造纤维板、细木工板、胶合板的优质原料；纸浆性能优良，并可代替进口纤维纸浆。

蚯蚓：生活在土壤中，昼伏夜出，以腐败有机物为食，连同泥土一同吞入。可使土壤疏松、改良土壤、提高肥力，促进农业增产。是靠食用混在土壤中植物的根茎及微生物遗体等有机物而生存的。在这个过程中,大量的土质被蚯蚓吞入腹中,然后又被排泄到体外，加强土壤通气，提供有益细菌，将土壤中的氨转化成为便于农作物吸收利用的形态，有助于将土壤中各种复合分子分解成为植物根系能够利用的成分。蚯蚓及时将地面残留的落叶枯草裂解转化为对土壤和植物的营养物质，可处理动物粪便以及城市垃圾，对有机农业和生态农业都有重要意义。蚯蚓在降解有机物质、改善土壤物理性状、促进土壤养分循环与释放中起着举足轻重的作用。除此以外，蚯蚓的身体内的循环消化生殖系统都很特殊，有很多很特殊的药用价值。蚯蚓喜食腐质的有机废弃物，有机废弃物通过蚯蚓的消化系统在蚯蚓肠道中的蛋白酶、脂肪分解酶、纤维酶、淀粉酶的作用下转化成为自身或其他生物易于利用的活性物质，同时产生蚯蚓蛋白和氨基酸对环境不产生二次污染。蚯蚓体含多种氨基酸、酶类和活性物质有很好的经济价值和药用价值。

海州香薷：俗称“铜草”，是一种能吸附土壤中铜金属的环保植物。每千克铜草的根茎含铜1克，约为等量普通铜矿石的1/3。它不仅吸附能力强，而且生长速度快，便于大面积培养和收获，是一种植物改善铜污染土壤的好方法。生长茂盛的铜草，吸收了土壤中过多的铜元素，其根、茎、叶、花也可以用来炼铜，如果把它利用成肥料，又可解决另一些缺铜的土壤问题。

东南景天：适应性强，耐瘠薄、干旱及强光等恶劣生境，是一种锌、镉、铅超积累植物，能将镉、锌、铅等较多地吸收到植株的地上部分，有效减轻土壤重金属污染，是实施植物修复与生态绿化的优良植物。东南景天的地上部锌含量高达5000mg/Kg，富集系数为1.25-1.94；而营养液培养试验发现，东南景天地上部锌含量高达19674mg/Kg。东南景天对镉污染修复效率较大，能对镉超积累。当土壤中镉含量为12.5-50mg/Kg时，东南景天的地上部在一年内(两茬)的积累量可达2-4mg/盆，其对土壤镉清除率达16%-33%。东南景天是我国原生的镉超积累植物，它对镉具有高度耐性和极强的超积累能力，与国际超积累模式植物遏蓝菜相比，它还具有生长较快、生物量较大、环境适应性较广、无性繁殖、多年生等优点。

该镉、锌、铅、铜离子污染土壤的生物修复方法对重金属土壤污染效果显著，本发明选择能够减少土壤中重金属总量且环境友好的修复技术，采取动物蚯蚓--植物竹柳、海州香薷和东南景天的工艺技术。在土壤动物修复重金属污染土壤的技术中，蚯蚓因其重金属富集量大、生长周期短、效果明显等特点而成为土壤修复极具潜力的一项技术。在植物修复技术当中，一般选用超积累植物，其中竹柳、海州香薷和东南景天都是很好的超级累植物。因此本发明结合动物植物强化复合修复，顺利实现了对土壤的原位生物修复，具有极其明显的效果，而且不产生对土壤的二次污染。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）该发明所选用的竹柳投资回收期短，5年生长可达23m以上。而且可适应土壤PH为8.0-8.5的地区，湖泊滩涂、盐碱地都可栽植。

（2）竹柳的经济价值高：材质优良，木材基本密度高，自然白度高，不空心不黑心，是制造纤维板、细木工板、胶合板的优质原料；纸浆性能优良，竹柳的纤维素含量和质地优于杨树、桉树等其他树种，并可代替进口纤维纸浆；纸浆性能远优于杨树、泡桐、桉树等其他树种，可代替进口长纤维纸浆。

