專利名稱：利用超富集植物水麻柳修復(fù)鉛污染土壤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污染環(huán)境的植物修復(fù)技術(shù)，特別涉及利用超富集植物修復(fù)被重金屬污染的土壤的方法。
背景技術(shù)：
重金屬污染土壤的途徑通常有以下兩種一是金屬礦開采活動(dòng)造成的環(huán)境污染，污染類型主要有坑口周圍土壤中礦床礦物在水、氣、熱等環(huán)境因素長期作用下而形成的重金屬污染較嚴(yán)重的土壤；采礦廢石堆放過程中因淋濾等原因造成的重金屬污染土壤；含有較高濃度重金屬的礦山含有較高濃度重金屬的礦山廢水對土壤造成的污染等。二是工業(yè)污水灌溉農(nóng)田引發(fā)的重金屬污染土壤。鉛污染土壤的現(xiàn)象在我國部分地方比較普遍，云南省在某些有色金屬礦區(qū)及冶煉廠周邊地區(qū)也尤為嚴(yán)重，典型的如滇東南有色金屬礦區(qū)土壤中鉛平均含量達(dá)500～18096mg/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過GB15618-1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中為保障農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)和植物正常生長的土壤臨界值，臨界值為≤500mg/kg，超標(biāo)率達(dá)60-100％，污染指數(shù)3.47-33.66，土壤鉛污染相當(dāng)嚴(yán)重。又如北衙地區(qū)農(nóng)田耕作土壤中鉛含量為850.7-4790.1mg/kg，超過非鉛土壤均值的127-1388倍。
鉛是一種積累性毒物。土壤中的鉛能被生物吸收而向生物體轉(zhuǎn)移，人則通過食物鏈攝取鉛。鉛能侵犯神經(jīng)系統(tǒng)，易激動(dòng)，血象紅細(xì)胞增多，出現(xiàn)失眠、多夢、記憶減退、疲乏，進(jìn)而發(fā)展為狂躁、失明、神志模糊、昏迷，嚴(yán)重導(dǎo)致腦血管缺氧而死亡。鉛及其化合物會(huì)導(dǎo)致心悸，且具有致癌和致突變作用。
目前，通常用于土壤重金屬污染修復(fù)的技術(shù)有農(nóng)業(yè)生態(tài)措施、工程措施和生物措施。農(nóng)業(yè)生態(tài)措施包括兩方面一是農(nóng)業(yè)生態(tài)調(diào)控，如調(diào)節(jié)土壤PH值，土壤水分、氧化-還原電位(Eh)等；二是農(nóng)藝修復(fù)措施，該種方法的主要機(jī)理為固化土壤中的重金屬，增加土壤對重金屬的吸收能力，對減少重金屬被作物吸收具有一定作用，降低重金屬對人類健康的威脅。但是這種方法無法從根本上防治土壤重金屬污染。
工程措施包括土壤化學(xué)淋洗、電動(dòng)修復(fù)、電熱修復(fù)、改土法、固化技術(shù)等。土壤化學(xué)淋洗是有效處理難揮發(fā)性重金屬污染土壤的有效手段之一，選擇合適的提取劑是該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵，但是無論哪種提取劑都存在回收、二次污染等還未解決或完善的技術(shù)問題；電動(dòng)修復(fù)特別適合于低滲透性的黏土和淤泥土，經(jīng)濟(jì)合理，但是由于土壤系統(tǒng)組分的復(fù)雜性，經(jīng)常出現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相反的現(xiàn)象，如土壤的緩沖性能、組分、離子組成、污染金屬離子的種類等都會(huì)影響電動(dòng)修復(fù)的效果，金屬電極本身容易被腐蝕，也會(huì)造成土壤的二次污染；電熱修復(fù)的不足之處在于土壤有機(jī)質(zhì)和結(jié)構(gòu)水易遭到破壞，驅(qū)趕土壤水分需要消耗大量能量；改土法對小面積土壤污染是行之有效的，但是不適用于大范圍土壤污染治理，且對換出去的土壤依然存在妥善處理，避免二次污染的問題；固化技術(shù)具有一定效果，原位固化重金屬，大大降低成本，但也有一定局限性只是改變了重金屬在土壤中的存在形態(tài)，對土壤長期穩(wěn)定性和對生態(tài)系統(tǒng)的影響不甚了解，目前也缺乏這方面的研究。
