CN104607451A - 一种提高铀污染土壤修复效率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高铀污染土壤修复效率的方法。它是利用硼能显著提高铀富集植物吸收铀的能力的特点，在铀污染土壤（25～75mgU?kg^-1土）中施用硼元素（50mg?kg^-1土）后再种植铀富集能力强的植物，当株物长到高50～60cm时或开花前，将植株连根拔起从污染土壤中移走集中进行无害化处理。本发明方法能提高植物铀含量38%～123%，大大提高植物修复铀污染土壤的效率。

Description

一种提高铀污染土壤修复效率的方法

技术领域

本发明涉及污染土壤再生，具体涉及强化植物修复污染土壤的方法。

背景技术

核工业和核能利用的发展，使铀的使用量迅速增加，铀的开采和冶炼产生大量尾矿和废料，对土壤带来严重污染。我们对湖南衡阳铀尾矿土壤数百个样品测定表明，多数样品铀含量在25～75mg·kg-1,大大超过我国土壤(0～20cm)背景值3.03mg·kg-1(中国环境监测总站.中国土壤元素背景值.北京：中国环境科学出版社，1990,87-90,93-248,260-324)。土壤铀因生物富集作用在人体中积累，人体肾中铀含量超3mg·kg－1，就会产生损害(Sheppard S.C.,Sheppard M.I.,Gallerand M.O.,SanipelliB.,2005.Derivation of ecotoxicity thresholds for uranium.J.Environ.Radioactiv.79,55–83)。治理铀污染环境对实现可持续发展和保护人类健康十分重要。

铀污染的治理受到国内外的广泛关注，在成本效益的比较下，利用植物修复铀污染土壤受到人们的极大重视。植物修复因成本低、适应于大面积被污染介质的修复而受到人们的重视。植物修复技术就是利用植物根系吸收水分和养分的过程，吸收、转移污染环境(如土壤和水)中的重金属或核素，达到清除污染物质、修复介质目的的一种环境治理技术。根据修复机理和过程，植物修复技术可分为植物提取、植物固定、根际过滤和植物挥发四种类型。铀污染土壤的植物修复主要是利用植物的提取作用(地上器官富集)和固定作用(根系富集)等来减少土壤中的铀含量。

目前铀污染土壤植物修复研究有以下特点：一是研究不同植物对铀尾矿渣的耐受性(向阳，等.3种植物对铀尾渣的耐受性研究.矿业工程研究,2009,24(3):70-73)。二是研究铀尾矿区植物的铀含量，评价筛选超富集植物(聂小琴,等.某铀尾矿库土壤核素污染与优势植物累积特征.环境科学研究,2010,23,(6):719-725；黄德娟,等.某铀矿九种优势草本植物铀的测定.环境科学与技术，2011,34(3)：29-31)。三是筛选植物研究时，人工铀污染土壤的处理在植物生长期间进行(唐丽,等.修复铀污染土壤超积累植物的筛选及积累特征研究.核技术,2009,32,(2):136-141；徐俊,等.三种植物对铀耐性及土壤中铀吸收积累差异的研究.化学研究与应用,2009,21(3):322-326；万芹芳,等.植物对土壤中铀的吸收与富集.植物学报,2011,46(4):425–436).这种方法不符合大多数铀污染土壤(铀尾矿砂等)的实际情况，且溶液中铀离子直接影响植物或被植物吸收，这与实际铀污染土壤中铀离子多被土壤固体吸附不同。有研究表明，土壤孔隙溶液中铀的浓度对植物的影响和吸收作用相当于10倍浓度干土中的铀(Sheppard S.C.,et al,2005.Derivation of ecotoxicity thresholds for uranium.J.Environ.Radioactiv.79,55–83)。因此,用在植物生长期间浇施铀溶液的方法来评价植物对土壤铀的吸收富集能力是不准确的。四是用营养液水培方式测定陆生植物的U含量,据此评价植物的修复能力(Dushenkov S D,et al.Removal of U from water using terrestrial plants.Environ.Sci.&Tech.,1997,37:3468～3474；Straczek A,et al.Differences in U root-to-shoot translocationbetween plant species explained by U distribution in roots.Journal of EnvironmentalRadioactivity 2010.,101:258–266.)。营养液水培环境不同于土壤环境，陆生植物在水中和土壤中有不同的根系生长特点和元素吸收特点，用水培的方式评价陆生植物的修复能力是不准确的。

