CN106238446A - 利用草本植物间作修复重金属污染土壤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用草本植物间作修复重金属污染土壤的方法，它是将草本植物种植在重金属离子污染的土壤中，其特征在于：草本植物为空心菜、马芷苋、污泥蓼和苦菜四种以间作方式种植在重金属离子污染的土壤中，通过四种不同草本植物对重金属离子的超累积选择性吸收，土壤中的重金属离子转移到植物的地上部分，定期将植物地上部分移走，逐步降低污染土壤中重金属离子的含量，进而修复重金属污染的土壤；与其他植物修复技术相比较，本发明采用的草本植物不仅美化环境，防治水土流失，更重要的是种植成本低，植物易种易采，管理方便，社会接受度高，适宜大面积污染土壤修复，易于推广。
Description
技术领域
本发明属于重金属污染土壤植物修复技术领域，具体地说是一种利用草本植物间作修复重金属污染土壤的方法。
背景技术
土壤重金属污染是指由于人类活动，土壤中的微量金属元素在土壤中的含量超过背景值，过量沉积而引起的含量过高。土壤重金属污染占目前污染土壤的很大一部分，土壤重金属污染主要来自固体废弃物，以矿业和工业固体废弃物及污水处理形成的污泥。重金属污染土壤导致土质变差，粮食减产，作物重金属含量超标（如“镉米事件”），农田无法耕种荒芜，重金属污染土壤附近的居民出现皮肤病、肝病、癌症等等，因此重金属污染土壤的治理和修复已经刻不容缓。
目前，重金属污染土壤的处理和修复方法主要有不溶解处理技术、土壤固化处理、热处理技术和洗土技术等。不溶解处理技术是通过搅拌使重金属与沉淀剂充分反应，从而防止重金属溶解于水。缺点是只能在特定区域进行，推广应用受限。土壤固化处理技术是将被污染的土壤进行固化处理(例如固化成玻璃结晶状等块状固体)，以达到防止污染物扩散的目的，但污染物仍然存在，且固化后的土壤无法再次利用。热处理法技术需要专用设备来加热被污染的土壤，然后使土壤中的低沸点污染物蒸发气化从而得以清除。但是这一方法只适用于沸点相对较低的重金属，例如汞和铅等。而洗土技术则是通过对污染土壤进行水洗，将重金属离子以水溶液的方式洗除，该方法仅适用于小面积的污染土壤。由此可见，以上这些传统方法不适用于大面积重金属污染土壤的治理和修复。
重金属污染土壤的植物修复技术成本低、不破坏场地结构、不造成地下水体二次污染、防止水土流失、美化环境，易于被社会认可，是目前污染土壤修复研究的热点和前沿方向。
但是，由于污染土壤植物修复技术中植物的筛选是一个比较漫长的过程，在繁多的植物中筛选的对重金属具有超级累特征的植物犹如大海捞针，污染土壤的植物修复技术大多仍处于研究阶段，被社会广泛接受的推广应用的植物修复技术较少。
发明内容：
为了解决目前对重金属污染土壤的上述传统处理方法存在的不足，本发明的目的是提供一种处理成本低、工程量小、技术要求低、适合大面积推广的一种利用草本植物间作修复重金属污染土壤的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种利用草本植物间作修复重金属污染土壤的方法，将草本植物空心菜、马芷苋、污泥蓼、苦菜，以间作方式种植在重金属离子污染的土壤中，通过不同草本植物对重金属离子的超累积选择性吸收，土壤中的重金属离子转移到植物的地上部分，定期将植物地上部分移走，逐步降低污染土壤中重金属离子的含量，进而修复重金属污染的土壤。
所种植的草本植物是指在重度污染土壤上覆盖1~2cm厚的优质土，然后在其上直接撒播草本植物的种子；对于一般污染土壤，可直接撒播种子，喷洒水直至出苗，土壤水分保持在田间持水量的75~80%，每种植物地上部分生长采摘周期为40天，苗高25cm，采摘地上部分，每年采摘6~7次，最后一次将植物根部一起移除。
所种植的每类植物间距10~15cm，密集种植。
所种植的四种草本植物每年间作种植一次。
空心菜，旋花科(Convolvulaceae)番薯属一年生或多年生草本植物，又名藤藤菜、蕹菜、蓊菜、瓮菜、空筒菜；马齿苋（Portulaca oleracea L.），属马齿苋科一年生草本植物，又名马齿菜、马苋菜、猪母菜、瓜仁菜、瓜子菜、长寿菜等；污泥蓼（Polygonum limicolaSam.），属蓼科一年生草本植物，又名塘边蓼、头花蓼；苦菜，属菊科草本植物，又名败酱菜、活血衣、苦叶苗、小苦麦菜等。