生物措施是利用某些特定的動(dòng)、植物和微生物能夠較快地吸走土壤中的重金屬污染而達(dá)到凈化土壤的目的。與物理、化學(xué)處理技術(shù)相比，具有安全、費(fèi)用低廉、效果好等優(yōu)點(diǎn)，被稱為一種新的環(huán)境友好替代技術(shù)。但微生物修復(fù)也面臨一定的難題，一方面微生物生物量小，吸收的金屬量較少；另一方面因其生物量很小而難于進(jìn)行后處理；植物修復(fù)是利用自然生長植物或遺傳工程培育植物修復(fù)金屬污染土壤的技術(shù)總稱。這一技術(shù)核心是綠色植物的超常作用，以太陽能為驅(qū)動(dòng)力，以其潛在的高效、經(jīng)濟(jì)及其生態(tài)協(xié)調(diào)性等優(yōu)勢成為學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。
超積累植物(Hyperaccmulator)也叫超富集植物，是指能超量吸收和積累重金屬的植物，這一定義最初是由Baker和Brooks等提出的。超積累植物應(yīng)同時(shí)具備三個(gè)特征一是植物地上部，如莖或葉，金屬含量是普通植物在同一生長條件下的10-500倍，其臨界含量為1000mg/kg；二是植物地上部分重金屬含量大于根部該種金屬含量；三是植物的生長沒有出現(xiàn)明顯的毒害癥狀。生活在重金屬污染程度較高土壤上地上部生物量沒有顯著減少是超積累植物區(qū)別于普通植物的一個(gè)重要特征，這是超積累植物所具有的區(qū)別于普通植物的超強(qiáng)忍耐性的表現(xiàn)特征之一。而對于普通植物而言，雖有些植物在這種情況下也能生存生長，但其地上部分生物量往往會(huì)明顯降低，通常表現(xiàn)為植株矮小，有的生物學(xué)特性還會(huì)改變，如葉子，花色變色等。由于土壤中鉛的移動(dòng)性較弱，且容易以硫酸鹽或磷酸鹽形式被土壤膠體或植物根際吸附固定，不利于植物吸收。因此，目前有關(guān)植物吸收富集鉛及耐鉛脅迫的研究較少。國外已報(bào)道的鉛超積累植物，有遏藍(lán)菜屬(Thlaspi rotundilolium)、燕麥草(Arrhenatherum elatius)、愛遏藍(lán)菜(Thlaspi caerulescens)等約14種。國內(nèi)報(bào)道了土荊介(Chenopodiumambrosioides)、綠葉莧菜(Amaranthus tricolor)、紫穗槐(Sophora japonica)和羽葉鬼針草(Bidens maximowicziana)等4種鉛超積累植物。另外，東南景天(S.alfredii)和酸膜(Rumex acetosa)等植物對土壤中的鉛也有一定的吸收富集作用。但已發(fā)現(xiàn)的鉛超累積植物大多生物量較小，生長緩慢，極大地限制了它們在修復(fù)鉛污染土壤方面的實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種費(fèi)用低廉，可操作性強(qiáng)，不破壞土壤理化性質(zhì)，不引起二次污染，對修復(fù)鉛污染土壤有良好效果的利用超富集植物修復(fù)鉛污染土壤的方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的方法如下本發(fā)明所述的利用超富集植物水麻柳修復(fù)鉛污染土壤的方法，其方法是在含污染物鉛的土壤上種植水麻柳，種植前在土壤中施入基肥，當(dāng)植物長到花開期或成熟期時(shí)，將植物地上部分收割并從污染土壤上移走，通過水麻柳的根系吸收污染土壤中的鉛，并將鉛轉(zhuǎn)移至水麻柳的地上部器官，再移走植物地上部分從而實(shí)現(xiàn)除去土壤中污染物鉛的目的。
所述的利用超富集植物水麻柳修復(fù)鉛污染土壤的方法，水麻柳的種植方法為扦插。
所述的利用超富集植物水麻柳修復(fù)鉛污染土壤的方法，水麻柳的種植方法為播種。在播種前，用50-60℃溫水浸種半小時(shí)，晾干后播種，播期3月至4月。
所述的利用超富集植物水麻柳修復(fù)鉛污染土壤的方法，在含污染物鉛的土壤上種植水麻柳之前，在土壤中施入農(nóng)家肥作基肥，施用量根據(jù)土壤肥力的不同，一般控制在6000-15000kg/hm2。在不具備施有機(jī)肥的地方可用普鈣代替，施用量為150-500kg/hm2，一次性施入。在水麻柳生長過程中用進(jìn)行追肥，追肥為尿素，其用量為200-300kg/hm2，使地上面部分的水麻柳植物量增加，從而提高對污染土壤中鉛的提取率。
