CN114888061A

CN114888061A - 重金属污染场地树木密植修复方法

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Publication number: CN114888061A
Application number: CN202210535832.8A
Authority: CN
Inventors: 张冬梅; 傅仁杰; 张浪; 尹丽娟; 有祥亮; 罗玉兰
Original assignee: Shanghai Academy of Landscape Architecture Science and Planning
Current assignee: Shanghai Academy of Landscape Architecture Science and Planning
Priority date: 2022-05-17
Filing date: 2022-05-17
Publication date: 2022-08-12
Anticipated expiration: 2042-05-17
Also published as: CN114888061B

Abstract

本发明提供了一种重金属污染场地树木密植修复方法，通过在重金属污染的场地扦插种植泡桐，泡桐吸附土壤中的重金属后，通过采伐、收割等方式集中处理，使重金属污染场地得到修复。泡桐扦插时，株距为10×10cm~20×20cm。本发明同时筛选出最佳的扦插密度为株距15cm，行距15cm（29644株/亩）。当种植密度降低时，泡桐吸附铅、锌重金属的能力会大幅减弱，无法起到快速清除土壤重金属的作用；而当种植密度过高时，土壤中泡桐专一性的病原性真菌与天敌积累率增大，生存环境受到限制，使得泡桐遭受同种负密度依赖（CNDD）的影响更大，年生物量积累量下降，死亡率也大大提升。采用本发明确定的最佳扦插种植密度，可最高效清除土壤中的Pb、Zn污染。

Description

重金属污染场地树木密植修复方法

技术领域

本发明属于城市绿化土壤生态修复领域，涉及重金属污染土壤的修复，具体是一种通过树木密植方式修复重金属污染场地的方法。

背景技术

随着我国城镇更新转型飞速发展，以上海为代表特大城市，城市园林绿化80％以上建设用地来源于城市更新区工厂、老旧住宅、建筑物等搬迁场地，原生地表多重污染，土壤质地受损，严重阻碍植物生长发育，对污染受损土壤进行修复是保证城市绿地质量的基础。

植物修复技术是以植物忍耐和超量积累某种或某些污染物的理论为基础，利用植物及其共存微生物，消除土壤环境中污染物的环境污染治理技术。有些植物对特定重金属离子具有异乎寻常的吸收能力，可以达到自身千重的2％，其体内重金属离子的浓度可以是正常水平的数倍甚至上千倍。该技术主要通过植物提取土壤中的污染物，传输到树干，通过收割生物质，将污染物回收或处置。

发明内容

本发明提供一种重金属污染场地树木密植修复方法，能够减轻和消除土壤重金属污染，科学利用绿化空间，是一种重金属污染场地生态修复和科学绿化的有效方法。

本发明的技术方案是，一种重金属污染场地树木密植修复方法，具体修复包括以下步骤：

S1、对待修复场地进行整地除草，挖排水沟槽，保持土壤透水性；

S2、扦插在2～3月进行，先取泡桐枝条，顶端保留顶芽和1～2片叶，基部用植物激素溶液浸泡，再经消毒处理后将其插入待修复场地，防止倒插，扦插后施氮磷钾复合肥；

S3、扦插后的前三个月，每月施用磷酸二氢钾，同时根据需要进行浇水及喷洒消毒液；扦插后第4～6个月追有机肥并浇水处理，6个月后停止追肥灌水；第二年3～5月每月施用磷酸二氢钾；种植2年后采伐或收割。

进一步地，所述的重金属污染为Pb和/或Zn。

进一步地，S2中泡桐枝条选择1～2年生苗木枝条，枝条的高度为45.3±3.55cm，粗度为6.55±0.56cm。

进一步地，S2中植物激素溶液为稀释50-80倍的NAA或IBA溶液，浸泡时间为3h-6h；消毒用稀释800-1000倍的百菌清药液浸泡5-10分钟。

进一步地，泡桐枝条扦插时，株距为10×10cm～20×20cm。更优选地，泡桐扦插时，株距为15×15cm，或扦插种植密度控制在29644株/亩。

进一步地，S3中前三月每月磷酸二氢钾用量为3-4kg/亩，每10-15天喷一次150-200倍的波尔多液；扦插后4～6个月浇水缩短至一周一次，且浇水时间为早上或傍晚；第二年磷酸二氢钾施用量为98％的KH₂PO₄ 500ml/株/月。

