重金屬鎘污染鈣質(zhì)農(nóng)田土壤的植物提取修復(fù)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種重金屬鎘污染鈣質(zhì)農(nóng)田土壤的植物提取修復(fù)方法，該方法是指首先在重金屬鎘污染鈣質(zhì)農(nóng)田土壤上按照1.5×1.5m的密度種植一年生新疆楊幼苗，構(gòu)建新疆楊人工林體系；然后對所述新疆楊人工林體系按0.25gN/株和0.10gP/株施加底肥，并按常規(guī)方法進(jìn)行栽培；最后，當(dāng)所述新疆楊人工林生長到5年時按照用材目的對其進(jìn)行間伐或者皆伐即可。本發(fā)明可有效增加土壤有機(jī)質(zhì)、提高土壤肥力，十分有利于修復(fù)干旱區(qū)重金屬污染耕地。
【專利說明】重金屬鎘污染鈣質(zhì)農(nóng)田土壤的植物提取修復(fù)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)，尤其涉及重金屬鎘污染鈣質(zhì)農(nóng)田土壤的植 物提取修復(fù)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鎘（Cd)是我國農(nóng)田土壤重金屬污染物中的優(yōu)先污染物，其廣泛分布在我國11個 省份的25個地區(qū)，污染面積達(dá)1. 3萬hm2。其次，Cd目前仍以每年0. 004 mg/kg的速率向 農(nóng)田土壤中輸入。據(jù)估算，在此輸入速率下僅需50年農(nóng)田表層土壤中Cd的含量就會超過 我國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618 - 1995)的二級標(biāo)準(zhǔn)。再有，Cd在土壤中的流動性要遠(yuǎn)大 于Cu、Pb、Zn等重金屬，因而在極低的含量下其也會危害動物和人體健康。
[0003] 綠洲是干旱區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本單元，其面積僅占干旱區(qū)總面積的:Γ5%，但卻養(yǎng) 育了干旱區(qū)90%以上的人口，創(chuàng)造了 95%以上的工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值。我國干旱區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，然 而在礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中礦區(qū)周圍的綠洲農(nóng)田普遍受到了重金屬Cd的污染。另外，污水灌 溉、污泥農(nóng)用以及磷肥的大量施用也導(dǎo)致了干旱區(qū)農(nóng)田普遍受到了 Cd的污染。
[0004] 楊樹是一種重要的生物能源類植物，其是修復(fù)干旱區(qū)重金屬污染土壤的理想植 物。這主要是因?yàn)闂顦渚哂幸韵聨讉€方面的典型特點(diǎn)：⑴楊樹適應(yīng)能力強(qiáng)，抗旱、耐鹽堿，具 有十分重要的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價值，其同時是我國種植面積最大且種數(shù)最多的樹種；⑵楊樹對 Cd的耐性較高，其在Cd污染土壤上能正常生長，同時對Cd具有很高的去除能力；⑶楊樹生 長速度快，采用短輪伐栽培在短期（3飛年)即可形成較大的生物量，在修復(fù)污染土壤的同時 還能夠帶來經(jīng)濟(jì)效益，可保障污染土地修復(fù)的可持續(xù)性。因此，利用楊樹修復(fù)干旱區(qū)重金屬 Cd污染耕地具有重要的科學(xué)價值和現(xiàn)實(shí)意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種增加土壤有機(jī)質(zhì)、提高土壤肥力的重金屬 鎘污染鈣質(zhì)農(nóng)田土壤的植物提取修復(fù)方法。
[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明所述的重金屬鎘污染鈣質(zhì)農(nóng)田土壤的植物提取修復(fù)方 法，其特征在于：該方法是指首先在重金屬鎘污染鈣質(zhì)農(nóng)田土壤上按照1. 5 X 1. 5 m的密度 種植一年生新疆楊幼苗，構(gòu)建新疆楊人工林體系；然后對所述新疆楊人工林體系按0.25 g N/株和0. 10 g P/株施加底肥，并按常規(guī)方法進(jìn)行栽培；最后，當(dāng)所述新疆楊人工林生長到 5年時按照用材目的對其進(jìn)行間伐或者皆伐即可。
