CN108746169B - 一种修复土壤重金属镉污染的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种修复土壤重金属镉污染的方法，所述方法包括以下步骤：a、选择无重金属镉污染的土壤，开沟，播撒籽粒苋种子，待所述籽粒苋种子生根、发芽，其主根长至7cm以上时对籽粒苋的地上部分进行刈割，并将刈割后的籽粒苋植株移出；b、选择重金属镉污染的待修复土壤，开穴；c、将步骤a所述刈割后的籽粒苋定植至步骤b所述穴中，继续生长至开花前，刈割所述籽粒苋的地上部分，刈割完成后，所述籽粒苋的未刈割部分继续生长至其开花前，连同地下部分对整株籽粒苋进行收获。本发明所述方法能够有效地富集土壤中的重金属镉，具有良好的修复功能。

Description

一种修复土壤重金属镉污染的方法

技术领域

本发明涉及环境保护和环境治理领域，具体而言，涉及一种修复土壤重金属镉污染的方法。

背景技术

土壤是人类赖以生存的自然环境和农业生产的重要资源。世界面临的粮食、资源和环境问题与土壤密切相关。在许多发展中和发达国家，都面临土壤污染严重阻碍农业生产的问题。随着社会化和生产的发展，土壤环境污染问题日益严重，已经引起人们的广泛关注。

镉在自然界中多以硫镉矿存在，并常与锌、铅、铜、锰等矿共存。因此，土壤镉污染的最主要来源是有色金属矿产开发和冶炼排出的废水和废渣。含镉肥料的施用也存在镉污染问题，如磷肥中镉含量有的可高达1.7mg/g。此外，镉在电镀、制造合金、焊料、颜料、电池、雷达、电视机荧光屏、半导体元件、照相材料、化肥、杀虫剂、塑料、枪械弹药等生产中被用作原料或催化剂，其在生产过程中可向土壤环境中排放镉废物。

土壤镉污染的危害主要体现在对作物的危害以及对人体的危害。其中，镉对作物的危害主要表现为累积于可食用部分，降低农产品质量，同时过量的镉还会影响植物的正常发育，表现出生长受到抑制、植株矮小、失绿、产量下降等症状，使农作物减产。而镉对人体的危害主要体现在随着年龄的增加，镉在人体内的累积呈逐渐增长的趋势，抑制人体或动物正常生长，抑制氨基酸脱羧酶、组氨酸酶、淀粉酶、过氧化物酶等酶系统活性，干扰Cu、Co、Zn等微量元素的正常代谢。

目前，重金属镉污染土壤的治理途径主要包括：(1)工程治理措施。工程处理措施包括改土法、电化法和冲洗络合法。改土法是在被污染的土壤上覆盖一层非污染土壤或者将污染土壤部分或全部换掉，该方法立竿见影，切实有效，但需要花费大量的人力与财力，并且在黄土过程中，存在占用土地、渗漏、污染环境等不良因素的影响。而电化法是在水分饱和的污染土壤中插一些电极，通一低强度的直流电，金属离子在电池的作用下定向移动，在电极附近富集从而达到清除重金属的目的，但该方法不适用于渗透性高、传导性差的砂质土壤。

(2)农艺调控措施。通过提高土壤pH、调节土壤氧化还原电位、增施有机肥和离子拮抗的方式，降低土壤中可被植物利用的镉的活性，增加土壤对重金属的吸附能力，减少植物对镉的吸收，阻碍其进入食物链。

(3)植物修复措施。植物修复措施是指利用具有超积累能力的植物吸收土壤中重金属镉。植物修复技术属于原位修复技术，具有保护土表、减少侵蚀和水土流失的功效，与常规的其他修复方式相比，植物修复技术产生的废物量较少，且可以回收重金属，同时处理费用低，适合在发展中国家应用。