进一步地，S3中有机肥包括腐熟有机肥20-30kg/亩和蚯蚓粪10kg/亩；其中腐熟有机肥采用禽畜粪便、园林废弃物、农作物秸秆腐熟后加石灰调pH为7.5后得到。

进一步地，S3中采伐或收割后将泡桐作为刨花板材或锯末板材原料；或者粉碎后用作园艺栽培介质的原料。

进一步地，修复之前，对重金属污染场地进行取样检测，用于修复之后对比，取样时，选取样地中心位置，去除20cm表层土后取出2kg土样，粉碎过60目尼龙筛充分混合均匀；取干样，用干灰化法，盐酸溶解提取，由ICP-MS测定重金属含量。

更进一步地，修复后取样时，与修复前取样位置相同，取样及检测方法相同。

本发明具有以下有益效果：

本发明聚焦重金属污染场地，选择对重金属铜、锌具有一定的富集能力，且生长量较大的速生树种泡桐，泡桐木质部中空，抗污染及吸水能力极强，对Pb,Zn等重金属离子具有非常好的吸附能力，并且适应性强，能够在物理结构差、肥力低、活性弱的土壤中生长。通过对1-2年生苗木枝条的高密度扦插种植，不仅能够进一步的增强其吸附土壤中Pb,Zn重金属的含量，且1-2年生苗木容易通过采伐、收割等方式集中处理，达到逐渐清除土壤中重金属的目的，还能科学利用绿化空间，是一种重金属污染场地生态修复和科学绿化的有效方法。

本发明同时筛选出最佳的扦插密度为株距15cm，行距15cm(29644株/亩)。当扦插种植密度降低时，泡桐吸附铅、锌重金属的能力会大幅减弱，无法起到快速清除土壤重金属的作用；而当扦插密度过高时，土壤中泡桐专一性的病原性真菌与天敌积累率增大，生存环境受到限制，使得泡桐遭受同种负密度依赖(CNDD)的影响更大，年生物量积累量下降，死亡率也大大提升。因此，通过扦插种植密度对比试验，最终确定15×15cm为吸附能力高且植株死亡率最低的扦插种植密度，该扦插种植密度下可最高效率的清除土壤中的Pb、Zn污染。

附图说明

图1是实施例1密植方法中3种泡桐扦插种植模式的示意图。

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，而不应视为限定本发明的范围。

实施例1：老港垃圾填埋场污染土壤Pb、Zn重金属修复案例

1、材料及方法

1.1样地设立及取样方法

在上海市老港垃圾填埋场选取3块样地。样地面积为20m×20m。

选取样地中心位置，去除20cm表层土后取出2kg土样，粉碎过60目尼龙筛充分混合均匀，取适量干样，用干灰化法，盐酸溶解提取，由ICP-MS测定重金属含量；在密植试验完成后，在已取样的3个位置用相同方法再次取样进行测定，对比试验结果。

1.2土壤Pb、Zn含量测定方法

采用单因子指数法和尼梅罗综合污染指数法进行分析评价。

所述的单因子污染指数是指P_i＝C_i/S_i，式中：P_i为单因子污染指数，i为土壤中污染物；C_i代表土壤污染物i的实测值；S_i代表土壤中污染物i的污染起始临界值，单因子污染指数分级标准为：P_i＜1清洁；1≤P_i＜2轻污染；2≤P_i＜3中污染；P_i≥3重污染。

所述的尼梅罗综合指数是指P_综＝[(P_MAX ²+P_AVE ²)/2]^1/2，式中：P_MAX为所有重金属元素污染指数中的最大值；P_AVE为土壤各污染指数的平均值。尼梅罗综合污染指数分级标准为：P_综≤1.0，清洁；1.0＜P_综≤2.0，轻污染；2.0＜P_综≤3.0，中污染；P_综＞3.0，重污染。