（3）蚯蚓对土壤中的重金属、有机污染物有清除作用，而且以土壤中的动植物碎屑为食，经常在地下钻洞，把土壤翻得疏松，使水分和肥料易于进入而提高土壤的肥力，有利于植物的生长。通过蠕动增加土壤空气度，进而增加土壤中的氧气含量。

（4）由于蚯蚓的掘地性和杂食性，每年每公顷土地内的蚯蚓排出的蚓粪就可以达到几十吨至几百吨。富含腐殖质的蚓粪是植物生长的极好肥料。蚯蚓的活动还可以改良土壤，加速分解土壤中的有机物，恢复和保持土壤的生态平衡。

（5）本发明所使用的海州香薷不仅吸附能力强，而且生长速度快，便于大面积培养和收获，生长茂盛的铜草，吸收了土壤中过多的铜元素，其根、茎、叶、花也可以用来炼铜，是一种植物改善铜污染土壤的好方法。

（6）本发明所使用的东南景天适应性强，耐瘠薄、干旱及强光等恶劣生境，是一种锌、镉、铅超积累植物，能将镉、锌、铅等较多地吸收到植株的地上部分。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例1镉、锌、铅、铜离子污染土壤的生物修复方法，实施步骤如下：

（1）选定待修复的重金属污染土壤，人工清除杂草、灌木，秋末冬初时节每亩施足腐熟有机农杂肥500Kg，深耕40cm，使土壤风化，冻死越冬害虫，土地耕透耙碎；

（2）春季土壤解冻后平均气温达到10℃以上时，移栽具有富集重金属能力的木本速生乔木竹柳，采用隔行穴植的方式移栽竹柳一年生幼苗，行距2.5米，株距1.2米，挖穴定植，穴径为0.5米，穴深0.4米；

（3）移栽完成后，灌一次透水，使苗木根系与土壤结合更紧密，灌水后随即培一层薄土，防治土壤板结和干裂，以后结合天气情况，及时浇水，避免干旱。在5月中上旬给苗木追肥，在离苗木20cm处挖半月形沟，按每亩施尿素20 kg、过磷酸钙30 kg的量追肥；6月中下旬，每亩施尿素30 kg或碳酸氢铵100 kg加过磷酸钙30 kg，7月中旬，需每亩追施氯化钾等钾肥20 kg，施肥时结合天气适当灌水。在气温达到15℃以上时，将土壤灌溉湿润后，投放太平二号蚯蚓，投放密度为0.8kg/m2，修复期间夏天高温天气每天至少洒一次水，并覆盖稻草保湿；春秋季节4天洒水一次，洒出的水要匀、细、冲力小，夏季一个月收集一次成蚓，春秋季节每一个半月收集一次成蚓，蚯蚓收集后原土回圃，并投放一定量的蚓种，使土壤中蚓种数量与第一期投放量相等，同时，一个处理周期添加一次有机肥，添加量为200 公斤/亩，进入秋末冬初温度低于10℃后将所有的蚯蚓收集（采用自然光照收集法收集蚓体：使用小钉耙，铲出土壤上层20cm厚的蚓床土壤，疏松后堆放在塑料薄膜上，蚯蚓怕光，会逐渐下移至塑料薄膜，将表层土壤逐渐刮掉放回蚓床，最后通过过筛法收集蚓体）；

（4）在蚯蚓修复过程中的第一次收集蚯蚓后，引入对Cu²⁺具有超积累作用、生长速度快的草本植物海州香薷和东南景天，采用间隔条植的方式，将海州香薷幼苗和东南景天幼苗移栽至进行蚯蚓修复的土壤中，海州香薷幼苗按40cm×25cm的株行距移栽，东南景天幼苗按18cm×12cm的株行距扦插在海州香薷的间隙，移栽后适时浇水，在第二次收集蚯蚓时，刈割东南景天，以后每收集一次蚯蚓，刈割一次东南景天，在8、9月份盛花期时将海州香薷植株连根整体移除，在秋末冬初季节最后一次收集蚯蚓时，将东南景天植株连根整体移除；

第二年春季修复地重新引入蚯蚓、海州香薷和东南景天，修复地引入蚯蚓前，施足有机农杂肥，土地耕透耙碎，时间和方法同上，整个修复过程为第一年3月至第二年11月，共20个月的时间，在污染土壤修复开始前及修复过程中的第4个月、8个月、16个月和第20个月（即修复过程的第一年7月、11月、第二年7月、11月）各采样1次，用于了解土壤修复进展情况。