Viehweger等(2010)研究表明，拟南芥属的一种植物(Arabidopsis halleri)在水培介质中U的TF(植物铀含量/介质铀含量)值比在废弃铀矿土壤中高10倍以上(Viehweger K,Geipel G.Uraniumaccumulation and tolerance in Arabidopsis halleri under native versus hydroponicconditions[J].Environmental and Experimental Botany,2010,69:39–46.)

国内外学者对铀污染土壤的植物修复进行了不少技术研究。(1)修复植物筛选。在国外，向日葵被认为是良好的富集植物(ShahandehH，et al.Enhancement of Uranium Phytoaccumulation FromContamimated Soils.Science,2002,167(4):269-280.)。冯涛等(2008)用美洲商陆修复铀尾矿渣污染土壤(专利公告号：CN101249501(2008.08.27))。向言词等(2009)利用盐肤木、山黄麻、密蒙花、黄香草木犀和雾水葛(Pouzolzia z eylanica)五种植物搭配种植阻控铀尾矿渣重金属污染物移迁(专利公告号：CN101491810(2009.07.29)),用田皂角、五节芒和白茅修复改良铀尾矿渣污染土壤(专利公告号：CN101502843(2009.08.12))。丁德馨等(2010)利用博落回修复铀尾矿砂(专利公告号：CN101642768(2010.02.10))。(2)强化植物修复能力。强化植物修复能力就是采取各种措施，促进植物对重金属或铀的吸收和转移，提高植物含量。有研究表明，施用EDTA螯合剂可以促进植物对铯的吸收和富集(李凤玉等，EDTA螯合诱导商陆、胭脂草修复锰污染环境的研究.福建师范大学学报(自然科学版),2011,27(2):114-119)；施用鸡粪肥、海藻肥、柠檬酸对植物铀含量有不同的影响(万芹芳,等.植物对土壤中铀的吸收与富集.植物学报,2011,46(4):425–436)。但微量元素对强化植物修复铀污染土壤有何作用，目前未见报道。

微量元素是平均含量在植物干重0.1％以下、植物生长发育必需的一类元素，包括锰、铜、锌、钼、硼、氯、镍等元素。这些微量元素对植物其他必需元素有抑制吸收、促进吸收等作用(鲁如坤等.农业化学手册.科学出版社，1982),研究它们对植物吸收铀这种非必需元素有何影响，探索利用某些微量元素强化植物修复铀污染土壤的方法，应是植物修复研究研究的一个重要课题。

因此，针对目前植物修复研究的不足，采取饱和持水量法(唐永金,罗学刚.植物吸收和富集核素的研究方法.核农学报,2011,25(6):224-231)人工铀污染土壤，保证试验土壤得到均匀污染；经铀处理的土壤在阴凉处放置8周以上(Massas I,et al.¹³⁴Cs uptake by four plant species and Cs–Krelations in the soil–plant system as affected by Ca(OH)₂application to an acid soil.Journalof Environmental Radioactivity,2010,101:250–257.)，经土壤吸附固定，模拟铀污染土壤。在不同浓度铀污染土壤下，分别施用不同浓度的锰、钼、硼、锌、铜微量元素，并与不施用比较，对筛选出的微量元素及其浓度对植物生物产量和铀含量的研究，再经配套技术研究，发明一种利用硼元素强化植物修复铀污染土壤的方法。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，通过施用硼元素，提供一种提高铀污染土壤修复效率的方法。

本发明的内容是：一种提高铀污染土壤修复效率的方法，其特征在于，它是利用硼能显著提高铀富集植物吸收铀的能力的特点，在铀污染土壤(25～75mgU·kg^-1土)中施用硼元素(50mg·kg^-1土)后再种植铀富集能力强的植物，当株物长到高50～60cm时或开花前，将植株连根拔起从污染土壤中移走集中处理。

