CN108817077A - 一种利用超富集植物短萼灰叶修复铅污染土壤的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用超富集植物短萼灰叶修复铅污染土壤的方法，利用短萼灰叶、伴矿景天以及龙葵三种超富集植物不同的生长期，错开种植，充分利用不同植物对土壤中的铅的富集能力，使得土壤全年内都处于修复状态，进而加快了对污染土壤的修复速度，缩短了修复周期。

Description

一种利用超富集植物短萼灰叶修复铅污染土壤的方法
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，尤其涉及一种利用超富集植物短萼灰叶 修复铅污染土壤的方法。
背景技术
土壤和水体重金属污染是全球所面临的重大环境问题之一。据国家环保 部的调查显示，我国重金属污染土壤面积至少有2000万公顷，水体重金属污 染问题也十分突出，江河湖库底质的污染率高达80.1％。因重金属造成的水体 和土壤污染已对我国的生态环境、食品安全、人体健康和农业可持续发展构 成了严重的威胁。
我国矿产以伴生矿居多，在采矿工业区和冶炼工业区周围排出的重金属 “三废”常常形成情况复杂的污染，对人体、生物及环境造成巨大危害。铅 是一种有毒有害的重金属元素，属于危险废物，在环境中可以长期积累，进 入食物链后具有生物积累和生物放大作用，对人体和生物的神经系统、生殖 系统等造成巨大危害。目前治理铅等重金属污染土壤的方法很多，主要有物 理修复技术，化学修复技术，生物修复技术。生物修复技术主要有植物修复 技术和微生物修复技术。
植物修复技术就是利用植物来治理污染的环境，即利用植物及其根际圈 微生物体系的吸收、挥发和转化及降解等作用机理来清除污染环境中的污染 物质。广义的植物修复包括利用植物净化空气，利用植物及其根际圈微生物 净化污水和治理污染土壤，主要包括重金属、放射性核素及有机污染物等。 狭义的植物修复主要指利用植物及根际圈微生物体系清洁污染土壤，包括无 机和有机污染物。而通常所说的植物修复主要指利用超富集植物的富集作用 去除污染土壤中的重金属，即通过重复种植和收获超富集植物将污染土壤中 的重金属浓度降到可接受水平。植物修复技术具有费用低、效果好、可操作 性强、不破坏土壤和水体基本结构与功能、不引起二次污染、保持水体、美 化环境等优点，是一种很有潜力的污染治理技术。
植物修复技术的前提是找到对某种或某些重金属具有特殊吸收富集能力 的超富集植物。超富集植物也叫超积累植物，这一定义最初是由Books提出 的，当时是用来命名茎中镍的含量大于1000mg/kg的植物。现在超富集植物 的概念已经扩大到植物对多种金属元素的超富集现象，即能超富集一种金属 元素或同时能富集几种金属元素的植物，超富集通常指对重金属的吸收累积 量超过一般植物的100倍。目前国际上有关衡量超富集植物的常用标准有三 个：一是临界含量特征，即植物地上部分(主要指茎或叶)富集的重金属量 是普通植物在同一生长条件下的100倍以上，铅的临界浓度均为1000mgkg-1， 锌的临界浓度为10000mgkg-1；二是转移特征，转运系数(即植物地上部分(主 要指茎或叶)重金属含量与其根部重金属含量的比值)大于1。三是耐性特征， 是指植物对重金属具有较强的耐性，植物能正常生长。
鉴于上述原因，有必要提出一种利用超富集植物修复铅污染土壤的方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种利用超富集植物短萼灰叶修复铅污染土 壤的方法，旨在提供一种能够改善土壤且提高土壤恢复速度的方法。
