本發(fā)明涉及鈾污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種利用木本植物-美國(guó)竹柳3號(hào)修復(fù)鈾污染土壤的方法。
背景技術(shù)：
放射性核素鈾主要通過與土壤中的礦物發(fā)生吸附作用、與土壤中的有機(jī)腐殖質(zhì)發(fā)生絡(luò)合作用以及與土壤中的陰離子發(fā)生沉淀反應(yīng)三種方式進(jìn)入土壤中。鈾污染土壤的來源主要有核試驗(yàn)、核武器制造、核能生產(chǎn)和核事故、放射性同位素的生產(chǎn)和應(yīng)用、含放射性核素化肥的使用、鈾礦開采、鈾礦加工等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球由于鈾礦開采和加工而產(chǎn)生的鈾尾砂、鈾尾渣、鈾廢石、鈾礦化土壤和放射性污染土壤累計(jì)已達(dá)到1000億噸左右。放射性污染土壤中的鈾在生物地球化學(xué)過程的影響下，會(huì)發(fā)生形態(tài)和價(jià)態(tài)的轉(zhuǎn)化成為可溶態(tài)，從而遷移到水體中，并通過食物鏈最終進(jìn)入人體，蓄積于人的肝臟、腎臟和骨骼中，并依劑量大小，會(huì)引起急性或慢性中毒，誘發(fā)多種疾病，甚至引起肝臟損傷，誘發(fā)癌癥，影響到周圍的環(huán)境以及居民的人身安全。隨著國(guó)防和核電事業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)金屬鈾的需求量日益增加，這就要求我們加大鈾資源的開發(fā)力度，因而產(chǎn)生的鈾污染土壤的量也會(huì)隨之增加。因此，對(duì)鈾污染土壤進(jìn)行修復(fù)是亟待研究解決的重大而緊迫的科技問題。
鈾污染土壤的修復(fù)是將土壤中的鈾以轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化和提取的方式減少或降低其在土壤中的濃度，使其達(dá)到環(huán)境安全可允許的水平范圍內(nèi)，從而減少對(duì)周圍環(huán)境的毒性作用。鈾污染土壤的修復(fù)方法主要包括物理方法、化學(xué)方法和生物方法。
鈾污染土壤修復(fù)的物理主要包括客土法、去表土法、深耕翻土法、原位覆蓋法、隔離包埋法、玻璃化法、土壤固化法等；化學(xué)方法主要包括土壤穩(wěn)定化法、電動(dòng)修復(fù)法、土壤淋洗法、電熱法和化學(xué)提取法等。采用傳統(tǒng)的物理和化學(xué)方法在實(shí)際運(yùn)行過程中存在許多不足之處,其共同缺點(diǎn)就是工程量大、能耗高、費(fèi)用高昂、對(duì)環(huán)境有一定的破壞性、工藝流程冗長(zhǎng)、后續(xù)處理煩瑣、有的還需對(duì)二次廢物進(jìn)行再處理等。由于核設(shè)施的運(yùn)行和退役在今后一段時(shí)間內(nèi)將長(zhǎng)期存在，因而，采用傳統(tǒng)的化學(xué)和物理的修復(fù)鈾污染土壤難以適應(yīng)長(zhǎng)期運(yùn)行的需求。
