CN110576037A - 一种利用重金属超富集草本与木本花卉间作修复污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用重金属超富集草本植物与木本花卉间作修复污染土壤的方法，包括以下步骤：(1)对土壤重金属污染状况进行调查；(2)在污染土壤上移栽木本花卉；(3)在污染土壤上种植可超富集重金属的草本植物；(4)待所述的多年生草本植物株高40‑50cm时留茬3‑5cm收割；(5)将步骤(4)收割的多年生草本植物进行资源化利用，木本花卉收获到的花卉部分可以食用；(6)对污染土壤进行重金属含量检测，重复步骤(4)和步骤(5)，直到土壤环境质量达标。本发明设计合理、操作简单，修复成本低、无二次污染、可实现边生产边修复，在多种重金属污染土壤上应用前景广阔，具有较高的经济效益，又能产生较好的环境效益。

Description

一种利用重金属超富集草本与木本花卉间作修复污染土壤的 方法

技术领域

本发明涉及重金属污染土壤修复技术领域，具体涉及一种利用重金属超富集草本与木本花卉间作修复污染土壤的方法。

背景技术

矿产资源的开发极大推动了国民经济的快速发展，但也带来了严重的环境问题。矿产开采过程中，废水排放、废石和尾渣的堆放及淋滤使矿区及周边土壤积累大量对人体有害的重金属。由于重金属在土壤中不易分解、转化或富集，稳定性强，难以从土壤中清除，使得土壤重金属污染的治理变得十分困难。

土壤重金属污染占目前污染土壤的很大一部分，土壤重金属污染主要来自固体废弃物，重金属污染土壤导致土质变差，粮食减产，作物重金属含量超标(如“镉米事件”)，农田无法耕种荒芜，重金属污染土壤附近的居民出现皮肤病、肝病、癌症等等，因此重金属污染土壤的治理和修复已经刻不容缓。

目前重金属污染治理多采用客土换土法、淋洗法、热处理法、固化法、动电修复法等来修复土壤，然而其具有成本高昂、破坏土壤结构和可能造成二次污染等弊端，因而大规模推广存在许多问题。近年来，修复成本低、环境友好且适宜大面积推广的植物修复受到广泛关注。但是植物修复过程中不产生经济效益，修复周期长，效益低，修复后植物的安全处置成为植物修复技术中亟待突破的瓶颈。合理利用重金属富集植物与经济作物间作来修复污染土壤，在修复污染土壤的同时提高土壤利用效率，实现边生产边修复，同时探索富集植物重金属的回收技术，是本领域的研究重点。

但是，由于污染土壤植物修复技术中植物的筛选是一个比较漫长的过程，在繁多的植物中筛选的对重金属具有超级累特征的植物犹如大海捞针，污染土壤的植物修复技术大多仍处于研究阶段，被社会广泛接受的推广应用的植物修复技术较少。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供利用重金属超富集草本与木本花卉间作修复污染土壤的方法，利用草本植物清除土壤中的重金属，同时种植的木本花卉重金属含量未超过食品相关标准，还能将植物吸收的重金属回收。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的利用重金属超富集草本与木本花卉间作修复污染土壤的方法，，包括以下步骤：

(1)采用单因子指数法对土壤重金属污染状况进行调查；

(2)在污染土壤上移栽可食用部位重金属含量不超标的木本花卉；

(3)在污染土壤上种植可超富集重金属的多年生草本植物；

(4)待所述的多年生草本植物株高40-50cm时留茬3-5cm收割；

(5)将步骤(4)收割的多年生草本植物进行资源化利用，木本花卉收获到的花卉部分可以食用；

(6)每一茬多年生草本植物收获后，对污染土壤进行重金属含量检测，综合分析检测值，如果土壤的重金属含量检测值达到土壤环境质量标准，可以铲除该多年生草本植物；如果土壤的重金属含量检测值没有达到土壤环境质量标准，接着下一轮多年生草本植物收割，重复步骤(4)和步骤(5)，待多年生草本植物衰老期前15-25天对其进行拔除，补种拔除部分，直到土壤环境质量达标。

优选地，步骤(1)中采用单因子指数法对土壤重金属污染状况进行调查时，确定土壤的重金属污染物为铅、镉、砷、锌、铜；当土壤pH≥7.0时，土壤中铅的单因子污染指数为1-20，镉的单因子污染指数为1-25，砷的单因子污染指数为1-4，铜、锌的单因子污染指数均为1-15；污染土壤pH≤5.5时，铅、镉的单因子污染指数均为1-5，砷的单因子污染指数为1-8，铜、锌的单因子污染指数均为1-15。

