專利名稱：利用圓錐南芥治理土壤和水體鉛、鋅、鎘污染的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用圓錐南芥(Arabis Paniculata)修復(fù)土壤和水體鉛、鋅、鎘單一或復(fù)合污染方法。
背景技術(shù)：
土壤和水體毒性重金屬(鉛、鋅、鎘等)污染引起了一個(gè)主要的環(huán)境和人類健康問題。我國(guó)有著豐富的鉛、鋅、鎘礦產(chǎn)資源，由于富含鉛、鋅、鎘礦體的自然風(fēng)化和相應(yīng)的露天開采、冶煉等礦業(yè)活動(dòng)，以及大量施用化肥、農(nóng)藥等化工產(chǎn)品，導(dǎo)致了我國(guó)大面積的土壤和水體鉛、鋅、鎘等重金屬污染，礦山及冶煉廠周邊地帶尤為嚴(yán)重。過量暴露的鉛、鋅、鎘直接威脅人居環(huán)境及食品安全，通過飲水和食品，大量攝入的上述三種金屬，具致癌致畸致突變以及干擾激素內(nèi)分泌等作用，危及居民健康和家畜安全。
當(dāng)前，可供治理土壤或水體重金屬污染的方法主要理化修復(fù)法和生物修復(fù)法理化法有客土(換土)法、沉淀法、淋洗法、電化法、磁化法。這些物理或化學(xué)方法各有其優(yōu)點(diǎn)，但一般都存在花費(fèi)高、工程量較大、易造成二次污染等問題。
生物法有微生物和植物修復(fù)方法，微生物生物修復(fù)的局部成功僅局限于一些有機(jī)污染物的降解，在處理金屬污染物，特別是在土壤中并非有效。植物修復(fù)(phytoremediation)是一種新興的重金屬污染原位(in situ)綠色修復(fù)技術(shù)，作為其核心技術(shù)之一的植物提取技術(shù)(phytoextraction)，已發(fā)展成為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用熱點(diǎn)，并引起政府、學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的高度重視。
從當(dāng)前國(guó)內(nèi)外植物提取技術(shù)研究與實(shí)踐進(jìn)展來看，尚存在并需解決以下問題(1)可供選擇的能富集重金屬鉛、鋅和鎘的植物品種較少，特別是能同時(shí)富集兩種以上金屬的植物極少；(2)被推薦優(yōu)先使用的超富集植物(hyperaccumulator)，普遍生物量偏低，重金屬的總體去除效率較低，同時(shí)還存在異地氣候適應(yīng)等問題；(3)污染土壤中重金屬生物有效性(bioavailability)有待提高；(4)從應(yīng)用來看，發(fā)達(dá)國(guó)家的植物修復(fù)技術(shù)部分已投入實(shí)際應(yīng)用，并獲得了較好的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，而我國(guó)尚處于起步階段，相關(guān)技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室或中試階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用圓錐南芥(Arabis Paniculata)修復(fù)土壤或水體鉛、鋅、鎘污染的方法。
本發(fā)明通過種植圓錐南芥，持續(xù)提取并活化土壤或水體中的鉛、鋅、鎘，同時(shí)向上轉(zhuǎn)運(yùn)到達(dá)地上部，待地上部形成一定的生物量，定期收割地上部，保留地下部，則可進(jìn)行持續(xù)提取，持續(xù)轉(zhuǎn)移土壤或水體中大量的鉛、鋅、鎘，從而經(jīng)過一定的提取周期清除土壤或水體鉛、鋅、鎘污染。