所述的利用鉛富集植物修復(fù)鉛污染土壤的方法，所述在含污染物鉛的土壤上種植水麻柳，待開花期或成熟期時(shí)可收割，再種植第二茬，重復(fù)上述過程，直至徹底除去土壤中超標(biāo)的鉛。
所述的利用鉛富集植物修復(fù)鉛污染土壤的方法，收割后可以用焚燒發(fā)電、回收金屬、堆肥、壓縮填埋中的一種方法進(jìn)行處理。
水麻柳Debregeasia edulis auct.non.(Sieb.et Zucc.)Wedd.)，灌木，高1.5-4米；小枝有貼生或近貼生的短毛。葉片紙質(zhì)，長圓狀披針形或線狀披針形，先端漸尖，基部圓形或?qū)捫ㄐ?，邊緣有?xì)鋸齒或細(xì)牙齒，上面疏生短糙毛，常有不規(guī)則的泡狀隆起，下面密被白色、灰白色或藍(lán)灰色氈毛，托葉披針形，背面有短柔毛。雌雄異株；花序生于去年生枝條和老枝葉腋，長1-1.5厘米，總梗短或無。果序球形，直徑3-7毫米；花期3-4月，果期5-7月。除滇西及西南外全省各地均產(chǎn)，生于海拔600-3600米的溪谷蔭濕處；多分布于400-1600米海拔的山間林緣和溪澗道邊，喜濕耐陰，但適應(yīng)性較強(qiáng)，在向陽山坡上也有分布，甚至于在干燥的石灰?guī)r土壤上也能生長。再生能力強(qiáng)，枝條易生不定根，分枝、壓條、扦插成活率較高，一年生硬枝扦插成活率在73％。貴州、四川、甘肅南部、陜西南部、湖北、湖南、廣西和臺(tái)灣均有生長，亦見于日本。莖皮纖維可代麻用和作人造棉原料；果可食用和釀酒；葉作飼料；根、葉可入藥，有清熱解毒、利濕、止瀉和止血之效。
只有能夠大量吸收并富集鉛的植物才能被用于修復(fù)鉛污染的土壤，因此，在超積累植物品種的篩選過程中，植物體內(nèi)的鉛含量是最關(guān)鍵的指標(biāo)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，水麻柳體內(nèi)鉛含量最高達(dá)2000-4000mg/kg，對鉛具有較強(qiáng)的吸收富集能力，且由根部向地上部轉(zhuǎn)移鉛的能力也較強(qiáng)，植物地上部分重金屬含量大于根部該種金屬含量，且水麻柳的生物量沒有減少，生長沒有出現(xiàn)明顯的毒害癥狀，在受鉛污染環(huán)境中較為常見，生長狀況較好，具有廣泛的適應(yīng)性。
在鶴慶北衙地區(qū)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，據(jù)資料非鉛異常土壤中鉛含量為2-100mg/kg，平均10mg/kg；受鉛污染的農(nóng)田耕作土壤中鉛含量為850.7-4790.1mg/kg，超過非鉛異常土壤鉛含量均值的84-478倍；污染源下風(fēng)向山地土壤中鉛含量高達(dá)4157.3-6810mg/kg，受到嚴(yán)重污染。檢測該地區(qū)受鉛污染的作物，主要糧食水稻和玉米鉛含量最高達(dá)17.5mg/kg和16.1mg/kg，青菜和蒜苗為160.5mg/kg和120.3mg/kg，而水麻柳的鉛含量高達(dá)1903.11mg/kg。水麻柳體內(nèi)富集的鉛是同一受污染地區(qū)在同種生長條件下其它作物最高含鉛量的12-118倍，是同一地區(qū)非鉛異常土壤作物鉛含量的380-950倍，非鉛異常土壤作物含鉛僅為2-5mg/kg，體現(xiàn)出水麻柳在受到鉛嚴(yán)重污染土壤的超富集作用；同時(shí)非鉛異常的水麻柳體內(nèi)鉛含量一般為5-10mg/kg，而在受鉛污染土壤上生長的短萼灰葉發(fā)揮出其對鉛超富集的能力，體內(nèi)鉛含量達(dá)到原來的200倍左右。
