CN107234128A - 一种植物修复重金属污染土壤的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种植物修复重金属污染土壤的方法，它包括下述步骤：(1)选定待修复的重金属污染的土壤，然后在土壤中铺撒熟石灰，并将土壤与熟石灰拌匀；(2)一周后，开始在待修复的重金属污染土壤中种植金银草，待草长满120天后即可收割，将收割草加工成生物质颗粒燃料；种植的金银草每年均收割两次，第二次收割后将草根头翻出晾晒，待草根头晒干后加工成生物质颗粒燃料；(3)第二年重新种上金银草，再重复步骤(2)继续治理修复，直至土壤检测符合国家规定的允许值以内的标准。本发明所公开的植物修复重金属污染土壤的方法，有修复成本低、能避免二次污染的优势，适宜作为大面积重金属污染土壤的修复应用。

Description

一种植物修复重金属污染土壤的方法
技术领域
本发明涉及一种修复重金属污染土壤的方法，具体涉及一种植物修复重金属污染土壤的方法。
背景技术
稻米是超过六成中国人的主食，而现在稻米的重金属污染日渐浮出水面。据《新世纪》周刊报道中的抽样调查显示，中国多地市场上约10％的大米中镉含量超标。镉是一种重金属，长期积累将对人体的骨骼、肾脏造成危害，镉污染具有一定的隐蔽性但会致慢性中毒和癌症。“镉米危机”的出现，再次敲响土壤污染的警钟。
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，统称为土壤重金属污染。土壤重金属污染的来源分为自然来源和人为干扰输入：一、自然来源：1、成土母质的风化过程对土壤重金属本底含量的影响；2、风力和水力搬运的自然物理和化学迁移过程。二、人为干扰输入：1、不同工矿企业工业生产对土壤重金属的额外输入；2、农业生产活动影响下的土壤重金属输入；3、交通运输对土壤重金属污染的影响。
污染土壤的重金属主要包括汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)和类金属砷(As)等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)等元素。主要来自农药、废水、污泥和大气沉降等，如汞主要来自含汞废水，镉、铅污染主要来自冶炼排放和汽车废气沉降，砷则被大量用作杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂。过量重金属可引起植物生理功能紊乱、营养失调，镉、汞等元素在作物籽实中富集系数较高，即使超过食品卫生标准，也不影响作物生长、发育和产量，此外汞、砷能减弱和抑制土壤中硝化、氨化细菌活动，影响氮素供应。重金属污染物在土壤中移动性很小，不易随水淋滤，不为微生物降解，通过食物链进入人体后，潜在危害极大，应特别注意防止重金属对土壤污染。一些矿山在开采中尚未建立石排场和尾矿库，废石和尾矿随意堆放，致使尾矿中富含难解的重金属进入土壤，加之矿石加工后余下的金属废渣随雨水进入地下水系统，造成严重的土壤重金属污染。
由于重金属在土壤中无法被降解，且具有比较高的生物毒性，并能通过雨水的渗透及食物链对人体健康造成危害，因此对重金属污染的土壤进行修复已成为人们特别关注的热点之一。原有的治理方法如机械分离，化学淋洗，电动修复等均不同程度存在着修复成本高，操作复杂，甚至还具有二次污染的威胁，因此以上方法均不宜作为大面积重金属污染土壤的修复应用。
发明内容
本发明的目的是提出一种植物修复重金属污染土壤的方法，该方法具有修复成本低、能避免二次污染的优势，适宜作为大面积重金属污染土壤的修复应用。
本发明的目的是下述技术方案来实现的：
一种植物修复重金属污染土壤的方法，包括下述步骤：
(1)在3-4月份，选定待修复的重金属污染的土壤，预先对其进行重金属含量的检测，然后在土壤中铺撒熟石灰，并将土壤与熟石灰拌匀，调整土壤的PH值在5-9；
(2)待步骤(1)完成一周后，开始在待修复的重金属污染土壤中种植金银草，待草长满120天后即可收割并分别对土壤和草的根、茎、叶进行重金属含量的检测，检测后将草自然晾晒风干至含水量在20％以下时用机械打碎加工成生物质颗粒燃料；种植的金银草每年均收割两次，第二次收割后将草根头翻出晾晒，待草根头晒干后加工成生物质颗粒燃料；
(3)第二年重新种上金银草，再重复步骤(2)的方法继续治理修复，直至土壤检测符合国家规定的允许值以内的标准。
进一步的，所述步骤(1)中熟石灰的铺撒量为0.25kg/m2-0.32kg/m2。
进一步的，所述步骤(1)中熟石灰的铺撒量为0.3kg/m2。
进一步的，所述步骤(1)中采用旋耕机将土壤与熟石灰拌匀。
进一步的，所述步骤(2)中金银草均采用壮苗移栽的方法进行种植。
进一步的，所述金银草壮苗的培育方法，包括下述步骤：
A、选择纤维含量高，芽孢突出、粗壮的节段作为种节；
B、采用大棚育苗，开始育苗时，温度控制在6℃-10℃，待根长出来后，提高温度至20℃-25℃；