用评价模式计算出的综合污染指数，必须进行土壤环境质量分级标准的界定，通过综合污染指数和分级标准对调查区土壤重金属离子污染情况进行系统分析，以确定调查区域的污染程度。土壤质量分级标准见表1。

表1土壤质量分级标准

1.3密植方法

选用300枝生长均匀的1年生无污染泡桐枝条做为供试材料。平均高度为45.3±3.55cm，平均粗度6.55±0.56cm。将300枝泡桐枝条平均分成三组，分别用三种不同的扦插密度种植在样地1、2、3中(图1)。种植密度分别为：10×10cm(66700株/亩)、15×15cm(29644株/亩)、20×20cm(16675株/亩)。其中种植密度＝667÷(行距×株距)。

扦插完成后对泡桐进行养护观察，除种植密度不同外，其余外部条件均相同。扦插1年后收集样地内的土壤进行重金属含量测定，最终判断三种不同扦插种植密度下泡桐对铅、锌重金属的吸附作用。

1.4植物富集Pb、Zn测定及分析方法

取健康试验植株枝条，粉碎过60目尼龙筛充分混合均匀，取适量干样，用干灰化法，盐酸溶解提取，由ICP-MS测定重金属含量。

重金属富集系数BCF(Bioconcentration Factors)是指植物某一部位的元素含量与土壤中相应元素含量之比，是评价植物富集重金属能力的指标之一。

其计算公式为：BCF＝M(某部位)/M(土壤)

重金属转运系数TCF(Tanslocation Factor)是植物地上部和根部重金属含量的比值，可以体现植物从根部向地上部运输重金属的能力。

其计算公式为：TCF＝M(地上部)/M(根)式中：M代表某一重金属含量。

2、实施效果

2.1场地修复前Pb、Zn重金属污染测定

利用单因子污染指数法和尼梅罗综合指数法对土样中重金属含量进行分析：样地1的Pb单因子污染指数为2.44(2<P≤3)，呈现为中度污染污染；Zn单因子污染指数为1.21(1<P≤2)，呈现为轻度污染。样地2的Pb单因子污染指数为1.81(1<P≤2)，呈现为轻度污染；Zn单因子污染指数为0.88(0.7<P≤1)，呈现为警戒值；样地3的Pb单因子污染指数为2.12(2<P≤3)，呈现为中度污染，Zn单因子污染指数为1.38(1<P<2)，呈现为轻度污染(表2)。

从尼梅罗综合指数来看，样地1的P_综为2.15(2<P<3)，说明样地的Pb、Zn重金属离子污染程度为中度复合污染，污染等级为4；样地2的P_综为1.59(1<P≤2)，说明该样地的Pb、Zn重金属离子污染特征为轻度复合污染，污染等级为3；样地3的P_综为2.00(1<P≤2)，说明样地的Pb、Zn重金属离子污染程度为轻度复合污染，污染等级为3。

表2老港垃圾填埋场污染土壤铅、锌复合污染程度

*C：清洁；L：轻污染；M：中污染；H：重污染

2.2场地修复后土壤Pb、Zn重金属污染测定

利用单因子污染指数法和尼梅罗综合指数法对土样中重金属含量进行分析(表3)：1年后样地1的Pb单因子污染指数为2.05(2<P≤3)，呈现为中度污染污染；Zn单因子污染指数为0.99(0.7<P≤1)，呈现为警戒值。样地2的Pb单因子污染指数为1.15(1<P≤2)，呈现为轻度污染污染；Zn单因子污染指数为0.40(P≤0.7)，呈现为安全；样地3的Pb单因子污染指数为1.89(1<P≤2)，呈现为轻度污染，Zn单因子污染指数为0.92(0.7<P≤1)，呈现为警戒值。

