CN110293128A - 一种利用野艾蒿修复轻中度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野艾蒿修复轻中度重金属污染土壤的方法，步骤是：1)品种选择；2)整地施肥：将土与肥耙匀耕平后分厢，厢面土壤细碎，厢沟、围沟和灌溉主沟渠连通；3)播种：播种时土壤墒情适宜，土壤含水率控制在一定范围；4)苗后除草：在杂草基本出齐，喷洒艾草专用除草剂；5)水分管理：表层土壤干燥出现轻微萎蔫，浇水，浇水量以使土壤水分适宜，野艾蒿不耐水淹，降雨后应排除田间积水；6)追肥；7)野艾蒿地上部分收获：通过将野艾蒿地上茎秆移除将植物富集的土壤重金属带出稻田；8)收获物无害化处理。方法易行，操作简便，成本低，易于管理，重金属移除效率高，满足了中国南方地区轻中度重金属污染土壤修复与治理。
Description
技术领域
本发明属于农业环境保育与修复技术领域，更具体涉及一种利用野艾蒿修复轻中度重金属污染土壤的方法，适用于中国南方轻中度重金属污染耕地修复中，通过种植重金属高富集植物野艾蒿，吸收、萃取土壤中的重金属，使土壤中的重金属含量降到安全生产范围以内，是降低土壤中的镉等重金属污染的费用低、绿色环保、容易操作和管理的有效方法。
背景技术
2014年发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，全国土壤总的超标率为16.1％，其中轻微、轻度和中度污染点位比例分别为11.2％，2.3％和1.5％。污染类型以无机型为主，超标点位数占全部超标点位的82.8％。在所有无机污染物中，镉超标率最高，超标点位达到7.0％。在镉污染土壤上生长的农作物镉含量经常会超标，特别在中国南方地区，大米镉超标问题比较严重，危害农产品安全和人体健康，已引起社会密切关注。
修复重金属污染土壤的方法主要有物理修复、化学修复和生物修复三种。物理和化学修复方法需要特殊的设施装备和专业技术人员，一般费用比较昂贵，并有可能造成二次污染，难以大规模的推广应用。生物修复，尤其是其中的植物修复术，不仅可以原位实施，并且成本低，绿色环保等，具有良好的应用前景。植物修复技术(phytoremediation)是利用某些对重金属具有超富集能力的植物将土壤中的重金属元素大量的转移到植物体内(特别是地上部分)，将植物收获并进行妥善处理(如灰化回收)后即可将该种重金属移出土体，从而达到修复土壤的目的。植物修复技术主要有植物提取、植物挥发、植物稳定或固化、根系过滤等。其中，植物提取是当前研究最多，并且被认为是最有发展前景的修复方法。目前我国所发现的镉累积植物有香根草、东南景天、天蓝遏蓝菜、美洲商陆等20多种植物。但存在生物量低、对生长条件要求比较苛刻等问题，如东南景天对镉具有较强的富集能力，但不耐高温，在南方地区不能越夏，因而难以在南方地区大范围应用。
野艾蒿(Artemisia lavandulaefolia DC)，别名野艾、小叶艾、艾叶、苦艾等，为菊科蒿属多年生草本植物。主根稍明显，侧根多。茎少数，成小丛，高50-120厘米，具总棱，分枝多，长5-10厘米，斜向上伸展。头状花序极多数，椭圆形或长圆形，直径2-2.5毫米。瘦果长卵形或倒卵形，长不及1毫米。花果期8-10月。产黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、河北、山西、陕西、甘肃、山东、江苏、安徽、江西、河南、湖北、湖南、广东(北部)、广西(北部)、四川、贵州、云南等省区；多生于低或中海拔地区的路旁、林缘、山坡、草地、山谷、灌丛及河滨草地等。对黔西北铅锌矿区重金属耐性植物的筛选表明，野艾蒿对Cu、Zn、Pb、Cd四种重金属的迁移富集能力均较强。对甘肃省东南部铅锌矿区野艾蒿的采样分析也表明，野艾蒿能吸收富集多种重金属并且具有耐重金属的特性。此外，野艾蒿还具有根系发达，生长快速、生物量较大的特点。因此，野艾蒿是一种具有修复镉污染土壤潜力的植物材料。