与工程治理、农艺调控措施相比，植物修复措施具有清洁无污染、环境友好以及处理成本低的优点，因而在环境治理领域受到极大关注。但就目前而言，植物修复的应用仍存在较大的瓶颈，主要在于超积累植物在镉污染浓度高的土壤中往往表现出植株矮小、生物量低、生长速度慢的现象，对土壤的修复能力较弱，因而其应用受到限制。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种修复土壤重金属镉污染的方法，所述方法利用籽粒苋富集土壤中的重金属镉，其生物量大，生长迅速，可有效富集重金属镉，其次，本发明所述方法在特定阶段移栽定植籽粒苋，能够有效减轻重金属镉，尤其是高浓度重金属镉对籽粒苋根部的毒害作用，解除重金属镉对籽粒苋的生长抑制作用，提高籽粒苋对重金属镉的吸附和积累，加快土壤的修复。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种修复土壤重金属镉污染的方法，所述方法包括以下步骤：

a、选择无重金属镉污染的土壤，开沟，播撒籽粒苋种子，待所述籽粒苋种子生根、发芽，其主根长至7cm以上时对籽粒苋的地上部分进行刈割，并将刈割后的籽粒苋植株移出；

b、选择重金属镉污染的待修复土壤，开穴；

c、将步骤a所述刈割后的籽粒苋定植至步骤b所述穴中，继续生长，至其开花前，刈割所述籽粒苋的地上部分，刈割完成后，所述籽粒苋的未刈割部分继续生长，长至其开花前，连同地下部分对整株籽粒苋进行收获。

籽粒苋又名千穗谷，为苋科苋属植物，株高250～350cm，对重金属镉具有很强的富集作用。籽粒苋是苋科植物中生长量大、生长迅速、可多次收割的牧草品种。本发明所述方法以籽粒苋作为金属镉的超积累植物，与其他植物相比，能够在短时间大量积累重金属镉，有效修复土壤。

但重金属镉对籽粒苋具有毒害作用，与无镉污染土壤的生长状态相比，籽粒苋在重金属镉污染土壤中，尤其是高浓度重金属镉污染土壤中，其生物量显著下降，影响籽粒苋对镉的吸附。本发明发现，镉对籽粒苋的毒害作用具有阶段性，主要体现在，镉影响籽粒苋根部的早期发育，从而抑制籽粒苋的生长，而当籽粒苋的主根长至7cm以上，早期发育完成后，镉对籽粒苋对生长抑制作用基本解除。为解决上述技术问题，本发明所述方法在修复镉污染土壤时，采取新的种植方式以避免镉对籽粒苋根部早期发育的毒害作用，具体而言，所述方法先将籽粒苋种植在无镉污染的土壤中，待其主根长至12cm以上后再移栽至待修复的镉污染土壤中。而为减少茎、叶在移栽过程中对籽粒苋的影响，本发明所述方法在移植之前已经对籽粒苋进行刈割，减少水分的蒸发等移植过程中的不利因素。

在一些具体的实施方式中，为利于籽粒苋的再生，保证光合作用的进行，步骤a和/或步骤b所述刈割保留2～3片功能叶。

在一些具体的实施方式中，所述方法还包括步骤d，所述步骤d包括对收获所得整株籽粒苋进行集中处理。

在一些具体的实施方式中，为避免籽粒苋在同一土壤中连续种植而导致其中特定养分被大量消耗造成减产，影响籽粒苋对镉的积累，本发明所述方法还包括步骤e，所述步骤e包括：收获所述整株籽粒苋后，在所述重金属镉污染的待修复土壤中种植和收获其他吸附重金属镉的植物。

在一些具体的实施方式中，所述其他吸附重金属镉的植物包括龙葵、商陆、三叶鬼针草、苎麻或野茼蒿中的一种或多种。

在一些具体的实施方式中，所述方法还包括步骤e’，所述步骤e’包括：收获所述整株籽粒苋后，在所述重金属镉污染的待修复土壤中种植和收获吸附其他重金属的植物。

在一些具体的实施方式中，步骤e’中所述吸附其他重金属的植物为吸附重金属铅、锰或铜的植物。

在一些具体的实施方式中，所述吸附重金属铅的植物包括羽叶鬼针草、香根草、柳叶箬或白背枫中的一种或多种。

在一些具体的实施方式中，所述吸附重金属锰的植物包括土荆芥、杠板归中的一种或多种。

在一些具体的实施方式中，所述吸附重金属铜的植物包括蓖麻、香薷、鸭拓草或高山甘薯中的一种或多种。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明所述方法利用籽粒苋富集土壤中的重金属镉，其生物量大，生长迅速，可有效富集重金属镉。