从尼梅罗综合指数来看，1年后样地1的P_综为1.80(1<P≤2)，说明样地的Pb、Zn重金属离子污染程度为轻度复合污染，污染等级为3；样地2的P_综为0.98(0.7<P≤1)，说明该样地的Pb、Zn重金属离子污染特征为警戒值，污染等级为2；样地3的P_综为1.67(1<P≤2)，说明样地的Pb、Zn重金属离子污染程度为中度复合污染，污染等级为3。

表3 1年后老港垃圾填埋场污染土壤铅、锌复合污染程度

*C：清洁；L：轻污染；M：中污染；H：重污染

2.3收割植物富集Pb、Zn含量

试验结果表明泡桐对重金属Pb、Zn的累积特点均表现为地下部含量高于地上部含量，且Pb、Zn在不同样地泡桐内的含量顺序是样地1＞样地2＞样地3(表4)，这表明样地1与样地2扦插种植密度下的泡桐吸收Pb、Zn的能力十分接近且远高于样地3扦插种植密度下的泡桐。同时，由于样地2的扦插种植密度高于样地1，因此最终可富集的Pb、Zn重金属的含量最高。这进一步证明在样地2的扦插种植密度下泡桐对Pb、Zn重金属的吸附效果能够达到最佳。

表4 1年后泡桐地上及地下部分铅、锌含量测定结果

3、结论

由单因子污染指数和尼梅罗综合指数的数据结果可得，当泡桐的扦插密度为10×10cm时，土壤中的Pb离子的含量平均值下降了15.98％，Zn离子的含量平均值下降了17.82％，植株死亡7棵，死亡率为14％，吸附Pb、Zn总量排名第2；当泡桐的扦插密度为15×15cm时，土壤中的Pb离子的含量平均值下降了36.30％，Zn离子的含量平均值下降了56.11％，植株死亡3棵，死亡率为6％，吸附Pb、Zn总量排名第1；当泡桐的扦插密度为20×20cm时，土壤中的Pb离子的含量平均值下降了11.13％，Zn离子的含量平均值下降了33.04％，植株死亡2棵，死亡率为4％吸附Pb、Zn总量排名第3。(表5)

表5三种不同扦插种植密度泡桐修复污染土壤铅、锌能力比较

上述结果表明泡桐对铅、锌重金属皆有一定的吸附能力，并且对锌离子的吸附能力更强，因此密植泡桐能够很好的起到土壤重金属修复作用。同时当种植密度为15×15cm时，泡桐对铅、锌重金属的吸附效果达到最佳，修复能力也最强。

实施例2：

比较不同规格的泡桐枝条扦插存活率：

S2、扦插在每年的3月进行，先取泡桐枝条，顶端保留顶芽和1～2片叶，基部用稀释50倍的NAA溶液浸泡3h，再经稀释1000倍的百菌清药液浸泡5分钟消毒处理，后将其插入待修复场地，防止倒插，扦插株距为15cm*15cm；扦插后施三元平衡肥(N:P:K＝15:15:15)20kg/亩；

S3、扦插后的前三个月，每月施用磷酸二氢钾4kg/亩，同时根据需要进行浇水及喷洒消毒液，每隔10～15天喷一次150-200倍的波尔多液；扦插后第4～6个月追有机肥并浇水，浇水为一周一次，浇水时间为早上或傍晚；有机肥具体为腐熟有机肥(禽畜粪便、园林废弃物、农作物秸秆混合物，同时加入石灰提高肥料pH至7.5)30kg/亩及蚯蚓粪10kg/亩，加快植物的生长及其对重金属的吸附；6个月后停止追肥灌水，促使苗木木质化；第二年3～5月每月施用磷酸二氢钾溶液；用量为98％的KH₂PO₄ 500ml/株/月，可稀释至6wt％之后进行地肥浇灌和叶面肥喷施；种植2年后采伐或收割。

所用的泡桐枝条涉及100支平均长度为45cm粗度为7cm的1年生泡桐枝条；100支平均长度为70cm粗度为14cm的2年生泡桐枝条；100支长度为100cm粗度为18cm的3年生泡桐枝条。