植物修復(fù)是指通過植物對(duì)放射性核素的特殊富集或固定能力來去除土壤中的放射性核素以達(dá)到污染治理與生態(tài)修復(fù)的目的的方法。植物修復(fù)依靠的是植物在自然生長(zhǎng)過程中對(duì)放射性核素的富集或固定作用，不需要耗費(fèi)大量的人力和財(cái)力，無需消耗電力，節(jié)約了能源，對(duì)環(huán)境幾乎沒有破壞性。在放射性核素污染土壤中栽種植物，增加了土壤中有機(jī)質(zhì)的含量，吸附了其他的有害物質(zhì)，加快了生態(tài)循環(huán)，有助于恢復(fù)污染土壤原有的生態(tài)功能，提高土壤的質(zhì)量。栽種的植物不僅美化了視覺環(huán)境，而且吸收了大氣中大量的二氧化碳，減緩了溫室效應(yīng)。植物修復(fù)具有投入少、成本低的優(yōu)點(diǎn)，尤其適合于大面積、低濃度放射性核素污染土壤的修復(fù)。植物修復(fù)技術(shù)作為一種新興的環(huán)境污染治理技術(shù)，已引起國(guó)內(nèi)外環(huán)境專家和政府環(huán)境保護(hù)部門的極大關(guān)注，成為世界各國(guó)鈾污染土壤修復(fù)研究的熱點(diǎn)。植物修復(fù)技術(shù)不僅可以修復(fù)鈾污染土壤，而且還可以在修復(fù)過程中通過資源化再利用而取得一定經(jīng)濟(jì)效益，為鈾污染土壤的長(zhǎng)期性處理提供了一個(gè)很好的解決方法。
鈾污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)是以植物固定和超富集鈾的理論為基礎(chǔ)。目前，篩選出來的鈾富集植物存在生物量小、生長(zhǎng)速度慢、栽種成活率低、對(duì)不良環(huán)境適應(yīng)性差、對(duì)鈾富集量低、品種少、多集中在草本植物等缺點(diǎn)。這就要求我們?nèi)ズY選新的生物量大、生長(zhǎng)速度快、栽種成活率高、對(duì)不良環(huán)境適應(yīng)性好、對(duì)鈾富集量高的木本植物，對(duì)鈾污染土壤進(jìn)行原位植物修復(fù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述情況，本發(fā)明旨在提供一種鈾污染土壤的木本植物修復(fù)方法，該方法具有取材方便、植物成活率高、成本低廉、修復(fù)效率高、處理步驟簡(jiǎn)便、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)小等多重優(yōu)點(diǎn)。
為了達(dá)到上述目的，本專利發(fā)明了一種利用木本植物修復(fù)鈾污染土壤的方法，該方法直接將美國(guó)竹柳3號(hào)枝條扦插于鈾污染土壤中，使其成活、生長(zhǎng)，美國(guó)竹柳3號(hào)在生長(zhǎng)過程中將土壤中的鈾吸收到植物自身體內(nèi)，并轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部分，將地上部分收割并集中處理，減少鈾污染土壤中的鈾。同時(shí)美國(guó)竹柳3號(hào)根部還可固定大量的鈾，減少鈾的遷移和擴(kuò)散。
其具體措施是：
(1)剪取枝條；
(2)扦插枝條到鈾污染土壤中；
(3)生根存活后，成長(zhǎng)一定的時(shí)間；
(4)收割地上部分，進(jìn)行集中處理；
其進(jìn)一步的措施是：
剪取枝條是剪取帶有6節(jié)葉片的美國(guó)竹柳3號(hào)枝條一段，長(zhǎng)約15cm，上面的3節(jié)葉片各保留兩片葉子，下面的3節(jié)葉片從葉柄處剪去；
扦插枝條到鈾污染土壤中是指將剪取的美國(guó)竹柳3號(hào)枝條插入鈾污染土壤中約7cm，保留8cm的枝條在外面；
美國(guó)竹柳3號(hào)枝條扦插到鈾污染土壤中后，每天按時(shí)澆水，成長(zhǎng)100-120天；
美國(guó)竹柳3號(hào)生長(zhǎng)100-120天后，采用機(jī)械或人工收割的方式收割地上部分。集中處理是將收割的地上部分轉(zhuǎn)移到固定地方集中進(jìn)行干燥、粉碎，焚燒、最后進(jìn)行填埋，實(shí)現(xiàn)有效阻控鈾的擴(kuò)散。
