專利名稱：一種鎘-多環(huán)芳烴復(fù)合污染菜地土壤修復(fù)與利用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎘-多環(huán)芳烴復(fù)合污染菜地土壤的植物修復(fù)與農(nóng)業(yè)安全利的方法，具體地說是一種利用超富集修復(fù)植物龍葵修復(fù)鎘與多環(huán)芳烴復(fù)合污染菜地土壤的同時(shí)，還可 以生產(chǎn)出鎘低含量的大白菜，即大白菜鎘含量符合國家無公害蔬菜標(biāo)準(zhǔn)。
背景技術(shù)：
根據(jù)1997年我國環(huán)境狀況公報(bào)報(bào)道，我國耕地有1000多萬hm2受到不同程度的 復(fù)污染，其面積約占當(dāng)年耕地面積的7. 34%。2000年對全國30萬hm2的基本農(nóng)田保護(hù)區(qū) 土壤有害重金屬的抽樣調(diào)查表明，重金屬超標(biāo)率達(dá)12. 1% ；23個(gè)省(市區(qū))共發(fā)生農(nóng)業(yè)環(huán) 境污染事故891起，污染農(nóng)田4萬hm2，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2. 2億元，嚴(yán)重制約著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展 并危害人民身心健康，可見，我國農(nóng)田土壤質(zhì)量改善和保證食物安全生產(chǎn)問題已刻不容緩。 然而，綜觀農(nóng)田污染土壤的各種修復(fù)方法，盡管植物修復(fù)展現(xiàn)出美好的前景，但就我國國情 來說，將這些重金屬污染土壤單獨(dú)拿出來進(jìn)行修復(fù)或棄之不用或全部改為它用而不進(jìn)行糧 食生產(chǎn)都是不現(xiàn)實(shí)的。比較好的辦法是在利用超富集植物修復(fù)污染土壤的同時(shí)，采取適當(dāng) 方式種植低積累作物，既能使污染土壤質(zhì)量得到改善，又能確保食物安全，這種對污染土壤 “邊修復(fù)邊生產(chǎn)”技術(shù)無疑更具有實(shí)踐意義，由此產(chǎn)生的生態(tài)效益和社會(huì)效益也是無法估量 的。重金屬、多環(huán)芳烴是目前我國農(nóng)田的主要污染物。我國是蔬菜生產(chǎn)和消費(fèi)大國，面 積達(dá)1800萬公頃。菜地復(fù)種指數(shù)高，農(nóng)藥和肥料投入大，且多數(shù)分布在城郊，受城市工業(yè) 化污染影響大，因此土壤重金屬和有機(jī)復(fù)合污染最為嚴(yán)重。菜地土壤復(fù)合污染使蔬菜質(zhì)量 降低，直接危害消費(fèi)者健康，影響我國蔬菜出口創(chuàng)匯，因此，研發(fā)針對我國菜地土壤復(fù)合污 染的生物修復(fù)技術(shù)和產(chǎn)品對于保障農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)健康運(yùn)行具有重大意 義。鎘和多環(huán)芳烴是我國北方農(nóng)田土壤最主要復(fù)合污染之一，其中沈撫灌區(qū)污染土壤 是典型代表。利用鎘低吸收作物與超富集植物套種(或間作)的形式，對鎘污染農(nóng)田土壤 一方面進(jìn)行安全生產(chǎn)，一方面進(jìn)行污染土壤修復(fù)，既保證了生產(chǎn)的安全，又使得污染土壤得 以修復(fù)，這一邊生產(chǎn)邊修復(fù)的技術(shù)在我國具有廣闊的發(fā)展前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種治理效果好、在治理同時(shí)提高了土地利用率的鎘_多 環(huán)芳烴復(fù)合污染菜地土壤修復(fù)與利用的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為—種鎘-多環(huán)芳烴復(fù)合污染菜地土壤修復(fù)與利用的方法，包括以下步驟，1)春季在被鎘與多環(huán)芳烴復(fù)合污染的菜地土壤上以壟作條播的方式種植鎘超富 集植物龍葵，播種量為每平方米1. 8-2. 2克，行距為48-52米，出苗后待龍葵生長63-67天 開始結(jié)實(shí)時(shí)收獲龍葵；
在收獲前約25-35天于菜地土壤中施加甘氨酸、谷氨酸及半胱氨酸，它們的施加 劑量分別為0. 1-1. Ommol/kg 土壤，施加濃度每kg 土壤是以污染土壤土層表面0_20厘米深 的土層厚度的土壤重量計(jì)量的；施用時(shí)，將甘氨酸、谷氨酸及半胱氨酸粉末與土混合，在小雨來臨前均勻撒施于土 壤表面，或者將甘氨酸、谷氨酸及半胱氨酸與水溶解均勻撒施于土壤表面；待龍葵收獲時(shí)，帶根拔除，將收獲后的龍葵轉(zhuǎn)移至其它地方集中處理或進(jìn)行資源 化加工處理；2)待龍葵收獲后，再種植鎘低積累大白菜，行距和株距分別為48-52厘米，生長 75-85天左右收獲大白菜。