CN109772881A - 一种利用芳香植物修复和高效利用镉污染农田土壤的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用芳香植物修复和高效利用镉污染农田土壤的方法，采用芳香植物在镉污染农田土壤上种植，其步骤为：采用芳香植物椒样薄荷或柠檬香茅植株进行的育苗；将育苗后芳香植物幼苗的定植到镉污染农田土壤；将成熟的芳香植物收割并留桩；收割后在镉污染农田土壤施用普罗丹肥料，并浇透水，生长期间及时除草；收割的产出物集中处理；所述椒样薄荷与柠檬香茅在重度镉污染农田土壤上每3年进行相互轮作种植1次，所述产出物集中处理的工艺为对产出物采用水蒸气蒸馏法提取精油。本发明提供的方法不仅仅克服现有重度镉污染农田土壤修复技术的缺点与不足，而且安全环保、既能逐步修复镉污染农田土壤，又能带来较高经济效益的重度镉污染农田土壤修复的方法。

Description

一种利用芳香植物修复和高效利用镉污染农田土壤的方法

技术领域

本发明涉及污染环境修复技术领域，特别涉及一种利用椒样薄荷和柠檬香茅修复和高效利用重度镉污染农田土壤的方法。

背景技术

近年来，因矿产开采、冶炼等活动，世界各国都面临着不同程度的农田土壤镉污染问题，造成生产的农产品不能食用或耕地闲置。目前，针对农田镉污染问题，有两个方向的治理技术，一是重金属钝化，二是植物修复。重金属钝化技术是向土壤中加入一种或多种物质，与土壤中污染物发生一系列反应，从而改变重金属在土壤中的存在形式，从而降低重金属对植物的危害。目前钝化剂种类主要包括无机类钝化剂、有机类钝化剂、微生物类钝化剂等。重金属钝化技术具有良好的操作性，理论上不影响农业种植，但因重金属仍存在于土壤中，随时有重新活化的风险，且一些钝化剂自身可能带有毒有害成分，若大量施入污染土壤中，可能会造成二次污染。此外，当前尚未见较长效的钝化材料，因此在生产上需反复施用，从而限制了这一技术的推广应用。另一项技术是针对中轻度污染农田的植物修复，即利用重金属富集植物清除土壤中重金属，这一技术具有环保与经济的特点。当前，有多种修复植物可加以利用，如东南景天、籽粒苋、龙葵等均具有一定的应用前景，但植物修复的总体修复效率不高，修复植物本身也无经济价值，所需时间长，以致实际的工程应用仍不多。

在镉污染农田土壤上种植非食用经济植物，边修复边获得较高的经济效益是一个比较有前途的方向。在镉污染农田土壤上种植可提取精油的芳香植物，能带来较高的经济效益。精油用水蒸汽蒸馏法提取，故理论上精油中不含重金属。因此，在经过长期研究测试基础上，重度镉污染农田土壤上种植芳香植物-椒样薄荷和柠檬香茅，可将镉污染农田土壤修复与高效利用有机结合，为重度镉污染农田土壤的治理与高效利用提供一条新途径。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的在于克服现有重度镉污染农田土壤修复技术的缺点与不足，提供一种安全环保、既能逐步修复镉污染农田土壤，又能带来较高经济效益的重度镉污染农田土壤修复的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用芳香植物修复和高效利用镉污染农田土壤的方法，采用芳香植物在重度镉污染农田土壤上种植，其步骤为：

