CN104307856A - 重金属污染土壤的动植物综合利用修复方法 - Google Patents
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- B09C1/10—Reclamation of contaminated soil microbiologically, biologically or by using enzymes
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- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
- B09C1/10—Reclamation of contaminated soil microbiologically, biologically or by using enzymes
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Abstract
本发明公开了一种重金属污染土壤的动植物综合利用修复方法，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桑树；（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苎麻，增强对浅层土壤铜离子的富集作用，之后将苎麻植株连根整体移除；第二年春季修复地重新引入蚯蚓和苎麻。
Description
技术领域
本发明涉及一种土壤修复的方法，尤其是涉及一种重金属污染土壤的动植物综合利用修复方法。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。重金属对人体的伤害极大，镉（Cd)、汞(Hg)、银(Ag)、铜(Cu)、钡(Ba)、铅(Pb)等。重金属元素的离子一般是有毒的,重金属元素一旦在人体中超量，对身体危害极大。重金属的污染来源：1）工业三废引起的重金属污染：金属矿产开发中选矿、冶炼工艺水平落后，矿区排污不达标，重金属随着自然的沉降、雨水的淋溶等途径进入土壤、河流或海洋，造成重金属污染严重危害人们的生产生活。2）化肥农药的过度使用：化肥中品位较差的过磷酸钙和磷矿粉中含有微量的砷、镉重金属元素。含铅及有机汞的农药发挥作用的同时也为土壤重金属污染埋下了祸根，造成土壤的胶质结构改变，营养流失。饲料添加剂中也常含有高含量的铜和锌，这使得有机肥料中的铜、锌含量也明显增加并随着肥料施入农田。3）汽车尾气的排放：汽车尾气的排放、汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的有害气体和粉尘的沉降，引起公路两侧呈条带状分布的污染。另外还有生活垃圾污染。
长江三角洲地区地处我国东南沿海，土地面积为10.96万平方公里。自改革开放以来，长江三角洲地区经济迅速发展，乡镇企业发展迅速，乡村城市化与城乡一体化的步伐加快。已成为我国人口最为集中、经济最为发达、城镇密度最大的地区之一。2004年统计数据表明，长江三角洲地区在仅占全国面积1%的土地上，居住着全国5.8%的人口，创造了18.7%的国内生产总值、全国22%的财政收入和18.4%的外贸出口，因此在我国的国民经济中一直占着举足轻重的地位。经济的不断发展在带来巨大经济效益的同时，也使各种农业与环境问题日益凸显。有调查研究表明，伴随着经济的高速发展，长江三角地区的土壤环境质量总体状况不容乐观，土壤质量呈现了下降的趋势。其中重金属污染已经成为长江三角地区的一个重要问题，局部地区土壤重金属含量超标严重。有研究表明：长江三角洲地区有些城市的农田因受多种重金属污染致使10%的土壤基本丧失生产力。对长江三角洲地区土壤重金属污染的治理亟待解决，刻不容缓，有必要对长江三角地区进行重金属污染治理。
在现有的改善重金属污染土壤的方法中，公开号CN102380506A（申请号201110286763.3）的中国专利公开了一种复垦重金属污染土壤的方法。其是在重金属污染土壤中种植红麻。本方法主要利用纤维作物红麻耐重金属、耐贫瘠、生物量大、根系发达等特点，在多金属污染土壤上种植红麻以达到复垦、水土保持、固定重金属等目的，兼具经济价值和景观价值。虽然本发明选择种植红麻来复垦重金属污染土壤，但根据具体的调研来看，单纯的依靠种植红麻并不能很大程度上改善土壤污染。并且通过它的说明书的有益效果部分可以看到：红麻具有重金属吸收量少的特点。所以，单纯依靠种植红麻来复垦重金属污染土壤并不理想。公开号CN102101123A（申请号201110056525.3）的中国专利公开了了一种重金属污染土壤原位修复方法，将亚微米或纳米铁、粉煤灰、含镁制剂和膨润土按照5-25∶40-50∶1-10∶15-50的重量比例均匀混合，得到重金属污染土壤修复药剂；在重金属污染土壤的表面施加1-4cm厚度的重金属污染土壤修复药剂后，将受污染土壤表层20cm厚的土壤与施加的修复药剂通过翻耕的方式混合均匀；经3-6个月，重金属污染土壤中的重金属镉、铬、汞、铅、砷、镍、锌、铜、锰和钒还原成低价固定化的重金属，失去其生物有效性，实现了重金属污染土壤的原位修复。公开号CN102962249A（申请号201210383050.3）的中国专利公开了一种污染土壤修复系统及方法。其中，污染土壤修复系统包括热源产生装置和热脱附装置；热源产生装置与热脱附装置相连通，用于加热热脱附装置中被污染的土壤；并且，热脱附装置包括埋管式加热炉，埋管式加热炉包括炉膛，炉膛内设置有供烟气流通的加热管束，烟气来自于热源产生装置。该方法可以很好的修复重金属污染的土壤，但投入成本太高，并且操作太复杂，需要将被污染土壤送入所述埋管式加热炉的炉膛内，然后将所述热源产生装置产生的热烟气引入所述加热管束，间接加热所述埋管式加热炉内的被污染土壤，进行热脱附处理，最后，通过所述埋管式加热炉底部的排渣口排出，并对产生的混合废蒸汽进行尾气处理。所以此方法比较适合较少量污染土壤的修复，而对大面积的污染土壤来说，操作不宜实施。