收獲的大白菜因符合我國的食品衛(wèi)生要求，可以安全食用因?yàn)榱追蕦︽k具有螯合沉淀作用不利用鎘的提取修復(fù)，所以，春季種植鎘超富集 植物龍葵時(shí)，春季底施以施磷肥為25-35公斤/667米2為宜；所述春季是指4月下旬至5月 上旬，收獲龍葵時(shí)為7月下旬至8月上旬。所述下季種植鎘低積累大白菜時(shí)底施氮、磷、鉀復(fù)合肥25-35公斤/667米2，其中， N，P2O5, K2O比例為2 1 1 ；所述大白菜的商品名為水師營91-12。本發(fā)明利用超富集植物從鎘_多環(huán)芳烴復(fù)合污染土壤中帶走大量的鎘，并同時(shí)使 土壤中的多環(huán)芳烴明顯降解，在修復(fù)污染土壤的同時(shí)，生產(chǎn)符合我國衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的大白菜，使 污染土壤得以安全利用。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例鎘-多環(huán)芳烴復(fù)合污染菜地土壤的邊修復(fù)邊生產(chǎn)大田試驗(yàn)1.試驗(yàn)地點(diǎn)與步驟在沈撫灌區(qū)蔬菜田開展相關(guān)大田試驗(yàn)，全部試驗(yàn)驗(yàn)總面積約1200米2。該地土壤 基本理化性質(zhì)pH6. 7、有機(jī)碳21. 34g/Kg、全氮1. 29g/Kg、全磷0. 58g/Kg、速效氮183. 5Img/ Kg、速效磷2. 85mg/Kg。表層(0-20厘米)鎘含量平均值為0. 75mg/Kg,多環(huán)芳烴總量(美 國環(huán)保署優(yōu)先控制的16種多環(huán)芳烴)平均值為1. 138mg/Kg，與我國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)二 級標(biāo)準(zhǔn)，以及波蘭土壤和作物栽培機(jī)構(gòu)IUNG分級標(biāo)準(zhǔn)相比，屬于鎘和多環(huán)芳烴復(fù)合污染土 壤。2008年4月下旬開始試驗(yàn)，土壤每667米2底施硫酸銨30公斤。4月末播種，播種前 用0. 雙氧水浸種12小時(shí)。在龍葵收獲前約1個(gè)月(6月末)施加低劑量(0. 1-1. Ommol/ kg)的甘氨酸、谷氨酸及半胱氨酸，先以一定量的土與試劑混合，然后均勻撒施于土壤表面。 選在下小雨的前一天施用。待混合氨基酸施用約一個(gè)月后，連根收獲龍葵，同時(shí)測定土壤與 植物樣品，以檢測污染土壤的修復(fù)效果。龍葵收獲后，及時(shí)播種大白菜水師營91-12，行距和 株距分別為50厘米。在種植鎘低積累大白菜時(shí)底施氮、磷、鉀復(fù)合肥30公斤/667米2，其 中，N，P2O5, K2O比例為2 1 1。大白菜正常生長管理，待80天左右收獲大白菜，并采集 土壤及植物樣品進(jìn)行分析測定。采用對角線5點(diǎn)采樣法。2.樣品分析收獲的植物樣品一部分用于地上部重金屬含量的測定，其余部分分根、莖、葉、果4 部分，分別用自來水充分沖洗，然后再用去離子水沖洗，浙去水分，在105°C下殺青30min， 然后在70°C下于烘箱中烘至恒重。烘干后的植物樣品粉碎過篩備用，土壤樣品風(fēng)干后過100目篩備用。植物及土壤樣品均采用HNO3-HClO4法消化(二者體積比為3 1)，原子吸收 分光光度計(jì)法測定Cd的含量，原子吸收分光光度計(jì)為日立180-80，鎘的吸收波長為228. 8。 土壤的有機(jī)質(zhì)含量等基本理化性質(zhì)的測定采用常規(guī)的測定方法。收獲的土壤樣品風(fēng)干后過100目篩，儲(chǔ)藏在-80°C冰箱里備用。土壤PAHs提取方 法參考宋玉芳(1995)及高彥征(2005)。稱取5. Og 土壤樣品于25ml玻璃離心管中，用15ml 的二氯甲烷超聲萃取2h，其間采用換水的方式控制提取溫度40°C以下，以4000r · mirT1離 心分離并吸取上清液在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)近干，再加入1.00ml的環(huán)己烷溶解，準(zhǔn)確吸取 0.5ml過Ig硅膠柱凈化，用Ilml的正己烷-二氯甲烷(體積比為1 1)混合液洗脫。棄 去前Iml洗脫液后開始收集，將收集到的洗脫液于40°C恒溫下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干，再用乙腈溶 解并定容至1ml，過0. 45 μ m有機(jī)相濾膜后上機(jī)測定。PAHs的測定采用熒光_紫外串聯(lián)檢測_高效液相色譜法(饒竹等，2007)。HPLC 為 Waters 1525，熒光檢測器(Multi λ Fluorescence Detector)為 Waters 2475，紫 外檢測器(DualAAbsorbance Detector)為Waters2487，色譜柱為多環(huán)芳烴專用色譜柱 (4. 6 X 250mm, 5um)。分析條件以乙腈/水為流動(dòng)相梯度淋洗36min (0-3min乙腈/水體積 比為60 40 ;3-30min乙腈/水體積比為100 0 ;30_36min乙腈/水體積比為60 40)。