实施例3：修复用材料选择1年生泡桐泡桐整苗移栽，其余处理同实施例2。

实施例2和实施例3中扦插及移栽后的泡桐进行统计，具体见下表6。

表6

从上表可知，一年后，扦插种植泡桐枝条的成活率为95％，二年后为92％。100支平均长度为70cm粗度为14cm的2年生泡桐枝条扦插种植一年后平均成活率为88％，二年后为80％。100支平均长度为100cm粗度为18cm的3年生泡桐枝条扦插种植一年后平均成活率为78％。随着生长年份增加，枝条规格变大，泡桐扦插的成活率降低，可塑性也降低。同时一年生泡桐整苗移栽与1年生枝条扦插相比，存活率略低，其随着时间的延长，存活率差距明显。采用泡桐枝条进行扦插，成本更低，且更容易进行运输与养护管理。

1年生泡桐枝条与1年生泡桐幼苗两年后对Pn，Zn的吸附能力最强，随着年份增加枝条吸附重金属的能力不断下降。

对比例：第二年管理时，不追施KH₂PO₄肥，其余同实施例2。分别对实施例2施肥与本对比例不施肥的植株进行对比，具体见表7。

表7

通过KH₂PO₄肥的施加，能够加速植株的生长。

Claims

1.一种重金属污染场地树木密植修复方法，其特征在于，具体修复包括以下步骤：

S2、扦插在2~3月进行，先取泡桐枝条，顶端保留顶芽和1~2片叶，基部用植物激素溶液浸泡，再经消毒处理后将其插入待修复场地，防止倒插，扦插后施氮磷钾复合肥；

S3、扦插后的前三个月，每月施用磷酸二氢钾，同时根据需要进行浇水及喷洒消毒液；扦插后第4~6个月追有机肥并浇水处理，6个月后停止追肥灌水；第二年3~5月每月施用磷酸二氢钾；种植2年后采伐或收割。

2.根据权利要求1所述的重金属污染场地树木密植修复方法，其特征在于：所述的重金属污染为Pb和/或Zn。

3.根据权利要求1所述的重金属污染场地树木密植修复方法，其特征在于：S2中泡桐枝条选择1~2年生苗木枝条，枝条的高度为45.3±3.55cm，粗度为6.55±0.56cm。

4.根据权利要求1所述的重金属污染场地树木密植修复方法，其特征在于：S2中植物激素溶液为稀释50-80倍的NAA或IBA溶液，浸泡时间为3-6h；消毒用稀释800-1000倍的百菌清药液浸泡5-10分钟。

5.根据权利要求1所述的重金属污染场地树木密植修复方法，其特征在于：泡桐枝条扦插时，株距为10×10cm~20×20cm。

6.根据权利要求1所述的重金属污染场地树木密植修复方法，其特征在于：S3中前三月每月磷酸二氢钾用量为3-4kg/亩，每10-15天喷一次150-200倍的波尔多液；扦插后4~6个月浇水缩短至一周一次，且浇水时间为早上或傍晚；第二年磷酸二氢钾施用量为98%的KH₂PO₄500ml/株/月。

7.根据权利要求1所述的重金属污染场地树木密植修复方法，其特征在于：S3中有机肥包括腐熟有机肥20-30kg/亩和蚯蚓粪10 kg/亩；其中腐熟有机肥采用禽畜粪便、园林废弃物、农作物秸秆腐熟后加石灰调pH为7.5后得到。

8.根据权利要求1所述的重金属污染场地树木密植修复方法，其特征在于：S3中采伐或收割后将泡桐作为刨花板材或锯末板材原料；或者粉碎后用作园艺栽培介质的原料。

9.根据权利要求1~8任意一项所述的重金属污染场地树木密植修复方法，其特征在于：修复之前，对重金属污染场地进行取样检测，用于修复之后对比，取样时，选取样地中心位置，去除20cm表层土后取出2kg土样，粉碎过60目尼龙筛充分混合均匀；取干样，用干灰化法，盐酸溶解提取，由ICP-MS测定重金属含量。

10.根据权利要求9所述的重金属污染场地树木密植修复方法，其特征在于：修复后取样时，与修复前取样位置相同，取样及检测方法相同。