本發(fā)明以鈾富集木本植物美國(guó)竹柳3號(hào)為材料，解決了現(xiàn)有的鈾污染土壤造成環(huán)境危害的難題。相比現(xiàn)有的植物修復(fù)技術(shù)，具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)；
(1)選用的木本植物美國(guó)竹柳3號(hào)成活率高、適應(yīng)性強(qiáng)。其根系發(fā)達(dá)，萌芽力強(qiáng)，極易成活，扦插的成活率達(dá)95％以上，且能生長(zhǎng)于水邊和潛水中，對(duì)土壤適應(yīng)性廣。竹柳喜光、耐寒，在零下37℃的低溫和40℃的高溫、從平原到海拔4000米以內(nèi)的高原，都可以正常生長(zhǎng)；
(2)選用的木本植物美國(guó)竹柳3號(hào)生長(zhǎng)快、生物量大。美國(guó)竹柳3號(hào)枝條扦插100天左右即可長(zhǎng)成1.5-2.0m高，四至六年平均胸徑可達(dá)25cm，高度可達(dá)22m，單株材積率可達(dá)0.4m3，每畝可種植500顆，即生長(zhǎng)4-6年，1畝的平均生物量可達(dá)100噸；
(3)選用的木本植物美國(guó)竹柳3號(hào)抗性強(qiáng)?？稍邴}堿地上栽種，具有抗鹽堿、抗旱澇、抗寒、抗病、抗壓、抗彎、抗拉、抗剪等高抗性。并且自身還對(duì)竹柳吐銹病、莖桿潰瘍病等病蟲害有很強(qiáng)的抑制性；
(4)選用的木本植物美國(guó)竹柳3號(hào)可兼作套種。如每畝按500顆栽種，株距和和行距都在1米以上，第二年可正常套種其他修復(fù)鈾污染土壤的草本植物；
(5)選用的木本植物美國(guó)竹柳3號(hào)不會(huì)被牛羊采食，因此鈾不會(huì)通過食物鏈傳遞而增加環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。美國(guó)竹柳3號(hào)直接扦插于鈾污染土壤中，具有操作管理簡(jiǎn)便，可大量減少鈾進(jìn)入地表水和地下水，減阻鈾污染物的擴(kuò)散，修復(fù)效率高，成本低，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)小，并能美化環(huán)境等多重優(yōu)點(diǎn)；
(6)它適用于鈾礦山、鈾水冶廠、鈾廢石場(chǎng)以及鈾尾礦庫(kù)等場(chǎng)所周邊鈾污染土壤的修復(fù)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
ⅰ材料組成
美國(guó)竹柳3號(hào)枝條、鈾污染土壤；
ⅱ材料配置及施用方法
剪取帶有6節(jié)葉片的美國(guó)竹柳3號(hào)枝條一段，長(zhǎng)約15cm，上面的3節(jié)葉片各保留兩片葉子，下面的3節(jié)葉片從葉柄處剪去。然后將剪取的美國(guó)竹柳3號(hào)枝條插入鈾污染土壤中約7cm，保留8cm帶有葉子的枝條在外面。美國(guó)竹柳3號(hào)枝條扦插到鈾污染土壤中后，每天按時(shí)澆水，3天后開始生根，14天后開始長(zhǎng)出新葉，成長(zhǎng)100-120天后，美國(guó)竹柳3號(hào)長(zhǎng)成約1.5-2.0m高的小樹。美國(guó)竹柳3號(hào)生長(zhǎng)100-120天后，采用機(jī)械或人工收割的方式收割地上部分。集中處理，是將收割的地上部分轉(zhuǎn)移到其安全地方集中進(jìn)行干燥、粉碎、焚燒、最后進(jìn)行填埋，實(shí)現(xiàn)對(duì)鈾擴(kuò)散的有效阻控；
