專利名稱：鎘鋅鉛銅復合污染土壤的植物系統(tǒng)修復方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎘鋅鉛銅復合污染土壤的植物系統(tǒng)修復方法，屬于污染土壤的治理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
我國重金屬污染的土壤面積已達2000萬公頃，占總耕地面積的1/5。從最新的調(diào)查結(jié)果看，我國土壤重金屬污染日趨嚴重，且以復合污染為主。對北京、廣東、遼寧幾個工礦與污灌區(qū)土壤重金屬污染狀況調(diào)查表明，工礦區(qū)與污灌區(qū)的土壤重金屬含量普遍超標，長期施用污泥的土壤鋅含量可達370～470mg/kg，一些污灌區(qū)農(nóng)田土壤中鎘含量高達130mg/kg。我國生產(chǎn)和使用鉛的有關(guān)企業(yè)，空氣中鉛塵和鉛煙超標13-1417倍，大氣中含鉛塵?？梢灾苯咏德涞降孛?，使土壤遭受鉛的污染。一些工業(yè)城市郊區(qū)農(nóng)田土壤鉛含量高于背景值100多倍。礦山的開發(fā)，工業(yè)“三廢”的排放，城市生活垃圾、污泥及含銅農(nóng)藥(如波爾多液)的不合理使用，廄肥的農(nóng)用，造成土壤特別是農(nóng)田土壤中的銅含量急劇增加。重金屬污染的土壤，不僅土壤肥力退化，降低作物產(chǎn)量與品質(zhì)，惡化水環(huán)境，并能通過食物鏈危及人類生命和健康。如人體攝入過量的鋅會引起心跳過快、嘔吐、腹瀉等癥狀，過量鉛會引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷，出現(xiàn)疲憊、頭痛、痙攣、精神障礙等，鎘能引起的腎小管功能障礙和腎小球濾過率下降等等。
目前，較為成熟的且用于土壤重金屬污染修復的物理化學技術(shù)有客土、翻土技術(shù)、淋洗技術(shù)、熱處理技術(shù)、電解技術(shù)、固化技術(shù)。上述物理化學修復技術(shù)，各有其優(yōu)點，但都存在工程量大，費用昂貴，難以展開大規(guī)模污染土壤的改良，同時容易造成二次污染以及導致土壤結(jié)構(gòu)破壞，土壤活性下降和土壤肥力退化等生態(tài)問題。植物修復(phytoremediation)是一種既能實現(xiàn)凈化目標又能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效應(yīng)并具有開發(fā)價值的新技術(shù)，與傳統(tǒng)的物理化學技術(shù)相比，具有技術(shù)和經(jīng)濟上的雙重優(yōu)勢。
普通植物體內(nèi)鎘含量一般不超過1mg kg-1，鉛含量一般不超過5mgkg-1，銅的正常含量為5-20mg/kg，過量重金屬對普通植物有很大的毒性，在鎘、鋅、鉛、銅復合污染土壤上，種植普通植物很難達到從污染土壤中快速清除鎘、鋅、鉛、銅復合污染物目的。東南景天是我國首次發(fā)現(xiàn)的鋅鎘超積累植物，同時對鉛具有很高的富集能力，對土壤中高含量的鎘、鋅、鉛有很強的忍耐、吸收和積累能力，海洲香薷也是我過特有的銅超積累植物，兩種超積累植物的結(jié)合使用在重金屬復合污染土壤修復中具有廣闊的應(yīng)用前景。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種投資少，無二次污染，治理鎘、鋅、鉛、銅復合污染土壤的植物原位修復方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過在被鎘、鋅、鉛、銅復合污染土壤上間作東南景天和海洲香薷，同時結(jié)合相應(yīng)的農(nóng)藝措施進行管理。由東南景天和海洲香薷根系大量吸收鎘、鋅、鉛、銅并向上運輸和轉(zhuǎn)運到地上部，收割地上部并將其轉(zhuǎn)移到其它地方集中處理，則可帶走土壤環(huán)境中的大量鎘、鋅、鉛、銅，從而達到從污染土壤中快速清除鎘、鋅、鉛、銅復合污染物目的。