本發(fā)明通過鉛富集植物水麻柳吸收提取土壤中的鉛，永久性地解決土壤污染問題，修復(fù)鉛污染土壤，具有能耗較低、費(fèi)用低廉，可操作性強(qiáng)，不破壞環(huán)境理化性質(zhì)，不引起二次污染，能大大減少運(yùn)行費(fèi)用，可以大面積在污染土壤上使用。實(shí)驗(yàn)證明水麻柳是一種超富集植物，本發(fā)明利用水麻柳對鉛金屬的超富集提取作用，通過在鉛污染土壤上種植這種超積累植物，能夠在穩(wěn)定污染土壤，減少土壤風(fēng)蝕，水蝕及不引起地下水二次污染的同時(shí)，使污染土壤得到修復(fù)，可以永久性地解決土壤鉛污染的問題，對環(huán)境擾動(dòng)小，是可靠的、環(huán)境相對安全的技術(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，既不破壞污染現(xiàn)場土壤結(jié)構(gòu)，對土壤及種植條件要求不高，具有廣泛性和可操作性，又大大降低了修復(fù)費(fèi)用。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1某鉛污染土壤中的鉛含量平均值為800mg/kg。在該土壤中施入6000kg/hm2的農(nóng)家肥作為基肥，于3月將水麻柳種子用50℃溫水浸半小時(shí)后播種到該土壤中，任其自然生長，花開期后，收割其地上部，經(jīng)分析測定，地上部中鉛含量為1400mg/kg，土壤中的鉛含量平均值由原來的800mg/kg降低到700mg/kg，相當(dāng)于使土壤中的鉛含量減少了12.5％，收割物送廢物填埋場安全填埋。
實(shí)施例2某鉛污染土壤中的鉛含量平均值為800mg/kg。在該土壤事施入15000kg/hm2的農(nóng)家肥作為基肥，于4月將水麻柳種子用60℃溫水浸半小時(shí)后播種到該土壤中，在水麻柳生長過程中用尿素進(jìn)行追肥，施用量為200kg/hm2，任其自然生長，長至結(jié)果期后，收割其地上部。經(jīng)分析測定，地上部中鉛含量為1850mg/kg，土壤中的鉛含量平均值由原來的800mg/kg降低到620mg/kg，相當(dāng)于使土壤中的鉛含量減少了22.5％。收割后可以用焚燒發(fā)電。
實(shí)施例3某鉛污染土壤中的鉛含量平均值為800mg/kg。在該土壤中施入10000kg/hm2的農(nóng)家肥作為基肥，于3月將水麻柳種子用50℃溫水浸半小時(shí)后播種到該土壤中，任其自然生長，花開期后，收割其地上部，經(jīng)分析測定，地上部中鉛含量為1400mg/kg，土壤中的鉛含量平均值由原來的800mg/kg降低到700mg/kg，相當(dāng)于使土壤中的鉛含量減少了12.5％，收割后進(jìn)行回收金屬處理。
實(shí)施例4某鉛污染土壤中的鉛含量平均值為800mg/kg。在該土壤中施入200kg/hm2的普鈣作為基肥，于3月將水麻柳種子用50℃溫水浸半小時(shí)后播種到該土壤中，任其自然生長，花開期后，收割其地上部，經(jīng)分析測定，地上部中鉛含量為1400mg/kg，土壤中的鉛含量平均值由原來的800mg/kg降低到700mg/kg，相當(dāng)于使土壤中的鉛含量減少了12.5％，收割后可以用焚燒發(fā)電、回收金屬、堆肥、壓縮填埋中的一種方法進(jìn)行處理。
實(shí)施例5某鉛污染土壤中的鉛含量平均值為800mg/kg。在該土壤中施入500kg/hm2的普鈣作為基肥，于3月將水麻柳種子用50℃溫水浸半小時(shí)后播種到該土壤中，任其自然生長，花開期后，收割其地上部，經(jīng)分析測定，地上部中鉛含量為1400mg/kg，土壤中的鉛含量平均值由原來的800mg/kg降低到700mg/kg，相當(dāng)于使土壤中的鉛含量減少了12.5％，收割后可以用焚燒發(fā)電、回收金屬、堆肥、壓縮填埋中的一種方法進(jìn)行處理。
實(shí)施例6某鉛污染土壤中的鉛含量平均值為800mg/kg。在該土壤中施入200kg/hm2的普鈣作為基肥，于4月將水麻柳種子用60℃溫水浸半小時(shí)后播種到該土壤中，在水麻柳生長過程中用尿素進(jìn)行追肥，施用量為300kg/hm2，任其自然生長，長至結(jié)果期后，收割其地上部。經(jīng)分析測定，地上部中鉛含量為1850mg/kg，土壤中的鉛含量平均值由原來的800mg/kg降低到620mg/kg，相當(dāng)于使土壤中的鉛含量減少了22.5％。收割物送廢物填埋場安全填埋。
實(shí)施例7某鉛污染土壤中的鉛含量平均值為800mg/kg。按實(shí)施例1的方法種植水麻柳，水麻柳種植第二茬花開期后，收割其地上部分。經(jīng)分析測定，地上部中鉛含量為2200mg/kg，地上部對土壤中的鉛的吸收富集量隨其生長期增長而增多，土壤中的鉛含量有不斷恢復(fù)正常土壤中的鉛含量水平(＜100mg/kg)的趨勢，從而比較經(jīng)濟(jì)有效地達(dá)到了消除土壤中鉛污染的目的。