[0007] 所述重金屬鎘污染鈣質(zhì)農(nóng)田土壤是指灰鈣土、淡灰鈣土、草甸灰鈣土、鹽化灰鈣土 中的一種，且該土壤鎘含量低于10 mg/kg。
[0008] 所述新疆楊幼苗是指青皮類型的新疆楊幼苗或白皮類型的新疆楊幼苗。
[0009] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1、本發(fā)明所采用的修復(fù)植物是喬木新疆楊，和草本植物相比，其根系分布更深，蒸騰作 用更強(qiáng)。因而，喬木修復(fù)體系更有利于防止由風(fēng)蝕、水蝕、滲濾等誘發(fā)的土壤擴(kuò)散帶來的重 金屬二次污染，可有效增加土壤有機(jī)質(zhì)、提高土壤肥力，十分有利于修復(fù)干旱區(qū)重金屬污染 耕地。
[0010] 2、本發(fā)明所采用的修復(fù)體系屬于原位修復(fù)技術(shù)，環(huán)境擾動小、前期投入低，同時新 疆楊在我國干旱區(qū)有廣泛的種植，其同時兼具生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價值。因而，這種修復(fù)體系在干旱 地區(qū)容易推廣，其在修復(fù)污染土壤的同時還可以為農(nóng)民帶來收益，可保障污染土壤修復(fù)和 利用的可持續(xù)性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0012] 圖1為本發(fā)明人工污染土壤上新疆楊的生物量干重。
[0013] 圖2為本發(fā)明人工污染土壤上新疆楊對Cd的富集特征。
[0014] 圖3為真實(shí)污染土壤上新疆楊的生物量干重。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 重金屬鎘污染鈣質(zhì)農(nóng)田土壤的植物提取修復(fù)方法，該方法是指首先在重金屬鎘污 染鈣質(zhì)農(nóng)田土壤上按照1. 5X1. 5 m的密度種植一年生新疆楊幼苗，構(gòu)建新疆楊人工林體 系；然后對新疆楊人工林體系按0.25 g N/株和0. 10 g P/株施加底肥，并按常規(guī)方法進(jìn)行 栽培；最后，當(dāng)新疆楊人工林生長到5年時按照用材目的對其進(jìn)行間伐或者皆伐即可。 [0016] 其中：重金屬鎘污染鈣質(zhì)農(nóng)田土壤是指灰鈣土、淡灰鈣土、草甸灰鈣土、鹽化灰鈣 土中的一種，且該土壤鎘含量低于10 mg/kg。
[0017] 新疆楊幼苗是指青皮類型的新疆楊幼苗或白皮類型的新疆楊幼苗。
[0018] 應(yīng)用實(shí)例1 試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在蘭州大學(xué)榆中校區(qū)的生物實(shí)驗(yàn)站（104° 0V E， 35° 56' N)。供試清潔土壤采自甘肅省蘭州市和平鎮(zhèn)的旱作農(nóng)田耕作層土壤（(Γ20 cm)。 該區(qū)域無明顯重金屬污染源，其位于我國西北鈣質(zhì)土壤區(qū)，黃土是其成土母質(zhì)。供試土壤質(zhì) 地為沙壤土，pH 7. 50、碳酸鈣72. 04 g/kg、電導(dǎo)率2.22 dS/m、有機(jī)質(zhì)12. 42 g/kg、總磷0.79 g/kg、總氮 0· 92 g/kg、總 Cd 0· 60 mg/kg。
[0019] 采用盆栽實(shí)驗(yàn)，共設(shè)置了6個0(1添加處理，分別為0(0()、5、10、25、50和10〇11^/ kg，每個處理3個重復(fù)。在種植物前，7.5 kg過10 mm篩的土壤（以干重計）按照添加處理 中Cd的濃度分別拌入相應(yīng)量的硝酸鎘溶液，并同時加入0. 25 gN/kg和0. 10 gP/kg作為底 月巴，充分混勻后裝于塑料盆內(nèi)（"=26.5 cm，0 = 22.5 cm)。土壤平衡2個月，期間采用自 來水(重金屬未檢出）補(bǔ)給土壤水分，使其保持在田間持水量的50%左右。土壤平衡后，于4 月份向每個塑料盆中栽種2棵生長一致的一年生新疆楊幼苗，植物生長期間保持土壤水分 在田間持水量的60%左右。10月份，在楊樹未落葉之前收獲植物，將其分為根、樹干和樹葉 3部分分別加以收集和稱重。