优选地，步骤(2)中的木本花卉为玉荷、刺槐、棣棠、腊肠树中的任意一种。

优选地，步骤(2)中移栽木本花卉的具体步骤为：将木本花卉的种子在温室棚种子育苗后，采用扦插的方式种植于重金属污染的土壤上，并以2m×2m的面积为一个种植穴，每个种植穴扦插一株木本花卉。

优选地，步骤(3)中的多年生草本植物为黑麦草、野菊、柔毛堇菜、土荆芥中的任意一种。

优选地，所述步骤(3)中，将所述多年生草本植物种植于木本花卉之间的空地，并采用条播的种植方式，种植行间距为10-15cm。

优选地，步骤(5)中将收割的草本植物进行资源化利用的具体步骤为：将收割后的多年生草本植物在氮气含量为90-95％的环境下碳化烧，碳化温度为200-250℃，收集碳化后的灰渣，加入浓度为0.8-2.0mol/L的盐酸，搅拌、浸泡60-96h后，过滤，取滤液，即可回收灰渣中的重金属。

优选地，所述灰渣和盐酸的固液体积比为1:2-4。

所述的土壤环境质量标准为《土壤环境质量标准农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618-2018)或《土壤环境质量标准建设地土壤污染风险管控标准》(GB 36600-2018)。

刺槐，拉丁文名为Robinia pseudoacacia L.，又名洋槐，豆科、刺槐属落叶乔木。

棣棠，学名Kerria japonica(L.)DC.，别名地棠、蜂棠花、黄度梅、金棣棠梅、黄榆梅等，蔷薇科、棣棠花属的落叶灌木。

腊肠树，拉丁名为Cassia fistula Linn.，别名金急雨、金链花、黄金雨、波斯皂荚、牛角树等，苏木亚科的落叶乔木。

黑麦草，学名Lolium perenne L.，禾本科，黑麦草属的多年生植物。

野菊，拉丁名为Chrysanthemum indicum，别名油菊、疟疾草、苦薏、路边黄、山菊花、野黄菊等，为双子叶植物纲、菊科、菊属多年生草本植物。

柔毛堇菜，拉丁名为Viola principis H.de Boiss.var.Principis，为堇菜科、堇菜属植物。

土荆芥，学名Chenopodium ambrosioides L.，别名臭草、杀虫芥、鸭脚草，为藜科藜属一年生或多年生草本植物。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

1、本发明选择野菊、黑麦草、柔毛堇菜、土荆芥等多年生草本植物，生命力极强，在污染土壤中易于成活，在其生长过程中无需特别管理，自然生长繁殖快，可以高效吸收污染土壤中的重金属，降低土壤中重金属含量。

2、本发明还将木本花卉与多年草本生植物进行间作，选择的木本花卉对多种重金属有固定作用，与具有重金属超富集作用、生长速度快的草本植物综合修复，可以快速清除土壤重金属污染，并且能有效防止污染物直接进入食物链，不会对土壤产生二次污染。

3、本发明将收割后的草本植物的植株碳化后，可分离回收植株从土壤中吸收的重金属元素，灰渣还可用于农田，还能防止重金属污染物又回到自然环境中。所种植的本木花卉植物，其花卉部分对重金属的积累作用较弱，可供食用，本发明可有效利用木本花卉和草本植物的生物资源，还能美化环境，防治水土流失。

综上所述，本发明的土壤修复方法不仅设计合理、操作简单，而且修复成本低、无二次污染、可实现边生产边修复。在多种重金属污染土壤上应用前景广阔，具有较高的经济效益，又能产生较好的环境效益。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

实施例1

本实施例选择位于某铅锌矿区附近农田，提供一种利用重金属超富集草本与木本花卉间作修复污染土壤的方法，包括以下步骤：

(1)采用单因子指数法对土壤重金属污染状况进行调查：确定土壤的重金属污染物为铅、镉、砷、锌、铜，土壤pH值的中位数和平均值均大于7.5，污染土壤中镉、砷、铅、铜、锌等重金属的含量检测结果均超过《土壤环境质量标准农用地土壤污染风险管控标准》(GB15618-2018)的1-15倍；

(2)将玉荷树的种子在温室棚种子育苗后，在污染土壤上于9-10月扦插玉荷苗木，并以2m×2m的面积为一个种植穴，每个种植穴扦插一株玉荷苗木，苗木扦插后进行常规的田间管理；

(3)待玉荷苗木生根1个月后，将黑麦草种植于玉荷苗木之间的空地，并采用条播的种植方式，种植行间距为10cm；

(4)待黑麦草株高40cm时留茬3cm收割，收割后留出部分样品，其余黑麦草晾干，粉碎，过100目筛，置于马沸炉中，于95％氮气和5％空气、250℃环境下碳化，在碳化后得到的灰渣中加其3倍体积的1.0mol/L盐酸，浸泡72h后过滤，滤液含有灰渣中的重金属，晾干已去除重金属的滤渣，可循环用于农田；玉荷树的花卉收获后可食用；