为实现上述目的，本发明提供的一种利用超富集植物短萼灰叶修复铅污 染土壤的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S10，将超富集植物短萼灰叶按照其自然生长期种植在铅污染耕地土 壤中；
步骤S20，将超富集植物伴矿景天按照其自然生长期种植在铅污染耕地土 壤中；
步骤S30，将超富集植物龙葵按照其自然生长期种植在铅污染耕地土壤 中；
步骤S40，将能源植物按照其自然生长期种植在铅污染耕地土壤中；
利用超富集植物短萼灰叶、超富集植物伴矿景天以及超富集植物龙葵对 铅的超富集能力，将土壤中的铅元素向植物转移；
步骤S50，当超富集植物短萼灰叶、超富集植物伴矿景天以及超富集植物 龙葵长到成熟时期，将其地上部分或者整个植株收割并从污染土壤中移走；
重复步骤S10～步骤S50，直至土壤中的铅含量达到环境质量标准；
所述超富集植物短萼灰叶、超富集植物伴矿景天以及超富集植物龙葵至 少有一种与能源植物的生长期错开；
将超富集植物短萼灰叶、超富集植物伴矿景天以及超富集植物龙葵按照 预定排列方式排列种植。
优选地，所述超富集植物短萼灰叶采用扦插的方式定植或者利用其种子 进行繁殖，在扦插或者播种之前，进行整地翻耕和施肥；
修复周期内保持田间持水量为55～80％。
优选地，所述超富集植物伴矿景天采用扦插的方式定植。
优选地，所述超富集植物龙葵采用扦插的方式或者利用其种子进行繁殖。
优选地，所述能源植物为高粱或者油菜或者玉米或者马铃薯。
优选地，将超富集植物短萼灰叶于3月份种植，将超富集植物伴矿景天 四月份种植，将超富集植物龙葵于五月份种植，超富集植物伴矿景天于八月 份收获，超富集植物短萼灰叶于九月份收获，超富集植物龙葵于次年一月份 收获。
优选地，将能源植物高粱于伴矿景天八月收获后种植，将能源植物油菜 于十一月份种植，次年二月份收获高粱和油菜。
优选地，所述能源植物的秸秆进行直燃发电、二次利用发酵生产工业酒 精或可炭化为生物炭。
优选地，所述将超富集植物短萼灰叶、超富集植物伴矿景天以及超富集 植物龙葵按照预定排列方式排列种植中的预定排列方式为：所述超富集植物 短萼灰叶、超富集植物伴矿景天以及超富集植物龙葵依次排列或者两列所述 超富集植物短萼灰叶的一侧邻接一列超富集植物伴矿景天，另一侧邻接超富 集植物龙葵。
优选地，所述能源植物插种于所述超富集植物短萼灰叶、超富集植物伴 矿景天以及超富集植物龙葵的空隙间。
本发明利用超富集植物短萼灰叶修复铅污染土壤的方法，利用短萼灰叶、 伴矿景天以及龙葵三种超富集植物不同的生长期，错开种植，充分利用不同 植物对土壤中的铅的富集能力，使得土壤全年内都处于修复状态，进而加快 了对污染土壤的修复速度，缩短了修复周期。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限 定本发明。
本发明提供一种利用超富集植物短萼灰叶修复铅污染土壤的方法，所述 方法包括如下步骤：
步骤S10，将超富集植物短萼灰叶按照其自然生长期种植在铅污染耕地土 壤中；
步骤S20，将超富集植物伴矿景天按照其自然生长期种植在铅污染耕地土 壤中；
步骤S30，将超富集植物龙葵按照其自然生长期种植在铅污染耕地土壤 中；
步骤S40，将能源植物按照其自然生长期种植在铅污染耕地土壤中；
利用超富集植物短萼灰叶、超富集植物伴矿景天以及超富集植物龙葵对 铅的超富集能力，将土壤中的铅元素向植物中转移；
步骤S50，当超富集植物短萼灰叶、超富集植物伴矿景天以及超富集植物 龙葵长到成熟时期，将其地上部分或者整个植株收割并从污染土壤中移走；