ⅲ原理
美國(guó)竹柳3號(hào)，楊柳科柳屬植物。喬木，生長(zhǎng)潛力大。葉狹長(zhǎng)、有鋸齒,托葉早落、互生，少數(shù)對(duì)生。辛荑花序直立，先葉或與葉同時(shí)開放，雄蕊2枚至多數(shù)，花絲分離或部分或全部合生，子房無柄或具柄，為多倍體，樹皮幼時(shí)綠色，光滑。頂端優(yōu)勢(shì)明顯，腋芽萌發(fā)力強(qiáng)，分枝較早，側(cè)枝與主干夾角30～45度。樹冠塔形，分枝均勻該品系樹干通直，樹冠窄，尖削度小，側(cè)枝較細(xì)，深綠色，皮孔很小、光平，易繁殖，成活率高；
喜光喜溫暖濕潤(rùn)氣候，能生長(zhǎng)于水邊和淺水中，垂直生長(zhǎng)從平原到海拔4600米，對(duì)土壤適應(yīng)性廣，且根系發(fā)達(dá)，萌芽力強(qiáng)。在我國(guó)湖南、湖北、安徽、貴州、廣西、廣東、浙江、江蘇、河南、陜西、甘肅、福建、江西等廣大地區(qū)均有分別；
通過大量試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)美國(guó)竹柳3號(hào)可直接生長(zhǎng)在鈾污染土壤中，具有極強(qiáng)的耐鈾性，而且可以把鈾富集到地上部分，從而降低土壤中的鈾含量，實(shí)現(xiàn)對(duì)鈾污染土壤的修復(fù)。
ⅳ具體實(shí)施方式
一種利用木本植物修復(fù)鈾污染土壤的方法，它將美國(guó)竹柳3號(hào)枝條扦插到鈾污染土壤中，使其成活、生長(zhǎng)至收割地上部分并進(jìn)行集中處理的步驟是：
(1)剪取枝條：每年2月，剪取帶有6節(jié)葉片的美國(guó)竹柳3號(hào)枝條一段，長(zhǎng)約15cm，上面的3節(jié)葉片各保留兩片葉子，下面的3節(jié)葉片從葉柄處剪去；
(2)扦插枝條到鈾污染土壤中：將剪取的美國(guó)竹柳3號(hào)枝條插入鈾污染土壤中約7cm，保留8cm帶有葉子的枝條在外面；
(3)生根存活后，成長(zhǎng)一定的時(shí)間：將美國(guó)竹柳3號(hào)枝條扦插到鈾污染土壤中后，每天按時(shí)澆水，3天后開始生根，14天后開始長(zhǎng)出新葉，成長(zhǎng)100-120天后，美國(guó)竹柳3號(hào)長(zhǎng)成高1.5-2.0m的小樹；
(4)收割地上部分，進(jìn)行集中處理：美國(guó)竹柳3號(hào)生長(zhǎng)100-120天后，采用機(jī)械或人工收割的方式收割地上部分。集中處理是將收割的地上部分轉(zhuǎn)移到其安全地方集中進(jìn)行干燥、粉碎、焚燒、最后進(jìn)行填埋，實(shí)現(xiàn)對(duì)鈾擴(kuò)散的有效阻控。
ⅴ實(shí)施例
實(shí)施例1，每年2月份，剪取帶有6節(jié)葉片的美國(guó)竹柳3號(hào)枝條一段，長(zhǎng)約15cm，上面的3節(jié)葉片各保留兩片葉子，下面的3節(jié)葉片從葉柄處剪去。然后將剪取的美國(guó)竹柳3號(hào)枝條插入可溶性鈾含量為2mg/kg的鈾污染土壤中約7cm，保留8cm帶有葉子的枝條在外面。美國(guó)竹柳3號(hào)枝條扦插到鈾污染土壤中后，每天按時(shí)澆水，3天后開始生根，14天后開始長(zhǎng)出新葉。此后精心管理，合理施肥。成長(zhǎng)100天后，美國(guó)竹柳3號(hào)長(zhǎng)成約1.6m高的小樹。隨后采用人工收割的方式收割地上部分，并移到其安全地方集中進(jìn)行干燥、粉碎、焚燒、最后進(jìn)行填埋。經(jīng)分析，一株美國(guó)竹柳3號(hào)莖的鈾含量為14.93mg/kg，質(zhì)量為2.62g；葉的鈾含量為2.52mg/kg，質(zhì)量為1.16g；根的鈾含量為179.49mg/kg，質(zhì)量為0.84g；經(jīng)計(jì)算，每株美國(guó)竹柳3號(hào)可從鈾污染土壤中移除鈾0.041mg，固定可溶性鈾0.151mg，有效阻控了鈾的擴(kuò)散。