实施例2镉、锌、铅、铜离子污染土壤的生物修复方法，实施步骤如下：

（1）选定待修复的重金属污染土壤，人工清除杂草、灌木，秋末冬初时节每亩施足腐熟有机农杂肥700Kg，深耕50cm，使土壤风化，冻死越冬害虫，土地耕透耙碎；

（2）春季土壤解冻后平均气温达到10℃以上时，移栽具有富集重金属能力的木本速生乔木竹柳，采用隔行穴植的方式移栽竹柳一年生幼苗，行距3.5米，株距1.8米，挖穴定植，穴径为0.8米，穴深0.6米；

（3）移栽完成后，灌一次透水，使苗木根系与土壤结合更紧密，灌水后随即培一层薄土，防治土壤板结和干裂，以后结合天气情况，及时浇水，避免干旱，在5月中上旬给苗木追肥，在离苗木30cm处挖半月形沟，按每亩施尿素20 kg、过磷酸钙30 kg的量追肥；6月中下旬，每亩施碳酸氢铵100 kg加过磷酸钙30 kg，7月中旬，需每亩追施氯化钾等钾肥20 kg，施肥时结合天气适当灌水。在气温达到15℃以上时，将土壤灌溉湿润后，投放太平二号蚯蚓，投放密度为1.5kg/m2，修复期间夏天高温天气每天至少洒一次水，并覆盖稻草保湿；春秋季节5天洒水一次，洒出的水要匀、细、冲力小，夏季一个月收集一次成蚓，春秋季节每一个半月收集一次成蚓，蚯蚓收集后原土回圃，并投放一定量的蚓种，使土壤中蚓种数量与第一期投放量相等，同时，一个处理周期添加一次有机肥，添加量为250公斤/亩，进入秋末冬初温度低于10℃后将所有的蚯蚓收集（采用自然光照收集法收集蚓体：使用小钉耙，铲出土壤上层20cm厚的蚓床土壤，疏松后堆放在塑料薄膜上，蚯蚓怕光，会逐渐下移至塑料薄膜，将表层土壤逐渐刮掉放回蚓床，最后通过过筛法收集蚓体）；

（4）在蚯蚓修复过程中的第一次收集蚯蚓后，引入对Cu²⁺具有超积累作用、生长速度快的草本植物海州香薷和东南景天，采用间隔条植的方式，将海州香薷幼苗和东南景天幼苗移栽至进行蚯蚓修复的土壤中，海州香薷幼苗按40cm×25cm的株行距移栽，东南景天幼苗按18cm×12cm的株行距扦插在海州香薷的间隙，移栽后适时浇水，在第二次收集蚯蚓时，刈割东南景天，以后每收集一次蚯蚓，刈割一次东南景天，在8、9月份盛花期时将海州香薷植株连根整体移除，在秋末冬初季节最后一次收集蚯蚓时，将东南景天植株连根整体移除；

第二年春季修复地重新引入蚯蚓、海州香薷和东南景天，修复地引入蚯蚓前，施足有机农杂肥，土地耕透耙碎，时间和方法同上，整个修复过程为第一年3月至第二年11月，共20个月的时间，在污染土壤修复开始前及修复过程中的第4个月、8个月、16个月和第20个月（即修复过程的第一年7月、11月、第二年7月、11月）各采样1次，用于了解土壤修复进展情况。

实施例3镉、锌、铅、铜离子污染土壤的生物修复方法，实施步骤如下：

（1）选定待修复的重金属污染土壤，人工清除杂草、灌木，秋末冬初时节每亩施足腐熟有机农杂肥600Kg，深耕45cm，使土壤风化，冻死越冬害虫，土地耕透耙碎；

（2）春季土壤解冻后平均气温达到10℃以上时，移栽具有富集重金属能力的木本速生乔木竹柳，采用隔行穴植的方式移栽竹柳一年生幼苗，行距3米，株距1.5米，挖穴定植，穴径为0.6米，穴深0.5米；