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重金属污染土壤的动植物综合利用修复方法，对促进重金属污染的土壤微生物的修复，改善土壤理化特征，对修复重金属土壤污染具有显著的效果，易操作，同时具有很好的经济价值。
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桑树；
（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苎麻，增强对浅层土壤铜离子的富集作用，之后将苎麻植株连根整体移除；
第二年春季修复地重新引入蚯蚓和苎麻，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。
根据上述动植物综合利用修复方法，优选的，步骤（1）秋末冬初时节按420-800公斤/亩的用量施足腐熟有机农杂肥（优选的，按510-700公斤/亩的用量施足腐熟有机农杂肥；更加优选的，按620公斤/亩的用量施足腐熟有机农杂肥）。
根据上述动植物综合利用修复方法，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）。
根据上述动植物综合利用修复方法，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桑树是指，采用隔行穴植的方式移栽桑树一年生幼苗，行距2.2-3.2米，株距1.1-1.4米（优选的，行距3米，株距1.3米），挖穴定植，穴径为0.55-0.65米，穴深0.45-0.6米（优选的，穴径0.6米，穴深0.5米）。而且移栽后，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15 kg、过磷酸钙25 kg的量追肥；6月中下旬苗木开始进入速生期，每亩施尿素18 kg或碳酸氢铵90 kg加过磷酸钙25 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18 kg，施肥时结合天气适当灌水。
根据上述动植物综合利用修复方法，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0.8-1.5 kg/m2；更加优选的，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。其中，蚯蚓的收集采用自然光照收集法：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。
根据上述动植物综合利用修复方法，优选的，步骤（4）所述草本植物苎麻采用间隔条植的方式，按25cm×15cm的株行距移栽，移栽后适时浇水，最后将苎麻植株连根整体移除。
主要材料简介：
桑树：喜光，对气候、土壤适应性都很强。耐寒，可耐-40℃的低温，耐旱，耐水湿，耐盐碱，也可在温暖湿润的环境生长。抗风，耐烟尘，抗有毒气体。根系发达，生长快，萌芽力强，耐修剪。桑树的经济价值高，尤其蚕丝是上等的纺织原料，随着国家经济建设事业的发展和人民生活的提高，对蚕丝的需要量也要日盆增加。因此，各地可以根据当地具体条件适当地婺展种桑事业。桑树枝叶茂密，秋季叶色变黄，颇为美观；能杭烟尘，适于城市工矿区及四旁绿化，或栽作防护林；果可生食或酿酒。枝、根皮、叶可入药。桑树性味甘、辛，性寒；入肺经、脾经，具有滋养肝肾、养血明目、滋液熄风、润肠通便、调整机体免疫功能，促进造血细胞生长、降血脂、护肝之功效。主治肺热喘痰、水饮停肺、胀满喘急、水肿、脚气、小便不利等。
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。
苎麻：又名“中国草”，具有抗逆能力强、繁殖能力强、根系庞大、生物产量高等特点。我国苎麻种质资源十分丰富，为筛选可应用于重金属植物修复的品种提供了有利的条件。选择重金属耐性强、富集量大且还能高产优质的品种对修复重金属污染土壤具有实际意义。苎麻主要作为纺织等工业原料，通过食物链危害人体健康的风险较小，在治理土壤污染的同时还有一定的经济收益。苎麻生物量大，适应性强，不仅具有较强的镉的富集能力，并且报道对镉、铅、砷等复合污染的修复具有较强的富集效果。苎麻对重金属Sb、Cd、As、Pb均有不同程度的富集。
该重金属污染土壤的动植物综合利用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--植物桑树和苎麻的工艺技术。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，选用超积累植物。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）本发明所使用的植物桑树耐寒，可耐-40℃的低温，耐旱，耐水湿，耐盐碱，而且抗风，耐烟尘，抗有毒气体。根系发达，生长快，萌芽力强。
（2）本发明所使用的纤维作物桑树的经济价值高。
（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）本发明所使用的苎麻具有生长速度快，抗逆能力强、根系庞大等特点，且具有较强的重金属耐性，适合在重金属污染土壤中种植，不仅具有较强的镉的富集能力，并且报道对镉、铅、砷等复合污染的修复具有较强的富集效果。
（6）本发明所使用的纤维作物苎麻是非可食用农作物，相对于可食用农作物，能有效降低重金属进入人体的风险。