(2)本发明所述方法在特定阶段移栽定植籽粒苋，能够有效减轻重金属镉，尤其是高浓度重金属镉对籽粒苋根部的毒害作用，解除重金属镉对籽粒苋的生长抑制作用，提高籽粒苋对重金属镉的吸附和积累，加快土壤的修复。

(3)本发明所述方法还包括在所述重金属镉污染的土壤上轮种其他吸附重金属镉的植物或轮种吸附其他重金属的植物，以减缓植物连种产生的不利影响。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购买获得的常规产品。

实施例1

一种修复土壤重金属镉污染的方法，所述方法包括以下步骤：

a、选择无重金属镉污染的土地作为籽粒苋的育苗基地。

b、播种前整细土地，施足底肥，条播籽粒苋种子，条播行距为50～60厘米，浅开沟，浅覆土，籽粒苋的株距为15cm。

c、籽粒苋生根发芽，长成幼苗后继续培育，至其生长至20叶龄后，对籽粒苋的根长定期进行抽检，当其主根长至7cm时，对其地上部分进行刈割，保留1片功能叶，并从育苗基地移出，根部带有少量土壤。

d、选择土壤镉浓度为20mg/kg的土壤作为待修复土壤，于其上开穴，定植由步骤c移出的籽粒苋，继续培养。

e、当所述籽粒苋长至其开花前，刈割所述籽粒苋的地上部分，刈割完成后，所述籽粒苋的未刈割部分继续生长，长至其开花前，连同地下部分，对整株籽粒苋进行收获。

f、将收获所得整株籽粒苋进行集中干燥和焚烧处理，焚烧所得粉末集中填埋。

实施例2

一种修复土壤重金属镉污染的方法，所述方法包括以下步骤：

a、选择无重金属镉污染的土地作为籽粒苋的育苗基地。

b、播种前整细土地，施足底肥，条播籽粒苋种子，条播行距为50～60厘米，浅开沟，浅覆土，籽粒苋的株距为15cm。

c、籽粒苋生根发芽，长成幼苗后继续培育，至其生长至20叶龄后，对籽粒苋的根长定期进行抽检，当其主根长至7cm时，对其地上部分进行刈割，保留1片功能叶，并从育苗基地移出，根部带有少量土壤。

d、选择土壤镉浓度为30mg/kg的土壤作为待修复土壤，于其上开穴，定植由步骤c移出的籽粒苋，继续培养。

e、当所述籽粒苋长至其开花前，刈割所述籽粒苋的地上部分，刈割完成后，所述籽粒苋的未刈割部分继续生长，长至其开花前，连同地下部分，对整株籽粒苋进行收获。

f、将收获所得整株籽粒苋进行集中干燥和焚烧处理，焚烧所得粉末集中填埋。

实施例3

一种修复土壤重金属镉污染的方法，所述方法包括以下步骤：

a、选择无重金属镉污染的土地作为籽粒苋的育苗基地。

b、播种前整细土地，施足底肥，条播籽粒苋种子，条播行距为50～60厘米，浅开沟，浅覆土，籽粒苋的株距为15cm。

c、籽粒苋生根发芽，长成幼苗后继续培育，至其生长至20叶龄后，对籽粒苋的根长定期进行抽检，当其主根长至7cm时，对其地上部分进行刈割，保留1片功能叶，并从育苗基地移出，根部带有少量土壤。

d、选择土壤镉浓度为40mg/kg的土壤作为待修复土壤，于其上开穴，定植由步骤c移出的籽粒苋，继续培养。

e、当所述籽粒苋长至其开花前，刈割所述籽粒苋的地上部分，刈割完成后，所述籽粒苋的未刈割部分继续生长，长至其开花前，连同地下部分，对整株籽粒苋进行收获。

f、将收获所得整株籽粒苋进行集中干燥和焚烧处理，焚烧所得粉末集中填埋。

实施例4

一种修复土壤重金属镉污染的方法，所述方法包括以下步骤：

a、选择无重金属镉污染的土地作为籽粒苋的育苗基地。

b、播种前整细土地，施足底肥，条播籽粒苋种子，条播行距为50～60厘米，浅开沟，浅覆土，籽粒苋的株距为15cm。

c、籽粒苋生根发芽，长成幼苗后继续培育，至其生长至20叶龄后，对籽粒苋的根长定期进行抽检，当其主根长至7cm时，对其地上部分进行刈割，保留1片功能叶，并从育苗基地移出，根部带有少量土壤。