本發(fā)明提供的鎘鋅鉛銅復合污染土壤的植物系統(tǒng)原位修復方法，步驟如下 1)在被鎘、鋅、鉛、銅復合污染的土壤以間作方式種植東南景天和海洲香薷，施用氮磷鉀肥和有機肥，促進東南景天和海洲香薷的根系生長； 2)定期收割東南景天和海洲香薷，首次收割東南景天為生長3-4個月，以后每生長3個月或生長到30-40cm高度收割一次，收割時地上部留莖2-3cm高；海州香薷生長10個月后收割其地上部，以后每生長到80～100cm高度時收割其地上部； 3)將收割的東南景天和海洲香薷轉(zhuǎn)移到其它地方集中處理或進行資源化加工處理。
東南景天(Sedum alfredii Hance)為多年生草本植物，莖、葉肉質(zhì)狀；根狀莖橫走，葉互生，下部葉常脫落。與一般植物不同，東南景天是一種新的鋅、鎘超積累植物，同時對鉛有很強的富集能力，對土壤中高含量的鎘、鋅、鉛有很強的忍耐、吸收和積累能力。田間條件下，地上部干重可達3219kg/hm2，地上部Zn含量范圍為4134～5000mg/kg，平均值為4515mg/kg，鎘含量范圍在247～381mg/kg，鉛含量為177mg/kg。在土壤鋅、鎘、鉛含量較低的情況下，東南景天體內(nèi)也能富集大量的鋅、鎘、鉛，因此它可以修復重度污染和輕度污染的土壤。通過種植東南景天大量吸收鋅、鎘、鉛，從而達到從污染土壤中快速清除鎘、鋅、鉛污染物目的。
海州香薷是一年生草本植物，莖直立，在野外高達50～150cm。據(jù)估計，海州香薷的干物質(zhì)產(chǎn)量在野外可達4.5t/hm2。海州香薷對銅有極強的耐性，在野外能在含銅量為1645～8950mg/kg土壤環(huán)境中正常生長，其根系和地上部分的銅含量可高達2288mg/kg和304mg/kg，遠高于一般植物(0～30mg/kg)。在Cu污染嚴重的土壤中，海州香薷能通過強大而又密集的根系吸收和富集及忍耐高水平的銅，地上部的銅含量可達0.89～1.42kg/hm2，收獲地上部后可減少土壤中的銅含量。
東南景天和海州香薷可以生長在pH5-8的土壤環(huán)境里，適應(yīng)性廣，在我國大部分地區(qū)都可以用來修復重金屬污染土壤。在堿性土壤條件下，鎘、鋅、鉛、銅的有效性低，影響東南景天對其的吸收，可以施用酸性物質(zhì)降低土壤pH值，提高東南景天對鎘、鋅、鉛、銅的吸收和富集。在實施過程中，還可以結(jié)合農(nóng)藝措施，如使用有機肥，改良土壤理化性質(zhì)，促進動東南景天根系生長，提高生物量，加速東南景天對鎘、鋅、鉛、銅的吸收和和向地上部的轉(zhuǎn)運，提高修復效率。
東南景天為多年生草本植物，第一年移栽后生長比較緩慢，首次收割在生長3-4個月之后，以后每生長3個月收割一次或東南景天生長到30-40cm高度收割一次，收割時地上部留莖2-3cm高。因此在利用東南景天修復鋅鎘污染土壤時，要注意收割的時間和每次莖留高度，以免影響修復和治理的效果。當海州香薷長至10個月后，或視海州香薷高度為80～100cm時，可收割海州香薷地上部，轉(zhuǎn)移到其他地方集中資源化處理，并回收其中的元素，避免造成二次污染。