C、严格控制种苗的分数量：
待草幼苗长至30-40cm，选择长势最好的种苗，将种苗移栽至埔，单株栽种，行距及株距均为80cm，控制每株种苗分蘖15-20株；D、加强种苗的管理：
①除草：待种苗种下去后长到40-50cm，除草并追肥；
②除草：待草苗长到1.9m-2.1m的时，再次除草并追肥；E、草苗出埔前叶面喷施一次氨基酸肥，促进草苗拙壮生长，长成待移栽的壮苗。
进一步的，所述步骤(2)中采用梨田机将草根头翻出晾晒。
进一步的，将步骤(2)和(3)中的生物质颗粒燃料通过燃烧锅炉进行燃烧、回收处理。
进一步的，所述燃烧锅炉的烟囱中安装有重金属回收装置。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明中的植物修复重金属污染土壤的方法，是利用金银草及其根系微生物对污染的土壤、沉淀物、地下水和地表水中的污染物进行提取、固定和降解；具有成本低、效益高且操作简单的优势。其关键是利用植物自身的生理特征以及与其根系微生物的联合作用，对于土壤中的重金属进行吸收，富集并通过代谢活动达到降低土壤中重金属的目的。该修复方法在修复治理重金属污染土壤过程中具有治理的定位性、效果的永久性和经济性及后期处理的简单性和环境的优化性。
(2)本发明中的植物修复重金属污染土壤的方法，选用金银草作为修复重金属污染土壤的植物品种，金银草属于菌草中的一类，属禾本科高达植物，净杂交和长期极限驯化培育而成。
选用金银草具有以下的优势：
①耐贫瘠：在沙石地、沙地、分化石、石头缝、特贫瘠的分化石土中均能生长；
②耐旱：7个月的干旱均生长良好；
③耐涝：可长期生长在水中央，整株浸泡在水中20多天不死，已经为水、陆两间草种；
④耐寒：能耐-5℃- -6℃的低温；
⑤草根系特发达：其根量是一般植物的5-6倍，最长的可达2-4米，网络土壤的能力是一般植物的15倍以上；
⑥生长速度快：每年5-11月份每天可长4-5厘米；
⑦产量高：每亩产量可达15-30吨不等；
⑧净化环境的效果好：每年每亩草可吸收二氧化碳6-7吨；
⑨经济效益可观：治理后的草加工或生物质颗粒燃料亩收入达3000-4000元。
(3)本发明中的植物修复重金属污染土壤的方法，利用种植的金银草生产出的生物质颗粒料燃烧可以作为燃料出售，在进行燃烧时，如果生物质颗粒燃料中存在会造成二次污染的重金属污染物，则在燃烧锅炉的烟囱中安装重金属回收装置，通过回收装置将重金属污染物进行回收(如重金属汞的污染物经过燃烧后会随着烟雾扩散到空气中造成二次污染；要彻底消除这种二次污染，需要在燃烧锅炉的烟囱中安装一个装有硝酸溶液的化学反应回收装置，燃烧烟雾中的汞与该回收装置中的硝酸溶液会发生化学反应，而后形成液体状态的硝酸汞，又通过该回收装置收集后成为可用的化工原料)，这样就能达到彻底干净的修复重金属汞污染的土壤，而且可以彻底避免出现二次污染的威胁。
(4)本发明中的植物修复重金属污染土壤的方法，采用金银草可以对土壤中的汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)和类金属砷(As)等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)等元素都可以进行修复，针对土壤污染程度的不同，种植1-3年左右的金银草，就可以将重金属污染的土壤修复到符合国家土壤环境质量标准，可以重新开始种植其他经济作物，修复效果明显，且修复时间短。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
以下实施例中，对土壤和草的根、茎、叶进行重金属含量的检测标准为：GB5009.15-2014、GB5009.12-2000、GB5009.12-2014、GB5009.123-2014和GB5009.11-2014。
实施例1：
采用金银草修复镉污染土壤，包括下述步骤：
(1)在3月初，对待修复的重金属污染的土壤进行镉含量的检测，镉含量为1.37mg/kg，然后在土壤中铺撒熟石灰进行土壤的熟化，熟石灰的铺撒量为0.3kg/m2，然后采用旋耕机将土壤与熟石灰拌匀，此时土壤的PH值在7；加入熟石灰的目的在于促进土壤熟化和调节土壤的PH值为5-9内，以利于金银草的生长，使治理修复的效果更佳，
金银草的种植一般选择在3-4月份，因为此时为雨季，水量充足，利于根系的生长，土壤湿度也比较好，栽种后只需浇一次定根水。
(2)待步骤(1)完成一周后，开始在待修复的重金属污染土壤中种植金银草，具体栽种时，采用壮苗移栽，单株栽种，行距及株距均为50cm。待草长满120天后即可收割并分别对土壤和草的根、茎、叶进行重金属含量的检测，检测后将草自然晾晒风干至含水量在20％以下时用机械打碎加工成生物质颗粒燃料；种植的金银草每年均收割两次，第二次收割后将草根头翻出晾晒，待草根头晒干后加工成生物质颗粒燃料；
壮苗的培育方法为：
A、选择纤维含量高，芽孢突出、粗壮的节段作为种节；