d、选择土壤镉浓度为50mg/kg的土壤作为待修复土壤，于其上开穴，定植由步骤c移出的籽粒苋，继续培养。

e、当所述籽粒苋长至其开花前，刈割所述籽粒苋的地上部分，刈割完成后，所述籽粒苋的未刈割部分继续生长，长至其开花前，连同地下部分，对整株籽粒苋进行收获。

f、将收获所得整株籽粒苋进行集中干燥和焚烧处理，焚烧所得粉末集中填埋。

实施例5

一种修复土壤重金属镉污染的方法，所述方法包括以下步骤：

a、选择无重金属镉污染的土地作为籽粒苋的育苗基地。

b、播种前整细土地，施足底肥，条播籽粒苋种子，条播行距为50～60厘米，浅开沟，浅覆土，籽粒苋的株距为15cm。

c、籽粒苋生根发芽，长成幼苗后继续培育，至其生长至20叶龄后，对籽粒苋的根长定期进行抽检，当其主根长至9cm时，对其地上部分进行刈割，保留1片功能叶，并从育苗基地移出，根部带有少量土壤。

d、选择土壤镉浓度为30mg/kg的土壤作为待修复土壤，于其上开穴，定植由步骤c移出的籽粒苋，继续培养。

e、当所述籽粒苋长至其开花前，刈割所述籽粒苋的地上部分，刈割完成后，所述籽粒苋的未刈割部分继续生长，长至其开花前，连同地下部分，对整株籽粒苋进行收获。

f、将收获所得整株籽粒苋进行集中干燥和焚烧处理，焚烧所得粉末集中填埋。

实施例6

一种修复土壤重金属镉污染的方法，所述方法包括以下步骤：

a、选择无重金属镉污染的土地作为籽粒苋的育苗基地。

b、播种前整细土地，施足底肥，条播籽粒苋种子，条播行距为50～60厘米，浅开沟，浅覆土，籽粒苋的株距为15cm。

c、籽粒苋生根发芽，长成幼苗后继续培育，至其生长至20叶龄后，对籽粒苋的根长定期进行抽检，当其主根长至11cm时，对其地上部分进行刈割，保留1片功能叶，并从育苗基地移出，根部带有少量土壤。

d、选择土壤镉浓度为30mg/kg的土壤作为待修复土壤，于其上开穴，定植由步骤c移出的籽粒苋，继续培养。

e、当所述籽粒苋长至其开花前，刈割所述籽粒苋的地上部分，刈割完成后，所述籽粒苋的未刈割部分继续生长，长至其开花前，连同地下部分，对整株籽粒苋进行收获。

f、将收获所得整株籽粒苋进行集中干燥和焚烧处理，焚烧所得粉末集中填埋。

对比例1

一种修复土壤重金属镉污染的方法，所述方法包括以下步骤：

a、选择土壤镉浓度为20mg/kg的土壤作为待修复土壤，播种前整细土地，施足底肥，条播籽粒苋种子，条播行距为50～60厘米，浅开沟，浅覆土，籽粒苋的株距为15cm。

b、培养籽粒苋生长，当所述籽粒苋长至其开花前，刈割所述籽粒苋的地上部分，刈割完成后，所述籽粒苋的未刈割部分继续生长，长至其开花前，连同地下部分，对整株籽粒苋进行收获。

