CN1640565B - 重金属污染土壤的植物修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重金属污染土壤的植物修复方法。该方法是在重金属污染土壤中种植玉米，在收获前施用添加剂乙二胺四乙酸或其钠盐或其钾盐(EDTA)、氨三乙酸或其钠盐或其钾盐(NTA)和柠檬酸或其钠盐或其钾盐(CA)中的至少两种，收获玉米地上部从而达到治理污染土壤的目的。该方法具有修复效率高、费用低、可操作性强、环境风险小等特点。

Description

重金属污染土壤的植物修复方法
技术领域
本发明属于污染环境植物修复技术领域，具体涉及一种向多金属复合污染土壤中施用添加剂来提高植物修复效率的方法。
背景技术
日益严重的土壤重金属污染是亟待解决的世界性环境问题之一。我国目前受重金属污染的耕地面积近2000万hm2，约占总耕地面积的1/5，每年因重金属污染造成的损失超过1000亿元。鉴于传统的重金属污染土壤的修复技术如固化、填埋、淋洗等存在费用高昂、破坏土壤结构及肥力和造成二次污染等诸多缺点，近年来兴起的植物修复技术以其过程简单、成本低廉、环境友好和不存在安全隐患等特点受到了人们越来越多的关注。植物修复的基本原理是利用植物(特别是超积累植物)吸收土壤中的污染物并将其转移到地上部分，通过收获植物达到去除土壤中污染物的目的。植物修复中所用的超积累植物在污染土壤修复方面虽然有很好的应用前景，但目前发现的超积累植物大多生长缓慢，植株矮小，生物量小，这为实际应用带来了很大困难。鉴于此，人们开始探索利用化学试剂来诱导高生物量的普通植物进行污染土壤的修复即螯合诱导植物提取。这些植物包括印度芥菜、白菜、玉米、向日葵、豌豆等，化学试剂主要为人工合成络合剂如EDTA及有机酸如柠檬酸等。
目前，在螯合诱导植物提取研究中，存在以下几方面问题：(1)大多数重金属污染土壤属于多金属复合污染土壤，因而筛选出生物量大且能富集多种重金属的植物品种成为关键；(2)大多数络合剂虽能显著提高植物体内的重金属的含量，但多数植物在高浓度重金属的毒害下生物量也会降低，因此如何保证既提高植物修复效率又能降低植物毒性尤其重要；(3)应用最多的络合剂如EDTA在环境中较难被微生物降解，易对生态环境特别是地下水造成污染。因此，寻找生物降解性适度的络合剂或其组合也是必须要考虑的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种经济适用的重金属污染土壤的植物修复的方法。该方法具有修复效率高、费用低、可操作性强且对地下水的污染小等特点。
为达上述目的，本发明的重金属污染土壤的植物修复方法是：在重金属污染土壤中种植玉米，在收获前施用添加剂乙二胺四乙酸或其钠盐或其钾盐(EDTA)、氨三乙酸或其钠盐或其钾盐(NTA)和柠檬酸或其钠盐或其钾盐(CA)中的至少两种。
作为一种优选方案，所述添加剂为EDTA和NTA的混合物，两者摩尔比为EDTA∶NTA＝1∶1～5，最佳摩尔比为EDTA∶NTA＝1∶2；添加剂施用量为2.5～10mmol/kg土。
作为又一种优选方案，所述添加剂为EDTA、NTA和CA的混合物，三者摩尔比为EDTA∶NTA∶CA＝1∶1～2∶2～10，最佳摩尔比为EDTA∶NTA∶CA＝1∶2∶4；添加剂施用量为2.5～10mmol/kg土。
所述玉米品种选用广东省农业科学研究院研制的超甜38号，修复效率最高。
所述添加剂在收获前5到15天内分多次施用，效果更佳。
本发明的方法尤其适用于对pH为4～10，Cu、Zn、Cd和Pb总量分别不超过1000mg/kg，2000mg/kg，5mg/kg和500mg/kg的重金属污染土壤进行修复。
为了有效控制本修复方法对地下水的环境风险，施用添加剂后可进行淋溶试验，淋洗液为与土壤pH值相同的水，淋洗量为37.5-75ml/天·kg土，玉米收获前按一定时间间隔收集渗滤液，测定渗滤液中总有机碳含量(TOC)。
与已有技术和方法相比，本发明的优点如下：所选用的玉米品种生物量大，对多种重金属有较高的富集能力；络合剂组合添加剂能显著提高植物修复效率，有很好的应用价值；
分批次施用添加剂既降低植物毒性，提高植物修复效率，又能显著降低其对地下水的环境风险。
具体实施方式
以下结合具体实施例来对本发明作进一步说明。
实施例1：
选用玉米品种是广东农业科学研究院研制的超甜38号，供试土壤取自广东大宝山矿污水灌溉稻田土壤，土壤pH为4.62，Cu、Zn、Cd和Pb总量分别为561、1135、2.45和429mg/kg。每盆土重4kg(干重)，基肥施用量分别为(以每千克土干重计)：200mgN、100mgP2O5和100mgK2O，平衡两周。所用化学试剂EDTA、NTA和CA均为分析纯。
玉米种子育苗后取生长一致的幼苗移栽到供试土壤中，每盆一株。收获前15天向土壤一次性喷施添加剂。15天后收获，测定植株地上部生物量及其重金属浓度并计算其累积量。添加剂施用量为2.5～10mmol/kg土：①空白对照(Control)；②EDTA(EDTA)；③NTA(NTA)；④CA(CA)；⑤EDTA∶NTA＝1∶2(EDTA+NTA)；⑥EDTA∶NTA∶CA＝1∶2∶4(EDTA+NTA+CA)。每个实验重复三次，求平均值，其结果如表1所示。
表1  不同添加剂对玉米地上部吸收重金属的影响
Figure S05132683X20050302D000031
续表1
本实施例表明施用添加剂显著增加了玉米对重金属的吸收和积累，尤以络合剂组合添加剂EDTA+NTA+CA效果最好，与空白对照相比较，Cu在植株地上部的浓度和累积量增加倍数分别为4.80倍和4.52倍；Zn在植株地上部的浓度和累积量增加倍数分别为4.33倍和4.09倍；Cd在植株地上部的浓度和累积量增加倍数分别为2.14倍和2.02倍；Pb在植株地上部的浓度和累积量增加倍数分别为2.32倍和2.19倍；
实施例2：
基本实施条件同实施例1，不同之处是添加剂分5次施用，收获前15天开始喷施，每隔一天施用1次，实验三次重复，并以相应添加剂一次性施用结果作为对照比较修复效率，结果如表2。
表2  不同施用方式对玉米地上部吸收重金属的影响
Figure S05132683X20050302D000041
续表2
Figure S05132683X20050302D000042
本实施例表明，分批次施用添加剂能降低植物毒性，增加玉米地上部生物量，从而显著提高植物修复效率。与一次性施加方式比较，Cu、Zn、Cd和Pb的修复效率分别提高15％～52％、14％～55％、14％～48％和8％～35％。其中络合剂组合添加剂EDTA+NTA+CA在分批次施用添加剂时的Cu、Zn、Cd和Pb累积量分别达8.12mg/pot、32.44mg/pot、0.08mg/pot和1.33mg/pot，分别比一次性施用添加剂的修复效率提高18％、14％、17％和18％。
实施例3：
土壤pH调节为4，Cu和Zn总量分别为1000mg/kg和2000mg/kg。添加剂施用量为2.5～10mmol/kg土：①空白对照(Control)；②EDTA(EDTA)；③NTA(NTA)；④CA(CA)；⑤EDTA∶NTA＝1∶1(EDTA+NTA)；(⑥EDTA∶NTA∶CA＝1∶2∶10(EDTA+NTA+CA)。其余条件同实施例2。
其结果如表3所示。
表3  玉米地上部吸收重金属Cu、Zn效率
在本实施例条件下，络合剂组合添加剂EDTA+NTA+CA处理中Cu和Zn在玉米地上部的浓度分别达567.71mg/kg和1658.49mg/kg。与空白对照比较，Cu和Zn的修复效率增加倍数分别为6.86倍和4.50倍。
实施例4：
土壤pH调节为10，Cu和Zn总量分别为1000mg/kg和2000mg/kg。添加剂施用量为2.5～10mmol/kg土：①空白对照(Control)；②EDTA(EDTA)；③NTA(NTA)；④CA(CA)；⑤EDTA∶NTA＝1∶1(EDTA+NTA)；⑥EDTA∶NTA∶CA＝1∶1∶2(EDTA+NTA+CA)。其余条件同实施例2。其结果如表4所示。
表4  玉米地上部吸收重金属Cu、Zn效率
Figure S05132683X20050302D000052
在本实施例条件下，组合添加剂EDTA+NTA和EDTA+NTA+CA植物修复效率同样最佳。与空白对照比较，Cu和Zn的修复效率最大提高倍数分别为6.39倍和5.45倍。
实施例5：
在淋溶量和土壤理化性质一定的条件下，土壤渗滤液中总有机碳(TOC)含量可以间接反映土壤中络合剂的浓度及其生物降解性，浓度越高，则其环境风险越大，反之则越小。在实施例2的基础上，施用添加剂后进行淋溶试验，淋洗液为与土壤pH值相同的水，淋洗量为37.5～75ml/天·kg土，收集添加剂施用后第1天和的14天的渗滤液，测定TOC含量，结果如表5所示。
附表5  不同添加剂处理下土壤渗滤液中TOC含量
本实施例说明，络合剂组合添加剂EDTA+NTA和EDTA+NTA+CA有适中的生物降解性，其环境风险比单独施用EDTA要小得多，并且分批次施用添加剂能显著降低植物修复的环境风险。以EDTA+NTA+CA为例，分批次施加添加剂第14天渗滤液中TOC为88.80mg/L，仅为一次性单独施用EDTA的9.92％。