本发明的内容中：所述铀污染土壤是指25～75mg U kg^-1污染土壤；所述的“铀富集植物”，包括菊苣、鬼针草、四季豆、灰灰菜、蕹菜、铁苋、酸模等；施用硼肥的方法是：将受铀污染土壤整细整平后，按照每667m²施用硼酸8.6kg(相当于1.5kg硼元素)，将硼与土壤混匀；种植植物的方法是：铀污染土壤施硼后，施用人畜粪水，撒播铀富集能力强的植物，盖土后按常规管理；收获植物的方法是：当植物株高50～60cm时或开花前，将植株连根拔起从污染土壤中移走，放在混凝土坑中腐烂后，晒干焚烧，把灰分中的铀进一步采用回收铀、填埋等现有技术方式进行处理。

本发明具有下列特点和有益效果：①本发明系发明人在筛选试验的基础上，在不同铀污染土壤中，从5种微量元素不同浓度里，筛选出一种在铀污染土壤(25～75mgU·kg^-1土)中，能大大提高植物铀含量，提高幅度在38％～123％；②采用本发明方法，可强化植物修复铀污染土壤的能力，有利于利用植物修复治理大面积铀污染土壤，如铀尾矿土壤。

具体实施方式

下面给出的操作方法和实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

操作方法：①平整土地将受铀污染土壤(25～75mgUkg^-1土)的地块去除地上物，耕翻整细整平；②施硼按照每667m²施用1.5kg硼(施硼酸8.6kg),将硼酸拌细土后均匀撒施在土表上，用旋耕机或钉齿耙与土壤混匀；③施用腐熟的人畜粪，每667m²2500～3000kg，加水2500～3000kg,泼洒在待播土壤；④播种播种时间为5月上、中旬，将植物种子(如菊苣等)与细土混合撒播在细平湿润土面上，每667m²播种500g左右(菊苣),撒播后细土覆盖0.3厘米；⑤收获处理当植物株高50～60cm时或开花前，将植株连根拔起从污染土壤中移走，放在混凝土坑中腐烂后，晒干焚烧，把灰分中的铀进一步采用回收铀、填埋等现有技术方式进行处理；⑥收割的植物含铀较高，人和动物不能食用，可作深埋或无害化处理。

实施例1硼肥对铀污染浓度为25mgUkg^-1土的土壤中铀的吸收与富集

试验土壤铀污染量为25mg Ukg^-1土，土壤自身铀含量为2.16mg Ukg^-1土，pH 7.5(土：水＝1：1)，有机质含量31.6g·kg^-1，全氮磷钾依次为2.57、0.985、17.9g·kg^-1，碱解氮、有效磷和速效钾分别为302、33、288mg·kg^-1。2月15日用饱和持水量法将铀均匀污染土壤，放在阴凉干燥处2个月，以便土壤吸附。4月15日，将铀污染土壤分成两部分，一部分按照每千克土壤施用50mg硼(施用药品为硼酸粉末，含硼17.48％)，按饱和持水量法将硼酸溶液均匀浇施在铀污染的土壤；将另一部分铀污染土壤不施硼，只是按照饱和持水量法浇施清水(对照)。将这些处理了的土壤放在阴凉干燥处1个月，以便土壤吸附。

5月15日，在施用了硼和没有施用硼的铀污染土壤上种植菊苣，保持土壤湿度在田间持水量的60％～70％，于7月30日收获，收获时连根拔起，测定植株铀含量。

结果表明，在25mg Ukg^-1铀污染的土壤，没有施硼的菊苣植株铀含量是11.25mg·kg^-1DW,施硼的菊苣植株铀含量是25.17mg·kg^-1DW。与没有施硼的相比，植物生物产量没有明显的变化，但植物铀含量提高了123.73％。因此，在25mg Ukg^-1铀污染的土壤上施用硼，将强化植物吸收铀的能力，显著减少土壤铀含量。