经中国专利网与相关论文网站检索，发现目前已有一些关于利用植物修复土壤重金属污染的报道。黄道友等在“一种在重金属中度污染土壤上种植苎麻的方法”[CN201210475303.X]中提到通过种植苎麻实现中度重金属污染土壤的农业安全与高效利用，但苎麻对重金属的富集能力较低，并且对耕地地力消耗比较大。甄泉等[应用生态学报，17(8)1505-1510]通过水培实验研究了野艾蒿对Cu污染的耐性机制及修复潜力。樊政等[安徽农业科学，45(19)62-65]通过实验室模拟发现在中低土壤汞污染水平下，野艾蒿对汞的富集和转运能力较强。但这些研究均并未开展田间试验，野艾蒿对重金属污染土壤的修复效果不得而知。因此，建立一种适用于轻中度镉污染土壤的植物修复方法显得极为重要和迫切。
发明内容
针对当前重金属污染土壤修复成本高、稳定性差、生态风险高等技术难点，本发明的目的是在于提供了一种利用野艾蒿修复轻中度重金属污染土壤的方法，方法易行，操作简便，成本低，易于管理，重金属移除效率较高，满足了中国南方地区轻中度重金属污染土壤修复与治理的需要。
为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：
一种利用野艾蒿修复轻中度重金属污染土壤的方法，其步骤是：
1)品种选择：选用山东沂蒙山区自然生长的野艾蒿。
野艾蒿(拉丁名：Artemisia lavandulaefolia DC)，别名：荫地蒿(内蒙古植物志)，野艾(俗称)，小叶艾、狭叶艾(河北)，艾叶(江苏)，苦艾(广西)，陈艾(四川)，“色古得尔音一沙里尔日”、“哲尔日格一荽哈”(蒙古名)。多年生草本，茎直立。上部有斜生的花序枝，被密短毛。下部叶有长柄，头状花序，椭圆形或长圆形，花序凸起；花冠狭管状，紫红色，花柱线形，两性花，花药线形，花果期8-10月。
多生于低或中海拔地区的路旁、林缘、山坡、草地、山谷、灌丛及河湖滨草地等。野艾蒿具有理气行血，逐寒调经，安胎，祛风除湿，消肿止血等功能。能治感冒，头痛，疟疾，皮肤瘙痒，痈肿，跌打损伤，外伤出血等症。因此，在盛夏季节，不妨家养一盆野艾蒿，每当被蚊虫叮咬、奇痒难耐之时，可随手摘一两片野艾蒿叶，搓揉后敷于被叮咬处，即刻痒痛顿消。如果手脚等因不慎而导致外伤出血，也可摘一两片艾蒿叶，揉软后敷于伤口处，即可达到止血之功效。
2)整地施肥：每亩施入1.0-1.5吨腐熟有机肥作底肥。将土与肥耙匀耕平后分厢，厢宽2.0m左右，高约20cm左右。每厢中间高、两边低，要求高低差不超过2cm。厢面土壤要细碎(每平方米范围内，直径5cm土块不超过3块)。厢沟宽30cm左右，深20cm左右。厢沟、围沟和灌溉主沟渠连通，以利于灌排水。
所述的腐熟有机肥，为湖南泰谷生物肥料有限公司生产的有机肥，有机质含量≥45％；总氮磷钾含量≥5.0％。
3)播种：播种时要求土壤墒情适宜，土壤含水率在15.5％-18.5％。土壤水分过饱和时(土壤含水率>20％时)需排积水，过干(土壤含水率<12％)时则需要浇水。每亩播种量2.5-3.0公斤。将种子与10倍的细沙混合后进行条播或撒播，播后覆盖细潮土0.3-0.5cm。出苗后小水勤浇，保证土壤湿润。当苗高10-15cm时，按行株距30cm×15cm进行定苗。
所述的土壤含水率，指土壤含水量占干土重的百分数。