流 速1. OOml ^irT1,進(jìn)樣量為20ul，柱溫25°C，16種PAHs的相應(yīng)測定波長參見饒竹等(2007)。 以16PAHs混合標(biāo)樣為外標(biāo)，以保留時(shí)間和峰面積直接對照進(jìn)行PAHs的定性和定量。本方 法對16種PAHs的測定線形較好，相關(guān)系數(shù)r值均大于0. 999，檢出范圍為0. 011-0. 513ng, 對16種PAHs的加標(biāo)回收率除2環(huán)的萘為53. 4%外其余均在75% -110%之間。3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)所獲數(shù)據(jù)用Microsoft Excel和SPSS16. 0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，利用Duncan新復(fù)極差 檢驗(yàn)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(P < 0. 05)。4.結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果表明(表1)，經(jīng)過一季的龍葵和大白菜生長，土壤表層中鎘含量平均為 0. 68mg/kg，鎘的提取修復(fù)率為9. 3%;土壤表層中多環(huán)芳烴總量為0. 805mg/kg,多環(huán)芳烴總 量降解率平均為29. 3%。大白菜體內(nèi)鎘含量平均為0. 03mg/kg干重，符合國家蔬菜衛(wèi)生標(biāo) 準(zhǔn)，可以安全食用。表1大田試驗(yàn)中采樣點(diǎn)鎘與多環(huán)芳烴含量(mg/kg)
權(quán)利要求
一種鎘 多環(huán)芳烴復(fù)合污染菜地土壤修復(fù)與利用的方法，其特征在于包括以下步驟，1)春季在被鎘與多環(huán)芳烴復(fù)合污染的菜地土壤上以壟作條播的方式種植鎘超富集植物龍葵，播種量為每平方米1.8 2.2克，行距為48 52米，出苗后待龍葵生長63 67天開始結(jié)實(shí)時(shí)收獲龍葵；在收獲前約25 35天于菜地土壤中施加甘氨酸、谷氨酸及半胱氨酸，它們的施加劑量分別為0.1 1.0mmol/kg土壤，施加濃度每kg土壤是以污染土壤土層表面0 20厘米深的土層厚度的土壤重量計(jì)量的；施用時(shí)，將甘氨酸、谷氨酸及半胱氨酸粉末與土混合，在小雨來臨前均勻撒施于土壤表面，或者將甘氨酸、谷氨酸及半胱氨酸與水溶解均勻撒施于土壤表面；待龍葵收獲時(shí)，帶根拔除，將收獲后的龍葵轉(zhuǎn)移至其它地方集中處理或進(jìn)行資源化加工處理；2)待龍葵收獲后，再種植鎘低積累大白菜，行距和株距分別為48 52厘米，生長75 85天左右收獲大白菜。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于因?yàn)榱追蕦︽k具有螯合沉淀作用不利用 鎘的提取修復(fù)，所以，春季種植鎘超富集植物龍葵時(shí)，春季底施以施磷肥為25-35公斤/667米2為宜。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述春季是指4月下旬至5月上旬，收獲 龍葵時(shí)為7月下旬至8月上旬。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述下季種植鎘低積累大白菜時(shí)底施氮、 磷、鉀復(fù)合肥25-35公斤/667米2，其中，N，P205，K20比例為2 1 1。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述大白菜的商品名為水師營91-12。
全文摘要
本發(fā)明涉及鎘與多環(huán)芳烴復(fù)合污染菜地土壤的邊修復(fù)邊生產(chǎn)技術(shù)。步驟如下1)春季在被鎘與多環(huán)芳烴復(fù)合污染的菜地土壤上以壟作條播的方式種植鎘超富集植物龍葵，待龍葵生長63-67天開始結(jié)實(shí)時(shí)收獲龍葵，在收獲前約1個(gè)月施加甘氨酸、谷氨酸及半胱氨酸；2)待龍葵收獲后，帶根拔除，再種植鎘低積累大白菜水師營91-12，行距和株距分別為50厘米，生長約80天左右收獲大白菜；上述步驟完成一個(gè)修復(fù)與利用周期。本發(fā)明利用超富集植物從鎘-多環(huán)芳烴復(fù)合污染土壤中帶走大量的鎘，并同時(shí)使土壤中的多環(huán)芳烴明顯降解，在修復(fù)污染土壤的同時(shí)，生產(chǎn)符合我國衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的大白菜，使污染土壤得以安全利用。
文檔編號B09C1/00GK101992208SQ200910013170
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者劉維濤, 周啟星, 楊傳杰, 胡亞虎, 魏樹和 申請人:中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所