實(shí)施例8某鉛污染土壤中的鉛含量平均值為800mg/kg。在該土壤中施入6000kg/hm2的農(nóng)家肥作為基肥，將水麻柳硬枝扦插到該土壤中，任其自然生長，花開期后，收割其地上部，經(jīng)分析測定，地上部中鉛含量為1400mg/kg，土壤中的鉛含量平均值由原來的800mg/kg降低到700mg/kg，相當(dāng)于使土壤中的鉛含量減少了12.5％，收割物送廢物填埋場安全填埋。
權(quán)利要求
1.一種利用超富集植物水麻柳修復(fù)鉛污染土壤的方法，其特征在于其方法是在含污染物鉛的土壤上種植水麻柳，種植前在土壤中施入基肥，當(dāng)植物長到花開期或成熟期時(shí)，將植物地上部分收割并從污染土壤上移走。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超富集植物水麻柳修復(fù)鉛污染土壤的方法，其特征在于所述的水麻柳的種植方法為扦插。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超富集植物水麻柳修復(fù)鉛污染土壤的方法，其特征在于所述的水麻柳的種植方法為播種。
4根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用超富集植物水麻柳修復(fù)鉛污染土壤的方法，其特征在于在播種前，用50-60℃溫水浸種半小時(shí)，晾干后播種，播期3月至4月。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超富集植物水麻柳修復(fù)鉛污染土壤的方法，其特征在于種植前在土壤中施入農(nóng)家肥作基肥，施用量在6000-15000kg/hm2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超富集植物水麻柳修復(fù)鉛污染土壤的方法，其特征在于種植前在土壤中施入普鈣作基肥，施用量為150-500kg/hm2，一次性施入。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超富集植物水麻柳修復(fù)鉛污染土壤的方法，其特征在于在水麻柳生長過程中用尿素追肥，其用量為200-300kg/hm2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超富集植物水麻柳修復(fù)鉛污染土壤的方法，其特征在于在含污染物鉛的土壤上種植水麻柳，待開花期或成熟期時(shí)收割，再種植第二茬。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超富集植物水麻柳修復(fù)鉛污染土壤的方法，其特征在于在植物收割后可以用焚燒發(fā)電、回收金屬、堆肥、壓縮填埋中的一種方法進(jìn)行處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及污染環(huán)境的植物修復(fù)技術(shù)，特別涉及利用超富集植物修復(fù)被重金屬污染的土壤的方法。本發(fā)明是在含污染物鉛的土壤上種植水麻柳，通過水麻柳的根系吸收污染土壤中的鉛，并將鉛轉(zhuǎn)移至莖和葉等地上部器官，當(dāng)植物長到花開期或成熟期時(shí)，將植物地上部分從污染土壤上移走。本發(fā)明通過水麻柳吸收提取土壤中的鉛，永久性地解決土壤污染問題，修復(fù)鉛污染土壤，具有能耗較低、費(fèi)用低廉，可操作性強(qiáng)，不破壞環(huán)境理化性質(zhì)，不引起二次污染，能大大減少運(yùn)行費(fèi)用，既不破壞污染現(xiàn)場土壤結(jié)構(gòu)，又大大降低了修復(fù)費(fèi)用，可以大面積在污染土壤上使用。
文檔編號(hào)B09C1/10GK1903459SQ200610011088
公開日2007年1月31日 申請日期2006年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月31日
發(fā)明者劉曉海, 高云濤, 賀彬, 王志蕓, 寧平, 曾向東, 王偉, 陳同斌, 廖曉勇, 董琨, 文斌 申請人:云南省環(huán)境科學(xué)研究院