[0020] ⑴人工污染土壤上新疆楊對Cd的耐受性： 楊樹不同器官的生物量干重對Cd投加水平的響應(yīng)見圖1。在整個生長期內(nèi)，楊樹地 上部的器官均未表現(xiàn)出肉眼可觀察到的毒性特征。楊樹生物量對Cd投加水平的響應(yīng)表現(xiàn) 為樹葉和地上部(樹干+樹葉）的干重在100 mg/kg的投加水平下是顯著低于對照的0°〈 0.05)，在其它投加水平下則和對照間的差異不顯著0° > 0.05)。而根和樹干的生物量干重 在所有Cd投加水平下都和對照間的差異不顯著Μ > 0.05)。根據(jù)重金屬超富集植物應(yīng)該 具備的耐性特征，新疆楊對鈣質(zhì)農(nóng)田土壤中Cd的耐受性閾值是50 mg/kg。與酸性土壤上 楊樹對Cd的耐受性閾值（20 mg/kg)相比，新疆楊在鈣質(zhì)土壤上對Cd的脅迫具有很高的耐 性。
[0021] ⑵人工污染土壤上新疆楊對Cd的富集特征： 新疆楊對Cd的富集特征是用富集系數(shù)（BCF)和轉(zhuǎn)移系數(shù)（TF)來表征的。如圖2所示， 整體上BCF和TF均是隨著土壤中Cd投加濃度的增大而降低的。具體而言，BCF在土壤中 Cd的含量小于10 mg/kg時是大于1的，對照的BCF為2. 37, Cd的投加濃度為5 mg/kg時 為1. 27,而投加濃度為10 mg/kg時為1. 15。相比之下，TF幾乎在所有的投加濃度下都是 大于1的，除了 Cd的投加濃度為100 mg/kg的處理，其TF值為0. 94。當(dāng)BCF值小于1時， 無論植物地上部的生物量多大，其對重金屬提取修復(fù)的效率都是低下的，因?yàn)檫@將需要更 長的修復(fù)時間來完成。因此，新疆楊有利于Cd含量低于10 mg/kg鈣質(zhì)農(nóng)田土壤的提取修 復(fù)。
[0022] 應(yīng)用實(shí)例2 供試Cd污染鈣質(zhì)農(nóng)田土壤采自甘肅省白銀市東大溝流域的污水灌 溉農(nóng)田耕作層土壤（〇~20 cm)。Cd污染土壤和應(yīng)用實(shí)例1中的清潔土壤都來自于我國西北 鈣質(zhì)土壤區(qū)，黃土是其成土母質(zhì)。供試污染土壤的質(zhì)地為沙壤土，pH 7. 31、碳酸鈣81.03 g/ kg、電導(dǎo)率 1.99 dS/m、有機(jī)質(zhì) 12.30 g/kg、總磷 0.89 g/kg、總氮 0.87 g/kg、總 Cd 80 mg/ kg。
[0023] 采用盆栽實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)地點(diǎn)同應(yīng)用實(shí)例1。采用應(yīng)用實(shí)例1中的清潔土壤稀釋污染 土壤的方法來構(gòu)建Cd污染土壤的濃度梯度。污染土壤和清潔土壤的混合比例為：0:100 (CK)，6.25:93.75 (T1)，12. 5:87.5 (T2)，25:75 (T3)，50:50 (T4)和 100:0 (T5) %，以干 重計，每個處理重復(fù)3次。每盆裝土 7. 5 kg，其余實(shí)驗(yàn)過程和步驟同應(yīng)用實(shí)例1。
[0024] ⑴真實(shí)污染土壤稀釋后的Cd濃度梯度(參見表1): 表1不同處理下污染土壤和清潔土壤的混合比例及混合后的Cd含量

【權(quán)利要求】
1. 重金屬鎘污染鈣質(zhì)農(nóng)田土壤的植物提取修復(fù)方法，其特征在于：該方法是指首先在 重金屬鎘污染鈣質(zhì)農(nóng)田土壤上按照1. 5 X 1. 5 m的密度種植一年生新疆楊幼苗，構(gòu)建新疆楊 人工林體系；然后對所述新疆楊人工林體系按0.25 g N/株和0. 10 g P/株施加底肥，并按 常規(guī)方法進(jìn)行栽培；最后，當(dāng)所述新疆楊人工林生長到5年時按照用材目的對其進(jìn)行間伐 或者皆伐即可。
2. 如權(quán)利要求1所述的重金屬鎘污染鈣質(zhì)農(nóng)田土壤的植物提取修復(fù)方法，其特征在 于：所述重金屬鎘污染鈣質(zhì)農(nóng)田土壤是指灰鈣土、淡灰鈣土、草甸灰鈣土、鹽化灰鈣土中的 一種，且該土壤鎘含量低于10 mg/kg。
3. 如權(quán)利要求1所述的重金屬鎘污染鈣質(zhì)農(nóng)田土壤的植物提取修復(fù)方法，其特征在 于：所述新疆楊幼苗是指青皮類型的新疆楊幼苗或白皮類型的新疆楊幼苗。
【文檔編號】B09C1/00GK104084419SQ201410381136
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】胡亞虎, 蘇潔瓊, 南忠仁, 武文飛, 金誠 申請人:蘭州大學(xué)