Claims (8)

1.一种重金属污染土壤的植物修复方法，其特征在于：在重金属污染土壤中种植玉米，在收获前施用添加剂乙二胺四乙酸或其钠盐或其钾盐(EDTA)、氨三乙酸或其钠盐或其钾盐(NTA)和柠檬酸或其钠盐或其钾盐(CA)中的至少两种；
所述玉米品种为广东省农业科学研究院研制的超甜38号；
所述重金属土壤的pH为4～10，Cu、Zn、Cd和Pb总量分别不超过1000mg/kg，2000mg/kg，5mg/kg和500mg/kg。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述添加剂为EDTA和NTA的混合物，两者摩尔比为EDTA∶NTA＝1∶1～5；添加剂施用量为2.5～10mmol/kg土。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述添加剂中EDTA和NTA的摩尔比为EDTA∶NTA＝1∶2。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述添加剂为EDTA、NTA和CA的混合物，三者摩尔比为EDTA∶NTA∶CA＝1∶1～2∶2～10；添加剂施用量为2.5～10mmol/kg土。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述添加剂中EDTA、NTA、CA的摩尔比为EDTA∶NTA∶CA＝1∶2∶4。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于：所述添加剂在收获前5到15天分多次施用。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述添加剂分5次施用，每隔一天施用1次。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于：施用添加剂后进行淋溶试验，淋洗液为与土壤pH值相同的水，淋洗量为37.5-75ml/天·kg土，玉米收获前按一定时间间隔收集渗滤液，测定渗滤液中总有机碳含量(TOC)。
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