重复步骤S10～步骤S50，直至土壤中的铅含量达到环境质量标准；
所述超富集植物短萼灰叶、超富集植物伴矿景天以及超富集植物龙葵至 少有一种与能源植物的生长期错开；
将超富集植物短萼灰叶、超富集植物伴矿景天以及超富集植物龙葵按照 预定排列方式排列种植。
具体地，所述超富集植物短萼灰叶采用扦插的方式定植或者利用其种子 进行繁殖，在扦插或者播种之前，进行整地翻耕和施肥；
修复周期内保持田间持水量为55～80％。
此外，所述超富集植物伴矿景天采用扦插的方式定植；所述超富集植物 龙葵采用扦插的方式定植或者利用其种子进行繁殖。
本实施例中，所述能源植物为高粱或者油菜或者玉米或者马铃薯。
本发明采用的短萼灰叶，喜生于富含Pb地区，适应性强，耐酸、耐瘠、 耐旱，喜阳，稍耐轻霜，适于丘陵红壤坡地种植。
本发明采用的伴矿景天，喜生于富含Pb、Zn矿地区，多年生肉质草本， 根状茎长，不育枝直立，密集丛生，多分枝。
本发明采用的龙葵，喜生于富含Pb地区，喜生于田边，荒地及村庄附近， 一年四季都可在保护地内栽培。
本发明采用的能源植物，能源植物就是指那些通过光合作用把二氧化碳 和水直接转化成不含氧的碳氢化合物的一类植物。
本发明采用的高粱，属于禾本科高粱属，高粱变种，一年生草本植物， 适应性较强。
本发明采用的油菜，属于十字花科芸薹属，越年生或一年生草本植物。
本发明采用的玉米，是禾本科玉蜀黍属一年生草本植物。
本发明采用的马铃薯，属茄科多年生草本植物。
在上述步骤中，将超富集植物短萼灰叶于3月份种植，将超富集植物伴 矿景天四月份种植，将超富集植物龙葵于五月份种植，超富集植物伴矿景天 于八月份收获，超富集植物短萼灰叶于九月份收获，超富集植物龙葵于次年 一月份收获。将能源植物高粱于伴矿景天八月收获后种植，将能源植物油菜 于十一月份种植，次年二月份收获高粱和油菜。
本实施例中的所述能源植物，在成熟后，其秸秆进行直燃发电、二次利 用发酵生产工业酒精或可炭化为生物炭。
为了防止伴矿景天出现叶片自然脱落返回耕地，在七月下旬伴矿景天繁 茂期收获伴矿景天，检测植物体内重金属含量，送至垃圾焚烧厂或生物质发 电厂，燃烧发电，飞灰和炉渣做进一步无害化资源化处置。
此外，上述步骤中将超富集植物短萼灰叶、超富集植物伴矿景天以及超 富集植物龙葵按照预定排列方式排列种植中的预定排列方式为：所述超富集 植物短萼灰叶、超富集植物伴矿景天以及超富集植物龙葵依次排列或者两列 所述超富集植物短萼灰叶的一侧邻接一列超富集植物伴矿景天，另一侧邻接 超富集植物龙葵。
采用上述的方法进行土壤修复实验：
试验区为300平方米有余的某长方形农田。该试验地点所在区域具有典 型的亚热带高原型湿润季风季候特征，冬无严寒，夏无酷暑，无霜期长，干 雨季分明，湿度大，年均气温11.5～23.0℃。本实验采用田间小区试验方法， 共设9个小区，每个小区长10m，宽3m，小区间隔0.5m。
实施例1：
具体处理如下：选择三块小区，每一块小区仅栽种一种超富集植物，分 别是超富集植物短萼灰叶、超富集植物伴矿景天以及超富集植物龙葵，分别 设置为实验组1、实验组2和实验组3。
实验组1中的超富集植物短萼灰叶于三月份种植，采用扦插的方式种植， 并且每列短萼灰叶间隔15cm。
实验组2中的超富集植物伴矿景天于四月份种植，采用扦插的方式定植， 并且每列伴矿景天间隔15cm。
实验组3中的超富集植物龙葵于五月份种植，采用扦插的方式定植。并 且每列龙葵间隔15cm。
种植期间满足各种植物所需营养，保证其正常健康生长。