c、将收获所得整株籽粒苋进行集中干燥和焚烧处理，焚烧所得粉末集中填埋。

对比例2

参照对比例1所述方法修复土壤重金属镉污染，区别仅在于，选择土壤镉浓度为30mg/kg的土壤作为待修复土壤。

对比例3

参照对比例1所述方法修复土壤重金属镉污染，区别仅在于，选择土壤镉浓度为40mg/kg的土壤作为待修复土壤。

对比例4

一种修复土壤重金属镉污染的方法，所述方法包括以下步骤：

a、选择无重金属镉污染的土地作为籽粒苋的育苗基地。

b、播种前整细土地，施足底肥，条播籽粒苋种子，条播行距为50～60厘米，浅开沟，浅覆土，籽粒苋的株距为15cm。

c、籽粒苋生根发芽，长成幼苗后继续培育，对籽粒苋的根长定期进行抽检，当其主根长至3cm时，将其从育苗基地移出，根部带有少量土壤。

d、选择土壤镉浓度为20mg/kg的土壤作为待修复土壤，于其上开穴，定植由步骤c移出的籽粒苋，继续培养。

e、当所述籽粒苋长至其开花前，刈割所述籽粒苋的地上部分，刈割完成后，所述籽粒苋的未刈割部分继续生长，长至其开花前，连同地下部分，对整株籽粒苋进行收获。

f、将收获所得整株籽粒苋进行集中干燥和焚烧处理，焚烧所得粉末集中填埋。

对比例5

参照对比例4所述方法修复土壤重金属镉污染，区别仅在于，选择土壤镉浓度为30mg/kg的土壤作为待修复土壤。

对比例6

参照对比例4所述方法修复土壤重金属镉污染，区别仅在于，选择土壤镉浓度为40mg/kg的土壤作为待修复土壤。

对比例7

一种在无重金属镉污染的土壤中种植籽粒苋的方法，其具体步骤包括：

a、选择无重金属镉污染的土地作为籽粒苋的种植土壤。

b、播种前整细土地，施足底肥，条播籽粒苋种子，条播行距为50～60厘米，浅开沟，浅覆土，籽粒苋的株距为15cm。

c、籽粒苋生根发芽，长成幼苗后继续培育，直至所述籽粒苋长至其开花前，刈割所述籽粒苋的地上部分，刈割完成后，所述籽粒苋的未刈割部分继续生长，长至其开花前，连同地下部分，对整株籽粒苋进行收获。

实验例1

对实施例1～6以及对比例1～6所述方法中籽粒苋从播种至开花前所需时间、株高、生物量(鲜重)及镉的吸附量(干重)进行统计或检测，具体检测结果如表1所示。

表1

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (1)

1.一种修复土壤重金属镉污染的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a、选择无重金属镉污染的土壤，开沟，播撒籽粒苋种子，待所述籽粒苋种子生根、发芽，其主根长至7cm以上时对籽粒苋的地上部分进行刈割，并将刈割后的籽粒苋植株移出；

b、选择重金属镉污染的待修复土壤，开穴；

c、将步骤a所述刈割后的籽粒苋定植至步骤b所述穴中，继续生长，至其开花前，刈割所述籽粒苋的地上部分，刈割完成后，所述籽粒苋的未刈割部分继续生长至其开花前，连同地下部分对整株籽粒苋进行收获；

步骤a所述刈割保留2~3片功能叶；

所述方法还包括步骤d，所述步骤d包括对收获所得整株籽粒苋进行集中处理；

所述方法还包括步骤e，所述步骤e包括：收获所述整株籽粒苋后，在所述重金属镉污染的待修复土壤中种植和收获其他吸附重金属镉的植物；

所述其他吸附重金属镉的植物选自龙葵、商陆、三叶鬼针草、苎麻或野茼蒿中的一种或多种；

所述方法还包括步骤e’，所述步骤e’包括：收获所述整株籽粒苋后，在所述重金属镉污染的待修复土壤中种植和收获吸附其他重金属的植物；

步骤e’中所述吸附其他重金属的植物为吸附重金属铅、锰或铜的植物；

所述吸附重金属铅的植物选自羽叶鬼针草、香根草、柳叶箬或白背枫中的一种或多种；

所述吸附重金属锰的植物选自土荆芥、杠板归中的一种或多种；

所述吸附重金属铜的植物选自蓖麻、香薷、鸭拓草或高山甘薯中的一种或多种。