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重金属污染土壤的动植物综合利用修复方法，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510公斤，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桑树，采用隔行穴植的方式移栽桑树一年生幼苗，行距2.2米，株距1.1米，挖穴定植，穴径为0.55米，穴深0.45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。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20cm处挖半月形沟，按每亩施尿素15 kg、过磷酸钙25 kg的量追肥；6月中下旬苗木开始进入速生期，每亩施尿素18 kg、过磷酸钙25 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18 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0.5 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；
（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苎麻，采用间隔条植的方式，按25cm×15cm的株行距移栽，移栽后适时浇水，最后将苎麻植株连根整体移除；
第二年春季修复地重新引入蚯蚓和苎麻，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重金属污染土壤的动植物综合利用修复方法，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700公斤，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桑树，采用隔行穴植的方式移栽桑树一年生幼苗，行距3.2米，株距1.4米，挖穴定植，穴径为0.65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。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30cm处挖半月形沟，按每亩施尿素15 kg、过磷酸钙25 kg的量追肥；6月中下旬苗木开始进入速生期，每亩施碳酸氢铵90 kg加过磷酸钙25 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18 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1.5 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；
（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苎麻，采用间隔条植的方式，按25cm×15cm的株行距移栽，移栽后适时浇水，最后将苎麻植株连根整体移除；
第二年春季修复地重新引入蚯蚓和苎麻，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重金属污染土壤的动植物综合利用修复方法，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620公斤，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桑树，采用隔行穴植的方式移栽桑树一年生幼苗，行距3米，株距1.3米，挖穴定植，穴径为0.6米，穴深0.55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。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25cm处挖半月形沟，按每亩施尿素15 kg、过磷酸钙25 kg的量追肥；6月中下旬苗木开始进入速生期，每亩施尿素18 kg加过磷酸钙25 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18 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1.0 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；
（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苎麻，采用间隔条植的方式，按25cm×15cm的株行距移栽，移栽后适时浇水，最后将苎麻植株连根整体移除；
第二年春季修复地重新引入蚯蚓和苎麻，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。
实验例湖南株洲市清水塘霞湾港排污口，冒着浓烈化学药品臭味的污水冲入湘江。岸边的霞湾港工业园区，冒着白烟的烟囱林立，天空堆着灰蒙蒙的白云，阳光显得有些模糊。被称为“东方莱茵河”的湘江还在饱受重金属污染之痛，以湘江(株洲)霞湾港段为例，排污口下游底泥的镉、铅等重金属含量超标1800倍、52倍。而湘江流域受到重金属污染的土地更是面积巨大。官方数据显示，湖南全省受重金属污染的土地面积达28000公顷，占全省总面积的13%。“十五”规划实施以来，湖南的汞、镉、铬、铅排放量位居全国首位；砷(砒霜)名列甘肃之后居第二位；二氧化硫和化学耗氧量的排放量居全国前列。在湘江枯水期的5个月，“长株潭”河段镉浓度严重超标。统计数据显示，湖南全省受到“矿毒”及重金属污染的土地面积达28000公顷，占全省总面积的13%。湖南14个市、州中，有8个处在湘江流域，超过4000万人的生产、生活用水受到污染。