4)苗后除草：在杂草基本出齐，2-4叶时，喷洒一遍艾草专用除草剂，喷洒时注意避开野艾蒿芯叶。8.8％艾草净乳油每亩用量60mL，兑水30公斤，均匀喷施。
所述的艾草专用除草剂为济源艾格弗作物保护有限公司生产的艾草净乳油，是一种新型微生物除草剂。
5)水分管理：当表层2cm左右土壤比较干燥或野艾蒿叶片出现轻微萎蔫时，立即浇水，浇水量以使土壤水分饱和(土壤含水量20％)，但不存在积水为宜。野艾蒿不耐水淹，降雨后应及时排除田间积水。
6)追肥：苗高30cm左右时，每亩撒施5-6公斤尿素；在雨天时沿行撒施，或晴天时进行叶面喷施。
7)野艾蒿地上部分收获：在野艾蒿生长季末期，齐地面收割野艾蒿茎秆，并将田间枯枝残叶一并移出稻田。通过将野艾蒿地上茎秆移除将植物富集的土壤重金属带出稻田。
8)收获物无害化处理：将收获后的野艾蒿茎叶及枯落物进行自然干燥，至含水率16％以下(质量)；将干燥后的原料制成生物质燃料颗粒，燃烧后的灰分按固废集中处置。
通过上述八个步骤的技术措施：特别是第2步和第3步解决了野艾蒿在大田条件下萌发、出苗困难的问题，即野艾蒿种子非常细小，发芽时对土壤墒情要求比较高；第3步解决了野艾蒿大田栽培用工成本高的问题，无需育苗、移栽等环节，节省了劳力成本，每亩可节约成本200元以上；第4步解决了水田改旱田后杂草发生严重的问题，通过使用艾草苗后专用除草剂，有效控制了杂草危害，尤为关键；第7步和第8步通过茎上茎秆移除和燃烧后灰分的集中处置，解决了富集重金属的植物在大田里腐烂分解，再次回到土壤中的二次污染问题。
通过以上步骤在南方轻中度重金属污染稻田建立了一种成本低、绿色环保、适用范围广、容易操作和管理的修复轻中度镉污染土壤的方法。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)运行成本大大低于传统的物理和化学修复方法；野艾蒿为多年生植物，除第一年种子和用工成本稍高外，不需要每年种植，且对水肥要求不高。
(2)容易操作和管理，无需专门设备和专业操作人员，因而在工程上易于推广和实施；
(3)是一种原位处理重金属污染土壤的方法，可以减少对土壤性质的破坏；通过对植物的集中处理，避免对农田和周边环境造成二次污染；
(4)重金属移除效率较高，试验结果表明在镉含量0.29-0.57mg/kg的土壤上，野艾蒿每亩干重可达367公斤，植物镉含量为9.6mg/kg，每年每亩可移除镉3g以上。
具体实施方式
下面申请人将结合在湖南省湘潭县排头乡排头岭村试验与示范基地利用野艾蒿进行镉污染耕地土壤修复的实例对本发明方法做进一步的详细说明，目的在于使本领域技术人员对本发明方法有更详尽的理解和认识，以下实施例不应在任何程度上被理解为对本发明请求保护范围的限制。
实施例1：
一种利用野艾蒿修复轻中度重金属污染土壤的方法，其步骤是：
(1)品种选择：选择山东沂蒙山区自然生长的野艾蒿。
(2)整地施肥：2018年5月初，对正在实施休耕的稻田进行第一次旋耕，每亩施入1吨左右腐熟有机肥作底肥，然后进行二次旋耕，将土与肥耙匀耕平后分厢，厢宽2.0m左右，高约20cm左右。厢面土粒细碎、平整。厢沟宽30cm左右，深20cm左右。厢沟、围沟和灌溉主沟渠连通。
(3)播种：所需种子从江苏省沭阳县依丽兰园艺中心购得，种子采自山东省沂蒙山区。播种前先浇一次透水，每亩播种量2.5公斤。将种子与细沙按1:10的比例进行混匀后，分装在塑料桶中进行撒播。播后覆盖细潮土约0.3cm左右。
(4)苗后除草：示范基地为休耕水稻田，杂草危害比较严重，特别是禾本科杂草，在禾本科杂草2-4叶期喷施艾草除草剂艾草净乳油。8.8％艾草净乳油每亩用量60mL，兑水30公斤，均匀喷施。