（3）移栽完成后，灌一次透水，使苗木根系与土壤结合更紧密，灌水后随即培一层薄土，防治土壤板结和干裂，以后结合天气情况，及时浇水，避免干旱，在5月中上旬给苗木追肥，在离苗木25cm处挖半月形沟，按每亩施尿素20 kg、过磷酸钙30 kg的量追肥；6月中下旬，每亩施尿素30 kg加过磷酸钙30 kg，7月中旬，需每亩追施氯化钾等钾肥20 kg，施肥时结合天气适当灌水。在气温达到15℃以上时，将土壤灌溉湿润后，投放太平二号蚯蚓，投放密度为1.0kg/m2，修复期间夏天高温天气每天至少洒一次水，并覆盖稻草保湿；春秋季节4天洒水一次，洒出的水要匀、细、冲力小，夏季一个月收集一次成蚓，春秋季节每一个半月收集一次成蚓，蚯蚓收集后原土回圃，并投放一定量的蚓种，使土壤中蚓种数量与第一期投放量相等，同时，一个处理周期添加一次有机肥，添加量为230公斤/亩，进入秋末冬初温度低于10℃后将所有的蚯蚓收集（采用自然光照收集法收集蚓体：使用小钉耙，铲出土壤上层20cm厚的蚓床土壤，疏松后堆放在塑料薄膜上，蚯蚓怕光，会逐渐下移至塑料薄膜，将表层土壤逐渐刮掉放回蚓床，最后通过过筛法收集蚓体）；

（4）在蚯蚓修复过程中的第一次收集蚯蚓后，引入对Cu²⁺具有超积累作用、生长速度快的草本植物海州香薷和东南景天，采用间隔条植的方式，将海州香薷幼苗和东南景天幼苗移栽至进行蚯蚓修复的土壤中，海州香薷幼苗按40cm×25cm的株行距移栽，东南景天幼苗按18cm×12cm的株行距扦插在海州香薷的间隙，移栽后适时浇水，在第二次收集蚯蚓时，刈割东南景天，以后每收集一次蚯蚓，刈割一次东南景天，在8、9月份盛花期时将海州香薷植株连根整体移除，在秋末冬初季节最后一次收集蚯蚓时，将东南景天植株连根整体移除；

第二年春季修复地重新引入蚯蚓、海州香薷和东南景天，修复地引入蚯蚓前，施足有机农杂肥，土地耕透耙碎，时间和方法同上，整个修复过程为第一年3月至第二年11月，共20个月的时间，在污染土壤修复开始前及修复过程中的第4个月、8个月、16个月和第20个月（即修复过程的第一年7月、11月、第二年7月、11月）各采样1次，用于了解土壤修复进展情况。

实验例在广西、浙江、湖南等一些受到重金属污染区的土地上，原本正常生长的农作物会被超标的重金属毒死，人们难觅蔬菜和粮食的踪影。随着经济社会的发展，中国的土壤重金属污染日益严重。环保部此前估算的数据显示，全国每年因重金属污染的粮食高达1200万吨，造成的直接经济损失超过200亿元。国土资源部也称，目前全国耕种土地面积的10%以上已受重金属污染。

针对郴州苏仙区邓家塘乡的重金属污染现状，采用实施例3的镉、锌、铅、铜离子污染土壤的生物修复方法作实验研究，2011年9月，我们选择了污染尤其严重的郴州苏仙区邓家塘乡作为实施地点。我们有选择地选取了重度重金属污染区域50亩，先测定土壤中重金属Cd、Zn、Pb和Cu的含量，随后人工清除杂草、灌木，秋末冬初时节每亩施足腐熟有机农杂肥600Kg，深耕45cm，使土壤风化，冻死越冬害虫，土地耕透耙碎；春季土壤解冻后平均气温达到10℃以上时（3月份），移栽具有富集重金属能力的木本速生乔木竹柳，采用隔行穴植的方式移栽竹柳一年生幼苗，行距3米，株距1.5米，挖穴定植，穴径为0.6米，穴深0.5米；移栽完成后，灌一次透水，使苗木根系与土壤结合更紧密，灌水后随即培一层薄土，防治土壤板结和干裂。在5月中上旬给苗木追肥，在离苗木25cm处挖半月形沟，按每亩施尿素20 kg、过磷酸钙30 kg的量追肥；6月中下旬，每亩施尿素30 kg加过磷酸钙30 kg，7月中旬，需每亩追施氯化钾等钾肥20 kg，施肥时结合天气适当灌水。在气温达到15℃以上时，将土壤灌溉湿润后，投放太平二号蚯蚓，投放密度为1.0kg/m2，修复期间夏天高温天气每天至少洒一次水，并覆盖稻草保湿；春秋季节4天洒水一次，洒出的水要匀、细、冲力小，夏季一个月收集一次成蚓，春秋季节每一个半月收集一次成蚓，蚯蚓收集后原土回圃，并投放一定量的蚓种，使土壤中蚓种数量与第一期投放量相等，同时，一个处理周期添加一次有机肥，添加量为230公斤/亩，进入秋末冬初温度低于10℃后将所有的蚯蚓收集（采用自然光照收集法收集蚓体：使用小钉耙，铲出土壤上层20cm厚的蚓床土壤，疏松后堆放在塑料薄膜上，蚯蚓怕光，会逐渐下移至塑料薄膜，将表层土壤逐渐刮掉放回蚓床，最后通过过筛法收集蚓体）；在蚯蚓修复过程中的第一次收集蚯蚓后，引入对Cu²⁺具有超积累作用、生长速度快的草本植物海州香薷和东南景天，采用间隔条植的方式，将海州香薷幼苗和东南景天幼苗移栽至进行蚯蚓修复的土壤中，海州香薷幼苗按40cm×25cm的株行距移栽，东南景天幼苗按18cm×12cm的株行距扦插在海州香薷的间隙，移栽后适时浇水，在第二次收集蚯蚓时，刈割东南景天，以后每收集一次蚯蚓，刈割一次东南景天，在8、9月份盛花期时将海州香薷植株连根整体移除，在秋末冬初季节最后一次收集蚯蚓时，将东南景天植株连根整体移除。