采用芳香植物椒样薄荷或柠檬香茅植株进行的育苗；

将育苗后芳香植物幼苗定植到重度镉污染农田土壤；

将成熟的芳香植物收割并留桩；

收割后在镉污染农田土壤施用普罗丹肥料，并浇透水，生长期间及时除草；

收割的产出物集中处理；

所述椒样薄荷与柠檬香茅在重度镉污染农田土壤上每3年进行相互轮作种植1次，所述产出物集中处理的工艺为对产出物采用水蒸气蒸馏法提取精油。

作为本发明的进一步改进：所述采用椒样薄荷进行种植方法为

(1)育苗：选取健壮、无病虫害的椒样薄荷水平匍匐根状茎，剪成8-10cm茎段，埋于泥炭和珍珠岩的基质中，浇透水，进行育苗；

(2)定植：待椒样薄荷幼苗长至12-15cm，将其种植于重度镉污染农田土壤上；

(3)收获：当椒样薄荷植株长至35-40cm时，开始收割椒样薄荷地上部茎叶用于提取精油，收割时留桩3-4cm；

(4)收获后管理：每次收割芳香植物后，需施用普罗丹肥料，并浇透水，生长期间及时除草。

作为本发明的进一步改进：所述椒样薄荷种植株行距为20cm×30cm。

作为本发明的进一步改进：所述柠檬香茅植株进行种植方法为

(1)育苗：选取健壮、无病虫害的柠檬香茅植株，每从2-3株，剪平地上部，留茬5cm左右，种植于泥炭和珍珠岩的基质中，浇透水，进行育苗；

(2)定植：待柠檬香茅长至18-22cm时，将其种植于重度镉污染农田土壤上；

(3)收获：当柠檬香茅长至50-60cm时，开始收割柠檬香茅植株地上部茎叶用于提取精油，收割时留桩15cm；

(4)收获后管理：每次收割柠檬香茅植株后，需施用普罗丹肥料，并浇透水，生长期间及时除草。

作为本发明的进一步改进：所述柠檬香茅株种植株行距为50cm×50cm。

作为本发明的进一步改进：所述泥炭和珍珠岩基质的比例为1:1。

作为本发明的进一步改进：所述产出物处理的方法为

(1)将收获的芳香植物阴干20-24h，取地上部茎叶，切成10cm左右小段；

(2)将切好的茎叶放于蒸馏装置中，接通电源，采用水蒸气蒸馏法提取精油，蒸馏温度为90-100℃；

(3)用最先蒸馏出的适量冷凝液润洗收集瓶，收集瓶中收集精油和纯露，精油与纯露分层，蒸馏时间为2小时30分钟；

(4)蒸馏结束后，将精油和纯露分离。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明对重度镉污染农田土壤具有修复和高效利用的双重功效。椒样薄荷植株地上部对镉的富集系数为0.42-0.70；柠檬香茅植株地上部对镉的富集系数为5.30-7.94。重度镉污染农田土壤上种植椒样薄荷和柠檬香茅，所提取的精油和纯露中均未检测出镉(检出限0.01mg/kg)。

(2)本发明所需植物材料易于繁殖，适应性强，不需特殊管理，安全性好，对环境友好，其产品能产生很好的经济和社会效益。

(3)椒样薄荷与柠檬香茅每3年相互轮作1次，避免因连作而导致植物生长不良。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本发明的详细描述：

一种利用椒样薄荷和柠檬香茅修复和高效利用重度镉污染农田土壤的方法，具体工艺过程为：采用芳香植物进行育苗；将育苗后芳香植物幼苗定植到重度镉污染农田土壤；将成熟的芳香植物收割并留桩；收割后在镉污染农田土壤施用普罗丹肥料，并浇透水，生长期间及时除草；将产出物集中处理的工艺为对产出物采用水蒸气蒸馏法提取精油。

采用芳香植物椒样薄荷进行种植方法为：

①选取健壮、无病虫害的椒样薄荷水平匍匐根状茎，剪成8-10cm茎段，埋于泥炭和珍珠岩(体积比1:1)的混合基质中，浇透水，进行育苗。

②待椒样薄荷幼苗长至12-15cm，将其种植于重度镉污染农田土壤上，重度镉污染农田土壤中镉含量为2.16-6.16mg/kg，pH为5.27-6.34，有机质含量为1.42-1.92％，整地作畦，椒样薄荷株株行距为20cm×30cm。

③当椒样薄荷植株长至35-40cm，开始收割椒样薄荷植株地上部茎叶用于提取精油，收割椒样薄荷时应留桩3-4cm，以利植株再生长。

④每次收割椒样薄荷后，需施用普罗丹肥料(12-4-14)，并浇透水，生长期间及时除草。

采用芳香植物柠檬香茅植株进行种植方法为：

①选取健壮、无病虫害的柠檬香茅植株，每从2-3株，剪平地上部，留茬5cm左右，种植于泥炭和珍珠岩(体积比1:1)的混合基质中，浇透水，进行育苗。

②待柠檬香茅长至20cm左右时，将其种植于重度镉污染农田土壤上，重度镉污染农田土壤中镉含量为3.94-4.85mg/kg，pH为5.27-6.34，有机质含量为1.42-1.92％，整地作畦，柠檬香茅株行距为50cm×50cm。

③当柠檬香茅长至50-60cm时，开始收割柠檬香茅植株地上部茎叶用于提取精油，收割柠檬香茅时应留桩15cm，以利植株再生长。

④每次收割柠檬香茅后，需施用普罗丹肥料(12-4-14)，并浇透水，生长期间及时除草。

将椒样薄荷和柠檬香茅产出物集中进行精油提取，其方法为：

取阴干20-24h的椒样薄荷和柠檬香茅地上部茎叶，切成10cm左右小段，放于蒸馏装置中，接通电源，采用水蒸气蒸馏法提取精油，蒸馏温度为90-100℃。开始蒸馏，用最先蒸馏出的适量冷凝液润洗收集瓶，收集瓶中收集精油和纯露，精油与纯露分层，蒸馏时间为2小时30分钟，蒸馏结束后，将精油和纯露分离。

椒样薄荷和柠檬香茅精油和纯露中镉含量(检出限0.01mg/kg)未检出。

实施案例1：

在韶关地区，椒样薄荷1年收获4茬，每年精油平均产量为15.98L/667m²，每年纯露平均产量约为3000L/667m²；柠檬香茅1年可收获3茬，每年精油平均产量为19.67L/667m²，每年纯露平均产量约为1834L/667m²。(注：每次蒸馏罐盛装植物约15kg，蒸馏结束后，收集纯露约10L。)