待超富集植物成熟后，将其地上部分收割。具体为，超富集植物伴矿景 天于八月份收获，超富集植物短萼灰叶于九月份收获，超富集植物龙葵于次 年一月份收获。
实验后，分别在每小区用采样器进行采样，每一平米一个土样，采集非 根际土壤，混合为1kg并风干为土壤样品；每小区的植物收获后用自来水与 去离子水先后洗净、烘干、称重，粉碎备用。土壤样品采用王水-高氯酸消毒， 植物样品用HNO3-HClO4消煮后，铅离子浓度采用原子吸收光谱仪测定。
实施例2
具体处理如下：选择三块小区，每一块小区仅栽种两种超富集植物，分 别是超富集植物短萼灰叶和超富集植物伴矿景天、超富集植物伴矿景天和超 富集植物龙葵以及超富集植物短萼灰叶与超富集植物龙葵以，分别设置为实 验组4、实验组5和实验组6。
实验组4中的超富集植物短萼灰叶于三月份种植，采用扦插的方式种植， 超富集植物伴矿景天于四月份种植，采用扦插的方式定植，并且每列短萼灰 叶与伴矿景天间隔15cm。
实验组5中的超富集植物伴矿景天于四月份种植，采用扦插的方式定植， 超富集植物龙葵于五月份种植，采用扦插的方式定植。并且每列伴矿景天与 龙葵间隔15cm。
实验组36中的超富集植物龙葵于五月份种植，采用扦插的方式定植，超 富集植物短萼灰叶于三月份种植，采用扦插的方式种植。并且每列短萼灰叶 与龙葵间隔15cm。
种植期间满足各种植物所需营养，保证其正常健康生长。
待超富集植物成熟后，将其地上部分收割。具体为，超富集植物伴矿景 天于八月份收获，超富集植物短萼灰叶于九月份收获，超富集植物龙葵于次 年一月份收获。
实验后，分别在每小区用采样器进行采样，每一平米一个土样，采集非 根际土壤，混合为1kg并风干为土壤样品；每小区的植物收获后用自来水与 去离子水先后洗净、烘干、称重，粉碎备用。土壤样品采用王水-高氯酸消毒， 植物样品用HNO3-HClO4消煮后，铅离子浓度采用原子吸收光谱仪测定。
实施例3
具体处理如下：选择两块小区，每一块小区仅栽种三种超富集植物，分 别是超富集植物短萼灰叶、超富集植物伴矿景天以及超富集植物龙葵，三块 小区中三种超富集植物的排列方式不同，分别设置为实验组7、实验组8。
实验组7中的超富集植物短萼灰叶于三月份种植，采用扦插的方式种植， 超富集植物伴矿景天于四月份种植，采用扦插的方式定植，超富集植物龙葵 于五月份种植，采用扦插的方式定植。并且三种植物的排列方式为：短萼灰 叶、伴矿景天、龙葵依次排列。并且每列间隔15cm。
实验组8中的超富集植物短萼灰叶于三月份种植，采用扦插的方式种植， 超富集植物伴矿景天于四月份种植，采用扦插的方式定植，超富集植物龙葵 于五月份种植，采用扦插的方式定植。并且三种植物的排列方式为：伴矿景 天、短萼灰叶、龙葵依次排列。并且每列间隔15cm。
种植期间满足各种植物所需营养，保证其正常健康生长。
待超富集植物成熟后，将其地上部分收割。具体为，超富集植物伴矿景 天于八月份收获，超富集植物短萼灰叶于九月份收获，超富集植物龙葵于次 年一月份收获。
实验后，分别在每小区用采样器进行采样，每1平米一个土样，采集非 根际土壤，混合为1kg并风干为土壤样品；每小区的植物收获后用自来水与 去离子水先后洗净、烘干、称重，粉碎备用。土壤样品采用王水-高氯酸消毒， 植物样品用HNO3-HClO4消煮后，铅离子浓度采用原子吸收光谱仪测定。
实施例4
具体处理如下：选择一块小区，每一块小区栽种三种超富集植物，分别 是超富集植物短萼灰叶、超富集植物伴矿景天以及超富集植物龙葵，在三种 植物的栽种间隙内插种能源植物高粱和油菜，设置为实验组9。