(5)取步骤(4)收割后的黑麦草样品，粉碎，检测植株中的重金属含量，同时采集同点位的土壤样本，检测土壤中的重金属含量，春夏季采摘玉荷花卉，检测重金属含量，检测结果见表1；

(6)重复步骤(4)和步骤(5)，待黑麦草衰老期前15天对其进行拔除，补种拔除部分，直至被污染土壤的重金属含量符合《土壤环境质量标准农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618-2018)。

表1实施例1重金属含量检测结果

由表1可见，本实施例的污染农田经过第一轮黑麦草收割后，农田中镉的降解率为24.72％，砷的降解率为16.60％，铅的降解率为12.69％，铜的降解率为6.31％，锌的降解率为4.72％，各重金属的富集效果显著。经过第四轮收割后，各重金属的降解率分别为：镉的降解率为94.55％，砷的降解率为68.90％，铅的降解率为59.33％，铜的降解率为27.75％，锌的降解率为12.16％。可见玉荷和黑麦草共同作用，对镉、砷、铅等3种元素的降解率较高，有效修复被污染土壤。

实施例2

本实施例选择位于某铅锌矿区附近农田，提供一种利用重金属超富集草本与木本花卉间作修复污染土壤的方法，包括以下步骤：

(1)采用单因子指数法对土壤重金属污染状况进行调查：确定土壤的重金属污染物为铅、镉、砷、锌、铜，土壤pH值的中位数和平均值为5.0，污染土壤中镉、砷、铅、铜、锌等重金属的含量检测结果均超过《土壤环境质量标准农用地土壤污染风险管控标准》(GB15618-2018)的1-10倍；

(2)将刺槐树的种子在温室棚种子育苗后，在污染土壤上于9-10月扦插刺槐苗木，并以2m×2m的面积为一个种植穴，每个种植穴扦插一株刺槐苗木，苗木扦插后进行常规的田间管理；

(3)待刺槐苗木生根1个月后，将柔毛堇菜种植于刺槐苗木之间的空地，并采用条播的种植方式，种植行间距为10cm；

(4)待柔毛堇菜株高50cm时留茬5cm收割，收割后留出部分样品，其余收割下来的柔毛堇菜晾干，粉碎，过150目筛，置于马沸炉中，于90％氮气和10％空气、200℃环境下碳化，在碳化后得到的灰渣中加入其4倍体积的0.8mol/L盐酸，浸泡96h后过滤，滤液含有灰渣中的重金属，晾干已去除重金属的滤渣，可循环用于农田；刺槐树的花卉收获后可食用；

(5)取步骤(4)收割后的柔毛堇菜样品，粉碎，检测植株中的重金属含量，同时采集同点位的土壤样本，检测土壤中的重金属含量，春夏季采摘刺槐花卉，检测重金属含量，检测结果见表2；

(6)重复步骤(4)和步骤(5)，待柔毛堇菜衰老期前20天对其进行拔除，补种拔除部分，直至被污染土壤的重金属含量符合《土壤环境质量标准农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618-2018)。

表2实施例2重金属含量检测结果

由表2可见，本实施例的污染农田经过第一轮柔毛堇菜收割后，农田中镉的降解率为36.69％，砷的降解率为15.28％，铅的降解率为24.21％，铜的降解率为16.19％，锌的降解率为14.48％，各重金属的富集效果显著。经过第五轮收割后，各重金属的降解率分别为：镉的降解率为96.37％，砷的降解率为72.56％，铅的降解率为75.45％，铜的降解率为46.28％，锌的降解率为50.59％。可见刺槐树和柔毛堇菜共同作用，对镉、砷、铅、铜、锌等元素的降解率均有较好的富集表现，可有效修复被这五种元素污染的土壤。

实施例3

本实施例选择位于某铜矿区附近农田，提供一种利用重金属超富集草本与木本花卉间作修复污染土壤的方法，包括以下步骤：

(1)采用单因子指数法对土壤重金属污染状况进行调查：确定土壤的重金属污染物为铅、镉、砷、锌、铜，土壤pH值的中位数和平均值为8.0，污染土壤中镉、砷、铅、铜、锌等重金属的含量检测结果均超过《土壤环境质量标准农用地土壤污染风险管控标准》(GB15618-2018)的1-5倍；

(2)将腊肠树的种子在温室棚种子育苗后，在污染土壤上于9-10月扦插腊肠树苗木，并以2m×2m的面积为一个种植穴，每个种植穴扦插一株腊肠树苗木，苗木扦插后进行常规的田间管理；