在污染土壤修复过程中的第4个月、8个月、16个月和第20个月（即修复过程的第一年7月、11月、第二年7月、11月）各采样1次，用于了解土壤修复进展情况。污染土壤样品采用梅花式布点法采集，分别采集15cm深度的耕层土壤和30cm深度的下层土壤。每个样点重复取样3次，取其平均值，整个试验区的重金属含量为各个样点重金属含量的平均值。土样风干后过2mm筛，测定方法参照 GB15618-1995《 土壤环境质量标准 》执行。结果如下表。

表1

 

表2

参照《土壤环境质量标准》可知：重度重金属污染土壤的标准为Cd的含量高于3.5mg/kg、Cu的含量高于116mg/kg、Pb的含量高于170.9mg/kg、Hg的含量高于0.9mg/kg等；轻度重金属污染土壤的标准为Cd的含量低于1.6mg/kg、Cu的含量低于70.4mg/kg、Pb的含量低于80.1mg/kg、Hg的含量低于0.7mg/kg等。

从表1-2可以看出：修复前土壤中Cd、Zn、Pb和Cu的含量都远远高于重度重金属污染的标准。对当地人们的身体健康构成极大地威胁，导致重金属重度事件频发，给一些家庭带来了无法弥补的灾难。而在使用本发明镉、锌、铅、铜离子污染土壤的生物修复方法20个月后，各种重金属含量明显减少，其中，修复地15cm深度耕层土壤的重金属含量Cd由4.27 mg/kg较低到0.52 mg/kg、Zn由227.83 mg/kg降低到74.46 mg/kg、Pb由363.62 mg/kg降低到42.29 mg/kg、Cu也由215.53mg/kg降低到35.46mg/kg；修复地30cm深度耕层土壤的重金属含量Cd由4.28 mg/kg较低到0.51 mg/kg、Zn由212.58 mg/kg降低到54.88 mg/kg、Pb由378.58 mg/kg降低到42.94 mg/kg、Cu也由178.56 mg/kg降低到33.58 mg/kg。很显然，本发明镉、锌、铅、铜离子污染土壤的生物修复方法的效果非常显著，对改善重金属污染土壤有很好的效果，值得更大范围推广。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.镉、锌、铅、铜离子污染土壤的生物修复方法，其特征是，步骤如下：