(5)水分管理：示范基地在6-8月份干旱少雨。当表层2cm左右土壤比较干燥或野艾蒿叶片出现轻微萎蔫时，立即浇水。为减少浇水次数，可将厢沟内放满水，但不淹没厢面，使其自然落干。
(6)追肥：苗高30cm左右时，每亩撒施5-6公斤尿素；在雨天时沿行撒施。
(7)野艾蒿地上部分收获：11月底，齐地面收割野艾蒿茎秆，并将田间枯枝残叶一并移出示范基地。通过将野艾蒿地上茎秆移除将植物富集的土壤重金属带出稻田。
(8)茎秆无害化处理：将收获后的野艾蒿茎叶及枯落物进行自然干燥，至含水率16％以下(质量)；将干燥后的原料加工制成生物质燃料颗粒，燃烧后的灰分按固废集中处置。
通过上述具体技术措施，一种利用野艾蒿修复轻中度重金属污染土壤的方法，有关技术效果请见表1和表2。其结果表明，在湘潭县排头乡排头岭村轻中度污染稻田(土壤镉含量0.30-0.52mg/kg，平均为0.41mg/kg)，野艾蒿的茎叶干重可达到366.7kg/亩，植株镉含量达9.62mg/kg，富集系数(植株镉含量与土壤镉含量的比值)高达24.64。通过对野艾蒿地上茎叶的移除，每年可从轻中度污染稻田土壤移除3g以上的镉。
表1.湘潭县排头乡排头岭村试验与示范基地(17亩)野艾蒿的产量
表2.湘潭县排头乡排头岭村试验与示范基地野艾蒿的镉含量和富集系数
| 采样区域 | 土壤镉含量(mg/kg) | 植株镉含量(mg/kg) | 富集系数 |
| 1 | 0.29 | 7.76 | 27.17 |
| 2 | 0.37 | 10.56 | 28.17 |
| 3 | 0.57 | 10.53 | 18.57 |
| 平均值 | 0.41 | 9.62 | 24.64 |
Claims (2)
1.一种利用野艾蒿修复轻中度重金属污染土壤的方法，其步骤是：
1)品种选择：选用山东沂蒙山区自然生长的野艾蒿；
2)整地施肥：每亩施入1.0-1.5吨腐熟有机肥作底肥，将土与肥耙匀耕平后分厢，厢宽2.0m，高20cm，每厢中间高、两边低，高低差不超过2cm，厢面土壤要细碎，厢沟宽30cm，深20cm，厢沟、围沟和灌溉主沟渠连通；
所述的腐熟有机肥，有机质含量≥45％；总氮磷钾含量≥5.0％；
3)播种：播种时土壤墒情适宜，土壤含水率在15.5-18.5％，土壤水分过饱和时排积水，过干时浇水，每亩播种量2.5-3.0公斤，将种子与10倍的细沙混合后进行条播或撒播，播后覆盖细潮土0.3-0.5cm，出苗后小水勤浇，土壤湿润，苗高10-15cm，按行株距30cm×15cm进行定苗；
4)苗后除草：在杂草出齐，2-4叶时，喷洒一遍艾草专用除草剂，喷洒时避开野艾蒿芯叶，8.8％艾草净乳油每亩用量60mL，兑水30公斤，均匀喷施；
5)水分管理：表层2cm土壤干燥或野艾蒿叶片出现萎蔫时，浇水，浇水量以使土壤水分饱和为宜；野艾蒿不耐水淹，降雨后排除田间积水；
6)追肥：苗高30cm，每亩撒施5-6公斤尿素；在雨天时沿行撒施，或晴天时进行叶面喷施；
7)野艾蒿地上部分收获：在野艾蒿生长季末期，齐地面收割野艾蒿茎秆，并将田间枯枝残叶一并移出稻田，通过将野艾蒿地上茎秆移除将植物富集的土壤重金属带出稻田；
8)收获物无害化处理：将收获后的野艾蒿茎叶及枯落物进行自然干燥，至含水率16％以下；将干燥后的原料加工制成生物质燃料颗粒，燃烧后的灰分按固废集中处置。
2.根据权利要求1所述的一种利用野艾蒿修复轻中度重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述的艾草专用除草剂为艾草净乳油。
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