本發(fā)明的方法的具體步驟包括(1)選用自然生長(zhǎng)在我國(guó)云南省蘭坪縣金頂鉛鋅礦區(qū)的圓錐南芥(ArabisPaniculata)，采集其種子進(jìn)行常規(guī)育苗；用種子育苗時(shí)，種子萌發(fā)及幼苗培育的條件一般為將圓錐南芥種子浸于Hoagland營(yíng)養(yǎng)液中吸脹2-3小時(shí)，放置暗處發(fā)芽3-5天后，在溫室正常土壤中育苗，空氣相對(duì)濕度50-60％，溫度22-25℃；(2)控制土壤或水體pH于5～7之間；可視生長(zhǎng)介質(zhì)實(shí)際酸堿度，通過施用酸性或堿性肥料(或石灰)加以調(diào)節(jié)；(3)將生長(zhǎng)至3～5cm(或生長(zhǎng)4～5周)的由種子培育的上述圓錐南芥幼苗，移栽入已按前述要求調(diào)節(jié)pH的鉛、鋅、鎘單一或復(fù)合污染的土壤或水體中；對(duì)圓錐南芥在水體生長(zhǎng)支撐的處理為將圓錐南芥植入浮床，根部通過浮床上鉆制的小孔直接與污染水體接觸，生長(zhǎng)前期加海綿或脫脂棉于小孔中穩(wěn)固植株；(4)定期收割地上部，土壤中一年兩次，水體中一年三次，或當(dāng)圓錐南芥長(zhǎng)到20-30cm高度時(shí)收割一次；收割地上部時(shí)留茬3～5cm；讓圓錐南芥持續(xù)生長(zhǎng)，持續(xù)收割圓錐南芥地上部，直到土壤或水體鉛、鋅、鎘達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)。收割的圓錐南芥地上部可進(jìn)行統(tǒng)一處理，如在垃圾填埋區(qū)安全填埋或焚燒。
本發(fā)明所用的鉛、鋅和鎘超富集植物圓錐南芥(Arabis Paniculata)，為十字花科南芥屬植物，在我國(guó)云南省蘭坪縣金頂鉛鋅礦區(qū)自然生長(zhǎng)，常年可采集到，其種子也較易發(fā)芽繁殖。
自然條件下其多金屬富集特征如下圓錐南芥地上部鉛、鋅、鎘的平均含量分別為2484，20749和457mg/kg(干重，下同)，地下部鉛、鋅、鎘的平均含量分別為1578，18149，452mg/kg.地上部含量均大于地下部，富集指標(biāo)達(dá)到超富集水平。
本發(fā)明具以下突出效果1.本發(fā)明所選用的圓錐南芥，可超富集重金屬鉛、鋅和鎘，應(yīng)用于植物修復(fù)污染土壤或水體中的鉛、鋅和鎘，成本低，對(duì)環(huán)境友好，修復(fù)效率高，潛在經(jīng)濟(jì)效益可觀；2.本發(fā)明所選用的圓錐南芥，具有易繁殖、能同時(shí)耐受并富集多種重金屬(主要為鉛、鋅、鎘)、抗病蟲害、多年生長(zhǎng)等特點(diǎn)，適合于污染土壤或水體的鉛、鋅、鎘植物提??；3.按照本發(fā)明方法的持續(xù)提取模式，簡(jiǎn)化了修復(fù)土壤或水體鉛、鋅、鎘污染的程序，適合于推廣應(yīng)用；4.本發(fā)明建立的修復(fù)模式系綠色原位修復(fù)，所收獲的地上部進(jìn)行集中安全填埋或焚燒，不會(huì)造成二次污染，同時(shí)修復(fù)進(jìn)程不會(huì)破壞土壤或水體生態(tài)環(huán)境，并有助于改善土壤因重金屬污染而引起的土壤退化和生產(chǎn)力下降，恢復(fù)并提高土壤生物多樣性，對(duì)水體的修復(fù)可明顯改善水質(zhì)。
具體實(shí)施例方式
以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1土壤修復(fù)圓錐南芥種子，于Hoagland營(yíng)養(yǎng)液中吸脹3小時(shí)，放置暗處4天發(fā)芽后，于溫室正常土壤中培育，空氣相對(duì)濕度60％，溫度25℃。待圓錐南芥幼苗生長(zhǎng)至3～5cm，移栽入重金屬污染土壤，土壤重金屬本底含量鉛＞500mg/kg，鋅＞1000mg/kg，鎘＞10mg/kg，施石灰調(diào)節(jié)pH至6～7，行距15cm，株距10cm。生長(zhǎng)6個(gè)月收獲地上部，留茬4～5cm。第一次收獲的圓錐南芥，測(cè)定地上部干重中各重金屬含量為Pb＞100mg/kg，鋅＞3000mg/kg，鎘＞100mg/kg；圓錐南芥持續(xù)生長(zhǎng)、持續(xù)提取土壤鉛、鋅、鎘，持續(xù)收割圓錐南芥地上部，土壤中的鉛、鋅、鎘含量不斷減少，直到污染土壤鉛、鋅、鎘含量減少到正常土壤水平，土壤鉛、鋅、鎘污染消除。