（1）选定待修复的重金属污染土壤，人工清除杂草、灌木，秋末冬初时节施足腐熟有机农杂肥，深耕，使土壤风化，冻死越冬害虫，土地耕透耙碎；

（2）春季土壤解冻后平均气温达到10℃以上时，移栽具有富集重金属能力的木本速生乔木竹柳；

（3）移栽完成后，在气温达到15℃以上时，引入蚯蚓修复过程，之后收集蚯蚓；

（4）在蚯蚓修复过程中的第一次收集蚯蚓后，引入对Cu²⁺具有超积累作用、生长速度快的草本植物海州香薷和东南景天，增强对浅层土壤铜离子的富集作用，之后将海州香薷和东南景天植株连根整体移除；第二年春季修复地重新引入蚯蚓、海州香薷和东南景天，修复地引入蚯蚓前，施足有机农杂肥，土地耕透耙碎，时间和方法同上，整个修复过程为第一年3月至第二年11月，共20个月的时间，在污染土壤修复开始前及修复过程中的第4个月、8个月、16个月和第20个月（即修复过程的第一年7月、11月、第二年7月、11月）各采样1次，用于了解土壤修复进展情况。

2.根据权利要求1所述的生物修复方法，其特征是，步骤（1）秋末冬初时节按400-800公斤/亩的用量施足腐熟有机农杂肥（优选的，按500-700公斤/亩的用量施足腐熟有机农杂肥；更加优选的，按600公斤/亩的用量施足腐熟有机农杂肥）。

3.根据权利要求1所述的生物修复方法，其特征是，步骤（1）深耕35-55cm（优选的，深耕40-50cm；更加优选的，深耕45cm）。

4.根据权利要求1所述的生物修复方法，其特征是，步骤（2）所述移栽具有富集重金属能力的木本速生乔木竹柳是指，采用隔行穴植的方式移栽竹柳一年生幼苗，行距2.5-3.5米，株距1.2-1.8米（优选的，行距3米，株距1.5米），挖穴定植，穴径为0.5-0.8米，穴深0.4-0.6米（优选的，穴径0.6米，穴深0.5米）。

5.根据权利要求4所述的生物修复方法，其特征是，移栽后，灌一次透水，使苗木根系与土壤结合更紧密，灌水后随即培一层薄土，防治土壤板结和干裂，以后结合天气情况，及时浇水，避免干旱，5月中下旬-6月苗木的根系生长较快，因此在5月中上旬给苗木追肥，在离苗木20-30cm处挖半月形沟，按每亩施尿素20 kg、过磷酸钙30 kg的量追肥；6月中下旬苗木开始进入速生期，每亩施尿素30 kg或碳酸氢铵100 kg加过磷酸钙30 kg，7月中下旬-8月底，是苗木的速生期，需每亩追施氯化钾等钾肥20 kg，施肥时结合天气适当灌水。

6.根据权利要求1所述的生物修复方法，其特征是，步骤（3）所述蚯蚓修复过程，是将土壤灌溉湿润后，投放太平二号蚯蚓，投放密度为0.5-2.0 kg/m2，蚯蚓通过不停地蠕动摄食，连带泥土摄入体内，使得重金属在体内停留和富集，修复期间夏天高温天气每天至少洒一次水，并覆盖稻草保湿；春秋季节4-5天洒水一次，洒出的水要匀、细、冲力小，夏季一个月收集一次成蚓，春秋季节每一个半月收集一次成蚓，蚯蚓收集后原土回圃，并投放一定量的蚓种，使土壤中蚓种数量与第一期投放量相等，同时，一个处理周期添加一次有机肥，添加量为200-250公斤/亩，进入秋末冬初温度低于10℃后将所有的蚯蚓收集。

7.根据权利要求6所述的生物修复方法，其特征是，太平二号蚯蚓投放密度为0.8-1.5 kg/m2（优选的，投放密度为1 kg/m2）。

8.根据权利要求6所述的生物修复方法，其特征是，采用自然光照收集法收集蚓体：使用小钉耙，铲出土壤上层20cm厚的蚓床土壤，疏松后堆放在塑料薄膜上，蚯蚓怕光，会逐渐下移至塑料薄膜，将表层土壤逐渐刮掉放回蚓床，最后通过过筛法收集蚓体。

9.根据权利要求1所述的生物修复方法，其特征是，步骤（4）采用间隔条植的方式，将海州香薷幼苗和东南景天幼苗移栽至进行蚯蚓修复的土壤中，海州香薷幼苗按40cm×25cm的株行距移栽，东南景天幼苗按18cm×12cm的株行距扦插在海州香薷的间隙，移栽后适时浇水，在第二次收集蚯蚓时，刈割东南景天，以后每收集一次蚯蚓，刈割一次东南景天，在8、9月份盛花期时将海州香薷植株连根整体移除，在秋末冬初季节最后一次收集蚯蚓时，将东南景天植株连根整体移除。