(3)待腊肠树苗木生根1个月后，将野菊种植于腊肠树苗木之间的空地，并采用条播的种植方式，种植行间距为10cm；

(4)待野菊株高45cm时留茬4cm收割，收割后留出部分样品，其余收割下来的野菊晾干，粉碎，过150目筛，置于马沸炉中，于92％氮气和8％空气、235℃环境下碳化，在碳化后得到的灰渣中加入其2倍体积的2.0mol/L盐酸，浸泡60h后过滤，滤液含有灰渣中的重金属，晾干已去除重金属的滤渣，可循环用于农田；腊肠树的花卉收获后可食用；

(5)取步骤(4)收割后的野菊样品，粉碎，检测植株中的重金属含量，同时采集同点位的土壤样本，检测土壤中的重金属含量，春夏季采摘玉荷花卉，检测重金属含量，检测结果见表3；

(6)重复步骤(4)和步骤(5)，待野菊衰老期前25天对其进行拔除，补种拔除部分，直至被污染土壤的重金属含量符合《土壤环境质量标准农用地土壤污染风险管控标准》(GB15618-2018)。

表3实施例3重金属含量检测结果

由表3可见，本实施例的污染农田经过第一轮野菊收割后，农田中镉的降解率为24.28％，砷的降解率为9.26％，铅的降解率为11.97％，铜的降解率为12.04％，锌的降解率为11.91％，各重金属的富集效果显著。经过第四轮收割后，各重金属的降解率分别为：镉的降解率为95.06％，砷的降解率为48.37％，铅的降解率为68.95％，铜的降解率为71.68％，锌的降解率为69.95％。可见腊肠树和野菊共同作用，对镉、砷、铅、铜、锌等元素的降解率较高，有效修复被污染土壤。

Claims (8)

1.一种利用重金属超富集草本与木本花卉间作修复污染土壤的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采用单因子指数法对土壤重金属污染状况进行调查；

(2)在污染土壤上移栽可食用部位重金属含量不超标的木本花卉；

(3)在污染土壤上种植可超富集重金属的多年生草本植物；

(4)待所述的多年生草本植物株高40-50cm时留茬3-5cm收割；

(5)将步骤(4)收割的多年生草本植物进行资源化利用，木本花卉收获到的花卉部分可以食用；

(6)每一茬多年生草本植物收获后，对污染土壤进行重金属含量检测，综合分析检测值，如果土壤的重金属含量检测值达到土壤环境质量标准，可以铲除该多年生草本植物；如果土壤的重金属含量检测值没有达到土壤环境质量标准，接着下一轮多年生草本植物收割，重复步骤(4)和步骤(5)，待多年生草本植物衰老期前15-25天对其进行拔除，补种拔除部分，直到土壤环境质量达标。

2.根据权利要求1所述的利用重金属超富集草本与木本花卉间作修复污染土壤的方法，其特征在于，步骤(1)中采用单因子指数法对土壤重金属污染状况进行调查时，确定土壤的重金属污染物为铅、镉、砷、锌、铜；当土壤pH≥7.0时，土壤中铅的单因子污染指数为1-20，镉的单因子污染指数为1-25，砷的单因子污染指数为1-4，铜、锌的单因子污染指数均为1-15；污染土壤pH≤5.5时，铅、镉的单因子污染指数均为1-5，砷的单因子污染指数为1-8，铜、锌的单因子污染指数均为1-15。

3.根据权利要求1所述的利用重金属超富集草本与木本花卉间作修复污染土壤的方法，其特征在于，步骤(2)中的木本花卉为玉荷、刺槐、棣棠、腊肠树中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的利用重金属超富集草本与木本花卉间作修复污染土壤的方法，其特征在于，步骤(2)中移栽木本花卉的具体步骤为：将木本花卉的种子在温室棚种子育苗后，采用扦插的方式种植于重金属污染的土壤上，并以2m×2m的面积为一个种植穴，每个种植穴扦插一株木本花卉。

5.根据权利要求1所述的利用重金属超富集草本与木本花卉间作修复污染土壤的方法，其特征在于，步骤(3)中的多年生草本植物为黑麦草、野菊、柔毛堇菜、土荆芥中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的利用重金属超富集草本与木本花卉间作修复污染土壤的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，将所述多年生草本植物种植于木本花卉之间的空地，并采用条播的种植方式，种植行间距为10-15cm。

7.根据权利要求1所述的利用重金属超富集草本与木本花卉间作修复污染土壤的方法，其特征在于，步骤(5)中将收割的草本植物进行资源化利用的具体步骤为：将收割后的多年生草本植物在氮气含量为90-95％的环境下碳化，碳化温度为200-250℃，收集碳化后的灰渣，加入浓度为0.8-2.0mol/L的盐酸，搅拌、浸泡60-96h后，过滤，取滤液，即可回收灰渣中的重金属。

8.根据权利要求7所述的利用重金属超富集草本与木本花卉间作修复污染土壤的方法，其特征在于，所述灰渣和盐酸的固液体积比为1:2-4。