实验组9中的超富集植物短萼灰叶于三月份种植，采用扦插的方式种植， 超富集植物伴矿景天于四月份种植，采用扦插的方式定植，超富集植物龙葵 于五月份种植，采用扦插的方式定植。并且三种植物的排列方式为：短萼灰 叶、伴矿景天、龙葵依次排列。并且每列间隔15cm。
在三种植物的间隙中插种能源植物高粱和油菜，将能源植物高粱于伴矿 景天八月收获后种植，将能源植物油菜于十一月份种植，次年二月份收获高 粱和油菜。
种植期间满足各种植物所需营养，保证其正常健康生长。
待超富集植物成熟后，将其地上部分收割。具体为，超富集植物伴矿景 天于八月份收获，超富集植物短萼灰叶于九月份收获，超富集植物龙葵于次 年一月份收获。
实验后，分别在每小区用采样器进行采样，每一平米一个土样，采集非 根际土壤，混合为1kg并风干为土壤样品；每小区的植物收获后用自来水与 去离子水先后洗净、烘干、称重，粉碎备用。土壤样品采用王水-高氯酸消毒， 植物样品用HNO3-HClO4消煮后，铅离子浓度采用原子吸收光谱仪测定。
数据处理，土壤重金属提取效率＝植物地上部重金属累积量/[(土壤重金 属总含量-土壤重金属的三级标准值)*土壤质量]*100％；土壤质量＝土壤密度 *种植面积*根际土壤深度；植物重金属提取量＝植物体内重金属含量*植物底 下部干质量*植株密度。
表1-各处理土壤pH值和重金属铅含量和植物生长情况
其中，表中的c代表短萼灰叶，b代表伴矿景天，p代表龙葵。
由表1可知，在铅污染的土壤中，不同植物的配置种植方式对植物的株 高以及地上部和根部干质量无显著影响，但是不同植物的混合种植下，植物 的株高以及地上部和根部干质量比单一的种植植物好。且采用多种超富集植 物混合种植，极大的降低了土壤中铅离子的含量。
表2-不同植物配置种植方式下植物体内Pb含量
实验组 地上部w(Pb/mgkg-1) 根部w(Pb/mgkg-1)
实验组1 3.2 2.8
实验组2 1.2 1.4
实验组3 2.4 2.6
实验组4 3,6c,1.6p 3.0c,1.6p
实验组5 1.5p,2.5b 1.9p,2.5b
实验组6 3.8c,2.4b 3.2c,2.9b
实验组7 4.2c,1.8p,2.7b 4.1c,2.3p,3.4b
实验组8 5.3c,2.4p,3.6b 4.2c,2,6p,3.6b
实验组9 5.4c,2.5p,3.5b 4.3c,2.4p,3.7b
其中，表中的c代表短萼灰叶，b代表伴矿景天，p代表龙葵。
超富集植物修复技术是否成功主要取决于植物地上部分重金属富集量和 适宜的生物量。表2显示，三种超富集植物混合种植时，地上部分对重金属 铅的富集大于单一的植物种植，且三种植物混合种植时，植物中的生物量也 高于单一的植物种植。
结合表1和表2可知，采用实验组8和实验组9的种植方式，土壤中的 铅离子含量明显降低。实验组8和实验组9显示，三种植物的排列方式对植 物的生长以及植物对重金属的富集能力的影响不大。
在接续的实验中发现，实验组9的优势在于，经过能源植物种植后的土 壤，其营养成分相较于其他组的要高，更加利于次年超富集植物的种植，提 高了超富集植物的成长速度和成长能力。