B、采用大棚育苗，开始育苗时，温度控制在6℃-10℃，待根长出来后，提高温度至20℃-25℃；
C、严格控制种苗的分数量：
待草幼苗长至30-40cm，选择长势最好的种苗，进行移栽，单株栽种，行距及株距均为80cm，控制每株种苗分蘖15-20株；
D、加强种苗的管理：
①除草：待种苗种下去后长到40-50cm，除草并追肥，按每亩200kg复合肥进行追肥；
②除草：待草苗长到1.9m-2.1m的时，再次除草并追肥；
E、草苗出棚前叶面喷施一次氨基酸肥，促进草苗拙壮生长，长成待移栽的壮苗：
按30g氨基酸肥兑30kg水，在阴天或者太阳快落山的时候喷洒，喷洒位置是叶的背面，严禁在有太阳或下雨时喷洒。
(3)第二年重新种上金银草，再重复步骤(2)的方法继续治理修复。
经过两年在镉污染地区种植金银草进行土壤修复，每亩草均产20顿，每吨收购价220元，亩经济效益达4400元。修复后的土壤和草的根、茎、叶的镉含量的检测结果为：
土壤中镉含量为0.3mg/kg，达到国家二类土的标准；
草中的镉含量达108mg/kg，水分含量70％，燃料热值达835千卡(超过其标准的500千卡)，灰分5％，可作为生物质再生新能源利用。
结论：金银草是修复治理重金属污染土壤的理想草种，修复效果理想。
实施例2：
汞(Hg)、铅(Pb)、铬(Cr)、砷(As)、(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种植物修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：包括下述步骤：
(1)在3-4月份，选定待修复的重金属污染的土壤，预先对其进行重金属含量的检测，然后在土壤中铺撒熟石灰，并将土壤与熟石灰拌匀，调整土壤的PH值在5-9；
(2)待步骤(1)完成一周后，开始在待修复的重金属污染土壤中种植金银草，待草长满120天后即可收割并分别对土壤和草的根、茎、叶进行重金属含量的检测，检测后将草自然晾晒风干至含水量在20％以下时用机械打碎加工成生物质颗粒燃料；种植的金银草每年均收割两次，第二次收割后将草根头翻出晾晒，待草根头晒干后加工成生物质颗粒燃料；
(3)第二年重新种上金银草，再重复步骤(2)的方法继续治理修复，直至土壤检测符合国家规定的允许值以内的标准。
2.根据权利要求1所述的植物修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述步骤(1)中熟石灰的铺撒量为0.25kg/m2-0.32kg/m2。
3.根据权利要求2所述的植物修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述步骤(1)中熟石灰的铺撒量为0.3kg/m2。
4.根据权利要求3所述的植物修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述步骤(1)中采用旋耕机将土壤与熟石灰拌匀。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的植物修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述步骤(2)中金银草均采用壮苗移栽的方法进行种植。
6.根据权利要求5所述的植物修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述金银草壮苗的培育方法，包括下述步骤：
A、选择纤维含量高，芽孢突出、粗壮的节段作为种节；
B、采用大棚育苗，开始育苗时，温度控制在6℃-10℃，待根长出来后，提高温度至20℃-25℃；
C、严格控制种苗的分数量：
待草幼苗长至30-40cm，选择长势最好的种苗，将种苗移栽至埔，单株栽种，行距及株距均为80cm，控制每株种苗分蘖15-20株；D、加强种苗的管理：
①除草：待种苗种下去后长到40-50cm，除草并追肥；
②除草：待草苗长到1.9m-2.1m的时，再次除草并追肥；E、草苗出埔前叶面喷施一次氨基酸肥，促进草苗拙壮生长，长成待移栽的壮苗。
7.根据权利要求6所述的植物修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述步骤(2)中采用梨田机将草根头翻出晾晒。
8.根据权利要求1所述的植物修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：将步骤(2)和(3)中的生物质颗粒燃料通过燃烧锅炉进行燃烧、回收处理。
9.根据权利要求8所述的植物修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述燃烧锅炉的烟囱中安装有重金属回收装置。
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