實(shí)施例2水體修復(fù)野外移栽的幼苗于溫室正常土壤中培育，空氣相對(duì)濕度60％，溫度25℃，待幼苗生長(zhǎng)至3～5cm，移栽入設(shè)置于重金屬污染水體的浮床，根部通過在浮床上鉆制的小孔，直接與污染水體接觸，生長(zhǎng)前期加海綿于小孔中穩(wěn)固植株；水體重金屬本底含量鉛＞20mg/L，鋅＞100mg/L，鎘＞10mg/L，加石灰調(diào)節(jié)pH至6～7；行距15cm，株距15cm。生長(zhǎng)四個(gè)月收獲地上部，留茬3～4cm。經(jīng)測(cè)定，收獲的圓錐南芥地上部干重中各重金屬含量鉛＞2000mg/kg，鋅＞5000mg/kg，鎘＞100mg/kg；圓錐南芥持續(xù)提取鉛、鋅、鎘，持續(xù)收割其地上部，水體中的鉛、鋅、鎘含量不斷減少，直到污染水體中的鉛、鋅、鎘含量減少到正常水體水平，水體鉛、鋅、鎘污染消除。
權(quán)利要求
1.一種利用圓錐南芥修復(fù)土壤或水體鉛、鋅、鎘污染的方法，其特征是該方法的步驟包括(1)選用自然生長(zhǎng)在我國(guó)云南省蘭坪縣金頂鉛鋅礦區(qū)的圓錐南芥，采集其種子進(jìn)行常規(guī)育苗；(2)控制土壤或水體pH于5～7之間；(3)將生長(zhǎng)至3～5cm或生長(zhǎng)4～5周的由種子培育的圓錐南芥幼苗，移栽入已按步驟(2)要求調(diào)節(jié)pH的鉛、鋅、鎘單一或復(fù)合污染的土壤或水體中；對(duì)圓錐南芥在水體中生長(zhǎng)的支撐處理為將圓錐南芥植入浮床，根部通過浮床上鉆制的小孔直接與污染水體接觸，生長(zhǎng)前期加海綿或脫脂棉于小孔中穩(wěn)固植株；(4)定期收割地上部，土壤中一年兩次，水體中一年三次，或當(dāng)圓錐南芥長(zhǎng)到20-30cm高度時(shí)收割一次；收割地上部時(shí)留茬3～5cm；讓圓錐南芥持續(xù)生長(zhǎng)，持續(xù)收割圓錐南芥地上部，直到土壤或水體鉛、鋅、鎘達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是步驟(1)中用種子育苗時(shí)，種子萌發(fā)及幼苗溫室培育條件為將圓錐南芥種子于Hoagland營(yíng)養(yǎng)液中吸脹2-3小時(shí)，放置暗處發(fā)芽3-5天后，在溫室正常土壤中育苗，空氣相對(duì)濕度50-60％，溫度22-25℃。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是步驟(2)中通過施用酸性或堿性肥料或石灰調(diào)節(jié)土壤或水體的pH。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用多金屬超富集植物圓錐南芥(Arabis Paniculata)修復(fù)土壤和水體鉛、鋅、鎘單一或復(fù)合污染方法。本方法主要利用鉛、鋅、鎘多金屬超富集植物圓錐南芥，富集污染土壤或水體中的鉛、鋅、鎘，同時(shí)向上轉(zhuǎn)運(yùn)到達(dá)地上部，待圓錐南芥地上部形成一定的生物量，定期收割地上部(土壤中一年收割兩次，水體中一年收割三次，或當(dāng)圓錐南芥長(zhǎng)到20－30cm高度時(shí)收割一次)，保留地下部，收割地上部時(shí)留茬3～5cm，則可進(jìn)行持續(xù)提取。本發(fā)明建立了一種持續(xù)提取模式，可持續(xù)轉(zhuǎn)移污染土壤或水體中大量的鉛、鋅、鎘，直到土壤或水體中的鉛、鋅、鎘含量達(dá)環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號(hào)B09C1/10GK1623933SQ20041005210
公開日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2004年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月9日
發(fā)明者仇榮亮, 湯葉濤, 曾曉雯, 方曉航, 杜鎖軍 申請(qǐng)人:中山大學(xué)