我国地域广阔，草本植物丰富，分布广泛，有些草本植物生命力顽强，对生存环境适应能力强，对水、肥、土质要求不高，经过种植，不仅美化环境，防治水土流失，更适宜于重金属污染土壤的治理和修复。
本发明的积极效果是：本发明中的四种草本植物，属于生命力极强的常见草本植物，在污染土壤上易于成活，在其生长过程中不需要进行专门的管理，地上部分自然繁殖生长快，可以高效转移土壤中的重金属到植物地上部分，降低土壤中的重金属含量，同时，本发明为重金属污染土壤植物修复技术开发了新的植物品种。与其他植物修复技术相比较，不仅美化环境，防治水土流失，更重要的是种植成本低，植物易种易采，管理方便，社会接受度高，适宜大面积污染土壤修复，易于推广。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
首先是模拟试验----不同污染土壤上植物的选择：小范围模拟重金属污染土壤，在不同的土壤中间作种植不同的易得草本植物，达到植物生长要求后，收集植物地上部分，晾晒、分离植物不同生长部位，分别灼烧，收集其灰分；测定不同植物及其不同生长部位重金属含量，通过实验寻找到对不同重金属离子具有最佳吸附效果和环境耐受性强的草本植物。
污染土壤的草本植物间作修复：在模拟混合重金属污染土壤上，进行不同草本植物间作种植，每种植物设置相同成长周期，每三个植物成长周期测一次土壤中重金属含量的变化，与非污染土壤进行对比，建立重金属污染土壤修复周期。
实施例1
试验土壤中Cu、Cd、Pb、Cr(VI)投放量均为500mg/kg，约为国家土壤环境质量三级标准的1倍，投放的重金属形态为相应的分析纯可溶性硝酸盐（Cr为重铬酸盐），以固态形式投放，充分混合，平衡2周后待用；
用1m*1m*0.25m的泡沫塑料盒子盛放厚度为0.2m试验污染土壤，将四种草本植物空心菜、马齿苋、污泥蓼、苦菜的种子按照10~15cm间距的间作方式撒种，每天自来水喷洒三到四次，直至出苗后，土壤水分保持在田间持水量的70~80%左右；
待四种草本植物生长至株高20~25cm，将离地面2cm处采摘植物的地上部分，地上部分每年采摘6~7次，最后一次采摘将植物根同时移除，每三次采摘测定植物地上部分中的重金属含量，最后一次采摘测定根部重金属含量；
将采摘的四种草本植物分为地上部分即茎叶和根部，分别用自来水冲洗干净，去离子水洗涤，70℃下烘干、恒重、粉碎得植物样品，采用HNO3-HClO4法消解植物样品，用原子吸收法测定植物样品中重金属含量，实验结果见表1。
植物对重金属富集系数是指植物体内某种重金属含量与土壤中该种重金属含量的比值，它是衡量植物对重金属积累能力大小的一个重要指标；植物对土壤中某种重金属的富集系数越大，其富集能力就越强．越有利于该金属污染土壤的修复。
修复效率是指单位时间内植物从污染土壤中去除的该污染元素的量占植物根系范围内土壤中该污染元素总量的百分比。
富集系数与修复效率成正比。
从表1可以看出，四种草本植物对四种重金属的富集作用不同，其中空心菜和苦菜对镉的富集作用最强，然后依次是铅、铜和铬(VI)，污泥蓼对镉、铬(VI)和铅的富集作用强，马齿苋依次对镉、铬(VI)和铜的富集作用比较好；
同一种草本植物，植物的不同部位对重金属的吸附能力不同，空心菜和苦菜的茎叶对镉和铅的富集作用强，而空心菜和苦菜的根部对铜、铬(VI)的富集作用强；马齿苋的茎叶对镉和铜有较好的富集作用，马齿苋的根部对铬(VI)的富集作用强，马齿苋对铅的富集作用较差；污泥蓼的茎叶对镉、铬(VI)和铅的富集作用强，对铜没有明显的富集作用，根部对重金属的富集作用一般。
综合整株植物考虑，四种草本植物对重金属污染土壤的修复效率从大到小排序如下:
对于铜污染土壤：苦菜、空心菜、马齿苋、污泥蓼
对于镉污染土壤：污泥蓼、空心菜、苦菜、马齿苋
对于铅污染土壤：空心菜、污泥蓼、苦菜、马齿苋
对于铬(VI)污染土壤：污泥蓼、马齿苋、空心菜、苦菜
实施例2
试验土壤中Cu、Cd、Pb、Cr(VI)投放量均为2000mg/kg，约为国家土壤环境质量三级标准的4倍，投放的重金属形态为相应的分析纯可溶性硝酸盐（Cr为重铬酸盐），以固态形式投放，充分混合，平衡2周后待用；