在本发明修复方法中，采用的超富集植物短萼灰叶、龙葵、伴矿景天以 及能源植物共同栽种，均可在铅污土壤中正常生长，并富集土壤中的铅。并 且，由于以上几种植物修复土壤适应力强，以轮作的种植方式可以提高对不 同植物根系深度营养利用率和光能利用率，解决在高温高湿季节伴矿景天根 易腐烂的问题，以及受超富集植物生长季节受限造成污染耕地闲置的问题。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是 利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用 在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用超富集植物短萼灰叶修复铅污染土壤的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤S10，将超富集植物短萼灰叶按照其自然生长期种植在铅污染耕地土壤中；
步骤S20，将超富集植物伴矿景天按照其自然生长期种植在铅污染耕地土壤中；
步骤S30，将超富集植物龙葵按照其自然生长期种植在铅污染耕地土壤中；
步骤S40，将能源植物按照其自然生长期种植在铅污染耕地土壤中；
利用超富集植物短萼灰叶、超富集植物伴矿景天以及超富集植物龙葵对铅的超富集能力，将土壤中的铅向植物转移；
步骤S50，当超富集植物短萼灰叶、超富集植物伴矿景天以及超富集植物龙葵长到成熟时期，将其地上部分或者整个植株收割并从污染土壤中移走；
重复步骤S10～步骤S50，直至土壤中的铅含量达到环境质量标准；
所述超富集植物短萼灰叶、超富集植物伴矿景天以及超富集植物龙葵至少有一种与能源植物的生长期错开；
将超富集植物短萼灰叶、超富集植物伴矿景天以及超富集植物龙葵按照预定排列方式排列种植。
2.根据权利要求1所述的利用超富集植物短萼灰叶修复铅污染土壤的方法，其特征在于，所述超富集植物短萼灰叶采用扦插的方式定植或者利用其种子进行繁殖，在扦插或者播种之前，进行整地翻耕和施肥；
修复周期内保持田间持水量为55～80％。
3.根据权利要求1所述的利用超富集植物短萼灰叶修复铅污染土壤的方法，其特征在于，所述超富集植物伴矿景天采用扦插的方式定植。
4.根据权利要求1所述的利用超富集植物短萼灰叶修复铅污染土壤的方法，其特征在于，所述超富集植物龙葵采用扦插的方式定植或者利用其种子进行繁殖。
5.根据权利要求1所述的利用超富集植物短萼灰叶修复铅污染土壤的方法，其特征在于，所述能源植物为高粱或者油菜或者玉米或者马铃薯。
6.根据权利要求1所述的利用超富集植物短萼灰叶修复铅污染土壤的方法，其特征在于，将超富集植物短萼灰叶于三月份种植，将超富集植物伴矿景天四月份种植，将超富集植物龙葵于五月份种植，超富集植物伴矿景天于八月份收获，超富集植物短萼灰叶于九月份收获，超富集植物龙葵于次年一月份收获。
7.根据权利要求5所述的利用超富集植物短萼灰叶修复铅污染土壤的方法，其特征在于，将能源植物高粱于伴矿景天八月收获后种植，将能源植物油菜于十一月份种植，次年二月份收获高粱和油菜。
8.根据权利要求1～7任一项所述的利用超富集植物短萼灰叶修复铅污染土壤的方法，其特征在于，所述能源植物的秸秆进行直燃发电、二次利用发酵生产工业酒精或可炭化为生物炭。
9.根据权利要求1～7任一项所述的利用超富集植物短萼灰叶修复铅污染土壤的方法，其特征在于，所述将超富集植物短萼灰叶、超富集植物伴矿景天以及超富集植物龙葵按照预定排列方式排列种植中的预定排列方式为：所述超富集植物短萼灰叶、超富集植物伴矿景天以及超富集植物龙葵依次排列或者两列所述超富集植物短萼灰叶的一侧邻接一列超富集植物伴矿景天，另一侧邻接超富集植物龙葵。
10.根据权利要求9所述的利用超富集植物短萼灰叶修复铅污染土壤的方法，其特征在于，所述能源植物插种于所述超富集植物短萼灰叶、超富集植物伴矿景天以及超富集植物龙葵的空隙间。
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