東南景天無性繁殖(以株芽為主)的速率很快，在較短的生長期內(nèi)即可形成良好的地面覆蓋，其蓋度幾乎可達100％。另一方面，東南景天還具有適于刈割的特點，當其它環(huán)境條件較為適宜時，一年內(nèi)可刈割收獲該植物地上部3～4茬。每年的東南景天對土鑲的鋅清除量將高達180kg/hm2，鎘清除量將高達1.80kg/hm2，鉛清除量1.44 kg/hm2。同時東南景天地上部高達40厘米，適合規(guī)?；C械化操作。
收割的東南景天和海州香薷應(yīng)轉(zhuǎn)移到其它地方集中處理或進行資源化加工處理。并可以回收其中的鎘、鋅、鉛、銅，避免產(chǎn)生二次污染，同時可直接產(chǎn)生經(jīng)濟效益。
與傳統(tǒng)的污染土壤治理方法相比，本發(fā)明通過間作東南景天和海洲香薷修復鎘、鋅、鉛銅復合污染土壤，利用東南景天和海洲香薷對鎘、鋅、鉛、銅的吸收和向地上部的轉(zhuǎn)運，通過收割地上部，達到從土壤環(huán)境中帶走鎘、鋅、鉛、銅污染物目的。同時結(jié)合施用氮磷鉀肥和有機肥的農(nóng)藝措施，改善土壤理化條件，提高鎘、鋅、鉛、銅的生物有效性，促進東南景天和海洲香薷根系的生長，加強對鎘、鋅、鉛、銅的吸收和向地上部的轉(zhuǎn)運，提高修復效率。該方法投資少，工程量小，管理技術(shù)要求不高，不破壞土壤理化性質(zhì)，無二次污染，而且可以保持水土，美化環(huán)境。是一種應(yīng)用范圍廣、投資少、維護成本低、操作簡單的“綠色修復技術(shù)”。本發(fā)明解決了鎘、鋅、鉛、銅復合污染土壤的修復和治理問題，具有良好的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，在鎘、鋅、鉛、銅復合污染土壤修復中具有廣闊的應(yīng)用前景。



圖1為本發(fā)明的實施例1中東南景天的試驗結(jié)果；圖中，a圖為每公頃東南景天的產(chǎn)量，b圖為每公頃鎘的清除量，c圖為每公頃鋅的清除量，d圖為每公頃鉛的清除量； 圖2為本發(fā)明的實施例2中東南景天的試驗結(jié)果；圖中，a圖為每公頃東南景天的產(chǎn)量，b圖為每公頃鎘的清除量，c圖為每公頃鋅的清除量，d圖為每公頃鉛的清除量； 圖3為本發(fā)明的實施例中海洲香薷的試驗結(jié)果，圖中，a圖為每公頃海洲香薷的產(chǎn)量，b圖為每公頃銅的清除量。

具體實施例方式 下面實例將進一步說明本發(fā)明方法的可行性和應(yīng)用效果。
實施例1 在含鋅2001mg/kg、鎘21.15mg/kg、鉛1503mg/kg、銅1435mg/kg復合污染土壤間作東南景天和海洲香薷，施用氮磷鉀肥，生長期間按傳統(tǒng)的農(nóng)作物管理方法進行管理。東南景天在第一次移栽后4個月收獲地上部分，收獲后進行補苗，3個月后進行第二次收獲，海洲香薷在生長10個月后收獲。經(jīng)測定，第一次收獲后，東南景天的干物產(chǎn)量為600kg/hm2，地上部鎘含量為207mg/kg，鋅含量為10587mg/kg，鉛含量為117mg/kg，從土壤中帶走的鎘、鋅、鉛分別為0.12kg/hm2、6.35kg/hm2和0.07kg/hm2(見圖1)，第二次收獲后，東南景天的干物產(chǎn)量為2141kg/hm2，地上部鎘含量為149mg/kg，鋅含量為18761mg/kg，鉛含量為125mg/kg，從土壤中帶走鎘、鋅、鉛分別為0.32kg/hm2、40.0kg/hm2和0.28kg/hm2(見圖1)。兩次收獲后土壤鎘含量由21.15mg/kg變化為20.7mg/kg，相當于土壤中的總鎘減少2.2％，土壤鋅含量由2001mg/kg變化為1978mg/kg，相當于土壤中的總鋅減少1.2％，鉛含量由1503mg/kg變化為1408mg/kg，相當于土壤中的總鉛減少6.3％。以后每生長3個月收割一次或東南景天生長到30-40cm高度收割一次，土壤中的鎘、鋅、鉛含量不斷減少。種植一季后海州香薷地上部生物產(chǎn)量可達9200kg/ha，地上部清除土壤環(huán)境中的銅含量為0.89kg/hm2(圖3)。