针对湖南省的重金属污染现状，以实施例3的重金属污染土壤的动植物综合利用修复方法做实施实验，2011年8月，我们选择了污染尤其严重的湖南省株洲市茶陵县作为实施地点。我们有选择地选取了重度重金属污染区域100亩，先测定土壤中重金属Cd、Cu、Pb、Hg的含量，人工清除杂草、灌木，与当年秋末冬初时节按620公斤/亩的用量施足有机肥。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，移栽桑树。采用穴植的方式移栽桑树一年生幼苗，行距3米，株距1.3米。挖穴定植，穴径为0.6米，穴深0.55米。移栽后，灌一次透水，灌水后随即培一层薄土。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月中下旬每亩施碳酸氢铵80 kg加过磷酸钙20 kg，7月中旬每亩追施硫酸铵50 kg，施肥时结合天气适当灌水。在气温达到15℃以上时，将桑树的土壤灌溉湿润后，投放太平二号蚯蚓，投放密度为1.0 kg/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。蚯蚓富集修复过程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（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，蚯蚓因怕光，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）。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保持平衡，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，收集的蚯蚓按危废物处理。在蚯蚓修复过程中的第一次回收蚯蚓后，再引入对Cu2+ 具有超积累作用、生长速度快的苎麻，按40cm×20cm的株行距移栽，适时浇水。在秋末冬初季节最后一次收集蚯蚓时，将苎麻植株连根整体移除，采用焚烧处理。第二年春季修复地重新引入蚯蚓和苎麻，修复地引入蚯蚓前，按400公斤/亩的用量施足有机农杂肥，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含量高于3.5mg/kg、Cu含量高于116mg/kg、Pb含量高于170.9mg/kg、Hg含量高于0.9mg/kg；轻度重金属污染土壤的标准为Cd含量低于1.6mg/kg、Cu含量低于70.4mg/kg、Pb含量低于80.1mg/kg、Hg含量低于0.7mg/kg。
从表1-2可以看出：实施前土壤中Cd、Cu、Pb和Hg的含量都远远高于重度重金属污染的标准，尤其是Hg的含量几乎是重度重金属土壤污染标准的7倍。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。而在使用本发明重金属污染土壤的动植物综合利用修复方法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4.41 mg/kg较低到0.58 mg/kg、Cu由185.58 mg/kg降低到36.49 mg/kg、Pb由263.66 mg/kg降低到43.21 mg/kg、Hg也由5.68 mg/kg降低到0.32 mg/kg；修复地30cm深度耕层土壤的重金属含量Cd由4.58 mg/kg较低到0.62 mg/kg、Cu由165.58 mg/kg降低到36.18 mg/kg、Pb由182.66 mg/kg降低到49.21 mg/kg、Hg也由6.83 mg/kg降低到0.38 mg/kg。可看出：本发明的用于修复重金属污染土壤的方法效果非常显著，各重金属的含量均降低到了轻度污染标准以下，适合大范围推广使用。
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.重金属污染土壤的动植物综合利用修复方法，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桑树；
（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苎麻，增强对浅层土壤铜离子的富集作用，之后将苎麻植株连根整体移除；第二年春季修复地重新引入蚯蚓和苎麻，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所述的动植物综合利用修复方法，其特征是，步骤（1）秋末冬初时节按420-800公斤/亩的用量施足腐熟有机农杂肥（优选的，按510-700公斤/亩的用量施足腐熟有机农杂肥；更加优选的，按620公斤/亩的用量施足腐熟有机农杂肥）。
3.根据权利要求1所述的动植物综合利用修复方法，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所述的动植物综合利用修复方法，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桑树，采用隔行穴植的方式移栽桑树一年生幼苗，行距2.2-3.2米，株距1.1-1.4米（优选的，行距3米，株距1.3米），挖穴定植，穴径为0.55-0.65米，穴深0.45-0.6米（优选的，穴径0.6米，穴深0.5米）。
5.根据权利要求4所述的动植物综合利用修复方法，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15kg、过磷酸钙25 kg的量追肥；6月中下旬苗木开始进入速生期，每亩施尿素18kg或碳酸氢铵90kg加过磷酸钙25kg，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18kg，施肥时结合天气适当灌水。
6.根据权利要求1所述的动植物综合利用修复方法，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所述的动植物综合利用修复方法，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所述的动植物综合利用修复方法，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所述的动植物综合利用修复方法，其特征是，步骤（4）所述草本植物苎麻采用间隔条植的方式，按25cm×15cm的株行距移栽，移栽后适时浇水，最后将苎麻植株连根整体移除。
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