实施例2硼对铀污染浓度为50mgUkg^-1土的土壤中铀的吸收与富集

试验土壤铀污染量为50mg Ukg^-1土，土壤自身铀含量为2.16mg Ukg^-1土，pH 7.5(土：水＝1：1)，有机质含量31.6g·kg^-1，全氮磷钾依次为2.57、0.985、17.9g·kg^-1，碱解氮、有效磷和速效钾分别为302、33、288mg·kg^-1。2月15日用饱和持水量法将铀均匀污染土壤，放在阴凉干燥处2个月，以便土壤吸附。4月15日，将铀污染土壤分成两部分，一部分按照每千克土壤施用50mg硼(施用药品为硼酸粉末，含硼17.48％)，按饱和持水量法将硼酸溶液均匀浇施在铀污染的土壤；将另一部分铀污染土壤不施硼，只是按照饱和持水量法浇施清水(对照)。将这些处理了的土壤放在阴凉干燥处1个月，以便土壤吸附。

5月15日，在施用了硼和没有施用硼的铀污染土壤上种植菊苣，保持土壤湿度在田间持水量的60％～70％，于7月30日收获，收获时连根拔起，测定植株铀含量。

结果表明，在50mg Ukg^-1铀污染的土壤，没有施硼的菊苣植株铀含量是29.44mg·kg^-1DW,施硼的菊苣植株铀含量是52.86mg·kg^-1DW。与没有施硼的相比，植物生物产量没有明显的变化，但植物铀含量提高了79.55％。因此，在50mg Ukg^-1铀污染的土壤上施用硼，可以强化植物吸收铀的能力，加快减少土壤铀含量。

实施例3硼对铀污染浓度为75mgUkg^-1土的土壤中铀的吸收与富集

试验土壤铀污染量为75mg Ukg^-1土，土壤自身铀含量为2.16mg Ukg^-1土，pH 7.5(土：水＝1：1)，有机质含量31.6g·kg^-1，全氮磷钾依次为2.57、0.985、17.9g·kg^-1，碱解氮、有效磷和速效钾分别为302、33、288mg·kg^-1。2月15日用饱和持水量法将铀均匀污染土壤，放在阴凉干燥处2个月，以便土壤吸附。4月15日，将铀污染土壤分成两部分，一部分按照每千克土壤施用50mg硼(施用药品为硼酸粉末，含硼17.48％)，按饱和持水量法将硼酸溶液均匀浇施在铀污染土壤；将另一部分铀污染土壤不施硼，只是按照饱和持水量法浇施清水(对照)。将这些处理了的土壤放在阴凉干燥处1个月，以便土壤吸附。

5月15日，在施用了硼和没有施用硼的铀污染土壤上种植铁苋，保持土壤湿度在田间持水量的60％～70％，于7月30日收获，收获时连根拔起，测定植株铀含量。

结果表明，在75mg Ukg^-1铀污染的土壤，没有施硼的铁苋植株铀含量是47.17mg·kg^-1DW,施硼的铁苋植株铀含量是65.53mg·kg^-1DW。与没有施硼的相比，植物生物产量没有明显的变化，但植物铀含量提高了38.92％。因此，在75mg Ukg^-1铀污染的土壤上施用硼，也能强化植物吸收铀的能力，加快减少土壤铀含量。

本发明中所述的“铀富集植物”，包括菊苣、鬼针草、四季豆、灰灰菜、蕹菜、铁苋、酸模等，均可达到本发明目的。

Claims (3)

1. 一种提高铀污染土壤修复效率的方法，其特征在于，它是利用硼能显著提高铀富集植物吸收铀的能力的特点，在铀污染土壤中施用硼元素后再种植铀富集能力强的植物，当株物长到高50～60cm时或开花前，将植株连根拔起从污染土壤中移走集中处理。

2.根据权利要求1所述的提高铀污染土壤修复效率的方法，其特征在于，它的具体操作步骤依次是：首先将受铀污染土壤整细整平后，按照每667m²施入硼酸8.6kg并与土壤混匀；再施用人畜粪水；再后撒播铀富集植物，盖土后按常规管理；当植物长到株高50～60cm时或开花前，将植株连根拔起从污染土壤中移走，并按已有技术方案进行无害化处理。

3.根据权利要求1或2所述的提高铀污染土壤修复效率的方法，其特征在于，所述铀污染土壤是指25～75mg Ukg^-1污染土壤；所述的铀富集植物包括菊苣、鬼针草、四季豆、灰灰菜、蕹菜、铁苋、酸模。