椒样薄荷精油平均批发价格为413元/L，每年0.66万元/667m²；纯露平均批发价格为4元/L，每年1.2万元/667m²。柠檬香茅精油平均批发价格为252元/L，每年0.49万元/667m²；纯露平均批发价格为26元/L，每年4.8万元/667m²。(注：椒样薄荷和柠檬香茅精油和纯露批发价格参考均来自于淘宝网，产地均为中国。精油起批量为20kg，纯露起批量25kg。)

修复土壤约30cm深，使土壤最终达到二级土壤环境镉质量标准0.30mg/kg，经计算，种植椒样薄荷对重度镉污染农田土壤进行修复所需年限为76-140年，种植柠檬香茅对重度镉污染农田土壤进行修复所需年限为13-19年。椒样薄荷植株地上部对镉的富集系数为0.42-0.70；柠檬香茅植株地上部对镉的富集系数为5.30-7.94，所以采用椒样薄荷与柠檬香茅每3年相互进行轮作1次。

重度镉污染农田土壤上种植椒样薄荷和柠檬香茅，椒样薄荷精油中柠檬烯相对含量为50.61％-66.02％，香芹酮相对含量为26.75％-40.06％；柠檬香茅精油中β-月桂烯相对含量为20.64％-24.81％，柠檬醛相对含量为64.59％-68.40％。

综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。

Claims (7)

1.一种利用芳香植物修复和高效利用镉污染农田土壤的方法，采用芳香植物在镉污染农田土壤上种植，其步骤为：

采用芳香植物椒样薄荷或柠檬香茅植株进行的育苗；

将育苗后芳香植物幼苗定植到镉污染农田土壤；

将成熟的芳香植物收割并留桩；

收割后在镉污染农田土壤施用普罗丹肥料，并浇透水，生长期间及时除草；

收割的产出物集中处理；

所述椒样薄荷与柠檬香茅在重度镉污染农田土壤上每3年进行相互轮作种植1次，所述产出物集中处理的工艺为对产出物采用水蒸气蒸馏法提取精油。

2.根据权利要求1所述的一种利用芳香植物修复和高效利用镉污染农田土壤的方法，所述采用椒样薄荷进行种植方法为：

(1)育苗：选取健壮、无病虫害的椒样薄荷水平匍匐根状茎，剪成8-10cm茎段，埋于泥炭和珍珠岩的混合基质中，浇透水，进行育苗；

(2)定植：待椒样薄荷幼苗长至12-15cm，将其种植于重度镉污染农田土壤上；

(3)收获：当椒样薄荷植株长至35-40cm时，开始收割椒样薄荷地上部茎叶用于提取精油，收割时留桩3-4cm；

收获后管理：每次收割芳香植物后，需施用普罗丹肥料，并浇透水，生长期间及时除草。

3.根据权利要求2所述的一种利用芳香植物修复和高效利用镉污染农田土壤的方法，其特征是：所述椒样薄荷种植株行距为20cm×30cm。

4.根据权利要求1所述的一种利用芳香植物修复和高效利用镉污染农田土壤的方法，所述柠檬香茅植株进行种植方法为：

(1)育苗：选取健壮、无病虫害的柠檬香茅植株，每丛2-3株，剪平地上部，留茬5cm，种植于泥炭和珍珠岩的混合基质中，浇透水，进行育苗；

(2)定植：待柠檬香茅长至18-22cm时，将其种植于重度镉污染农田土壤上；

(3)收获：当柠檬香茅长至50-60cm时，开始收割柠檬香茅植株地上部茎叶用于提取精油，收割时留桩15cm；

(4)收获后管理：每次收割柠檬香茅植株后，需施用普罗丹肥料，并浇透水，生长期间及时除草。

5.根据权利要求4所述的一种利用芳香植物修复和高效利用镉污染农田土壤的方法，其特征是：所述柠檬香茅株种植株行距为50cm×50cm。

6.根据权利要求2或权利要求4所述的一种利用芳香植物修复和高效利用镉污染农田土壤的方法，其特征是：所述泥炭和珍珠岩基质的比例为1:1。

7.根据权利要求1所述的一种利用芳香植物修复和高效利用镉污染农田土壤的方法，所述产出物处理的方法为：

(1)将收获的芳香植物阴干20-24h，取地上部茎叶，切成10cm左右小段；

(2)将切好的茎叶放于蒸馏装置中，接通电源，采用水蒸气蒸馏法提取精油，蒸馏温度为90-100℃；

(3)用最先蒸馏出的适量冷凝液润洗收集瓶，收集瓶中收集精油和纯露，精油与纯露分层，蒸馏时间为2小时30分钟；

(4)蒸馏结束后，将精油和纯露分离。