用1m*1m*0.25m的泡沫塑料盒子盛放厚度为0.2m试验污染土壤，为保证种子发芽，在实验污染土壤表面覆盖大约1~2cm厚未污染土壤，将四种草本植物空心菜、马齿苋、污泥蓼、苦菜的种子按照10~15cm间距的间作方式撒种，每天自来水喷洒三到四次，直至出苗后，土壤水分保持在田间持水量的75~85%；
待四种草本植物生长至株高25cm，将离地面2cm处采摘植物的地上部分，地上部分每年采摘6~7次，最后一次采摘将植物根同时移除，每三次采摘测定植物地上部分中的重金属含量，最后一次采摘测定根部重金属含量；
将采摘的四种草本植物分为地上部分即茎叶和根部，分别用自来水冲洗干净，去离子水洗涤，70℃下烘干、恒重、粉碎得植物样品，采用HNO3-HClO4法消解植物样品，用原子吸收法测定植物样品中重金属含量，实验结果如下表2：
植物对重金属富集系数是指植物体内某种重金属含量与土壤中该种重金属含量的比值，它是衡量植物对重金属积累能力大小的一个重要指标。植物对土壤中某种重金属的富集系数越大，其富集能力就越强．越有利于该金属污染土壤的修复；
修复效率是指单位时间内植物从污染土壤中去除的该污染元素的量占植物根系范围内土壤中该污染元素总量的百分比。
富集系数与修复效率成正比。从表2可以看出，四种草本植物对四种重金属的富集作用不同，其中空心菜和苦菜对镉的富集作用最强，然后依次是铅、铜和铬(VI)，污泥蓼对镉、铬(VI)和铅的富集作用强，马齿苋依次对镉、铬(VI)和铜的富集作用比较好。
同一种草本植物，植物的不同部位对重金属的吸附能力不同，空心菜和苦菜的茎叶对镉和铅的富集作用强，他们的根部对铜、铬(VI)的富集作用强。马齿苋的茎叶对镉和铜有较好的富集作用，马齿苋的根部对铬(VI)的富集作用强，马齿苋对铅的富集作用较差。污泥蓼的茎叶对镉、铬(VI)和铅的富集作用强，对铜没有明显的富集作用，根部对重金属的富集作用一般。
综合整株植物考虑，四种草本植物对重金属污染土壤的修复效率从大到小排序如下:
对于铜污染土壤：苦菜、空心菜、马齿苋、污泥蓼
对于镉污染土壤：污泥蓼、空心菜、苦菜、马齿苋
对于铅污染土壤：空心菜、污泥蓼、苦菜、马齿苋
对于铬(VI)污染土壤：污泥蓼、马齿苋、空心菜、苦菜。
表1草本植物对重金属的富集作用（土壤重金属浓度为500mg/kg）*
表1
*表中数据为一年累计采摘后测定结果。
表2草本植物对重金属的富集作用（重金属浓度为2000mg/kg）*
表2
*表中数据为一年累计采摘后测定结果。
Claims (4)
1.一种利用草本植物间作修复重金属污染土壤的方法，它是将草本植物种植在重金属离子污染的土壤中，其特征在于：草本植物为空心菜、马芷苋、污泥蓼和苦菜四种以间作方式种植在重金属离子污染的土壤中，通过四种不同草本植物对重金属离子的超累积选择性吸收，土壤中的重金属离子转移到植物的地上部分，定期将植物地上部分移走，逐步降低污染土壤中重金属离子的含量，进而修复重金属污染的土壤。
2.根据权利要求1所述的利用草本植物间作修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所种植的草本植物是指在重度污染土壤上覆盖1~2cm厚的未被污染土，然后在其上直接撒播草本植物的种子或对于一般污染土壤，直接撒播种子，喷洒水直至出苗，土壤水分保持在田间持水量的75~80%，每种植物地上部分生长采摘周期为35~40天，苗高20~25cm，采摘地上部分，每年采摘6~7次，最后一次将植物根部一起移除。
3.根据权利要求1所述的利用草本植物间作修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所种植的每类植物间距10~15cm，密集种植。
4.根据权利要求1所述的利用草本植物间作修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所种植的四种草本植物每年间作种植一次，直至污染消除。
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