實施例2 在含鋅2001mg/kg、鎘21.15mg/kg、鉛1503mg/kg、銅1435mg/kg復合污染土壤間作東南景天和海洲香薷，施用氮磷鉀肥和有機肥，生長期間按傳統(tǒng)的農(nóng)作物管理方法進行管理。東南景天在第一次移栽后4個月收獲地上部分，收獲后進行補苗，3個月后進行第二次收獲，海洲香薷在生長10個月后收獲。經(jīng)測定，第一次收獲后，東南景天的干物產(chǎn)量為1278kg/ha，地上部鎘含量為193.5mg/kg，鋅含量為10000mg/kg，鉛含量為177mg/kg，從土壤中帶走的鎘、鋅、鉛分別為0.24kg/hm2、12.78kg/hm2和0.23kg/hm2(見圖2)，第二次收獲后，東南景天的干物產(chǎn)量為3219kg/ha，地上部鎘含量為180mg/kg，鋅含量為19413mg/kg，鉛含量為139.6mg/kg，從土壤中帶走鎘、鋅、鉛分別為0.58kg/hm2、62.5kg/hm2和0.45kg/hm2(見圖2)。兩次收獲后土壤鎘含量由21.15mg/kg變化為20.48mg/kg，相當于土壤中的總鎘減少3.2％，土壤鋅含量由2001mg/kg變化為1951mg/kg，相當于土壤中的總鋅減少2.5％，鉛含量由1503mg/kg變化為1403mg/kg，相當于土壤中的總鉛減少6.6％。以后每生長3個月收割一次或東南景天生長到30-40cm高度收割一次，土壤中的鎘、鋅、鉛含量不斷減少。種植一季后海州香薷地上部生物產(chǎn)量可達9300kg/hm2，地上部清除土壤環(huán)境中的銅含量為1.44kg/hm2(圖3)。施用有機肥明顯促進了東南景天和海洲香薷的生長，提高了生物量，促進了根系對鎘、鋅、鉛、銅吸收和向地上部的轉(zhuǎn)運，提高修復效率。
權(quán)利要求
1.鎘鋅鉛銅復合污染土壤的植物系統(tǒng)修復方法，其特征是
1)在被鎘、鋅、鉛、銅復合污染的土壤以間作方式種植東南景天和海洲香薷，施用氮磷鉀肥和有機肥，促進東南景天和海洲香薷的根系生長；
2)定期收割東南景天和海洲香薷，首次收割東南景天為生長3-4個月，以后每生長3個月或生長到30-40cm高度收割一次，收割時地上部留莖2-3cm高；海州香薷生長10個月后收割其地上部，以后每生長到80～100cm高度時收割其地上部；
3)將收割的東南景天和海洲香薷轉(zhuǎn)移到其它地方集中處理或進行資源化加工處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及鎘鋅鉛銅復合污染土壤的植物系統(tǒng)修復方法。該方法采用在被鎘、鋅、鉛、銅復合污染的土壤間作東南景天和海洲香薷，通過東南景天根系對鎘、鋅、鉛的吸收，海洲香薷對銅的吸收，并轉(zhuǎn)運到地上部，定期或視東南景天和海洲香薷生長高度收割地上部并將其移走，而從土壤中帶走大量的鎘、鋅、鉛、銅，實現(xiàn)鎘、鋅、鉛、銅復合污染土壤的生物原位修復。該方法經(jīng)濟、簡便、無二次污染，且可以保持水土，美化環(huán)境。
文檔編號B09C1/10GK101116864SQ20071007057
公開日2008年2月6日 申請日期2007年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月28日
發(fā)明者楊肖娥, 李廷強 申請人:浙江大學