實(shí)施例2，每年2月份，剪取帶有6節(jié)葉片的美國(guó)竹柳3號(hào)枝條一段，長(zhǎng)約15cm，上面的3節(jié)葉片各保留兩片葉子，下面的3節(jié)葉片從葉柄處剪去。然后將剪取的美國(guó)竹柳3號(hào)枝條插入可溶性鈾含量為4mg/kg的鈾污染土壤中約7cm，保留8cm帶有葉子的枝條在外面。美國(guó)竹柳3號(hào)枝條扦插到鈾污染土壤中后，每天按時(shí)澆水，3天后開始生根，14天后開始長(zhǎng)出新葉。此后精心管理，合理施肥，成長(zhǎng)120天后，美國(guó)竹柳3號(hào)長(zhǎng)成約1.8m高的小樹。隨后采用人工收割的方式收割地上部分，并移到其安全地方集中進(jìn)行干燥、粉碎、焚燒、最后進(jìn)行填埋。經(jīng)分析，一株美國(guó)竹柳3號(hào)莖的鈾含量為43.34mg/kg，質(zhì)量為2.65g；葉的鈾含量為8.61mg/kg，質(zhì)量為0.92g；根的鈾含量為485.23mg/kg，質(zhì)量為1.43g；經(jīng)計(jì)算，每株美國(guó)竹柳3號(hào)可從鈾污染土壤中移除鈾0.123mg，固定可溶性鈾0.694mg，有效阻控了鈾的擴(kuò)散。
實(shí)施例3，每年2月份，剪取帶有6節(jié)葉片的美國(guó)竹柳3號(hào)枝條一段，長(zhǎng)約15cm，上面的3節(jié)葉片各保留兩片葉子，下面的3節(jié)葉片從葉柄處剪去。然后將剪取的美國(guó)竹柳3號(hào)枝條插入可溶性鈾含量為2mg/kg的鈾污染土壤中約7cm，保留8cm帶有葉子的枝條在外面，同時(shí)在美國(guó)竹柳3號(hào)之間套種博落回。美國(guó)竹柳3號(hào)枝條扦插到鈾污染土壤中后，每天按時(shí)澆水，3天后開始生根，14天后開始長(zhǎng)出新葉。此后精心管理，合理施肥，成長(zhǎng)100天后，美國(guó)竹柳3號(hào)長(zhǎng)成約1.5m高的小樹。隨后，采用人工收割的方式收割地上部分，并移到其安全地方集中進(jìn)行干燥、粉碎、焚燒、最后進(jìn)行填埋。經(jīng)分析，一株美國(guó)竹柳3號(hào)莖的鈾含量為63.60mg/kg，質(zhì)量為2.14g；葉的鈾含量為8.45mg/kg，質(zhì)量為1.14g；根的鈾含量為313.74mg/kg，質(zhì)量為0.76g；經(jīng)計(jì)算，每株美國(guó)竹柳3號(hào)可從鈾污染土壤中移除鈾0.146mg，固定可溶性鈾0.238mg，有效阻控了鈾的擴(kuò)散。
實(shí)施例4，每年2月份，剪取帶有6節(jié)葉片的美國(guó)竹柳3號(hào)枝條一段，長(zhǎng)約15cm，上面的3節(jié)葉片各保留兩片葉子，下面的3節(jié)葉片從葉柄處剪去。然后將剪取的美國(guó)竹柳3號(hào)枝條插入可溶性鈾含量為2mg/kg的鈾污染土壤中約7cm，保留8cm帶有葉子的枝條在外面，同時(shí)在美國(guó)竹柳3號(hào)之間套種向日葵。美國(guó)竹柳3號(hào)枝條扦插到鈾污染土壤中后，每天按時(shí)澆水，3天后開始生根，14天后開始長(zhǎng)出新葉。此后精心管理，合理施肥，成長(zhǎng)100天后，美國(guó)竹柳3號(hào)長(zhǎng)成約1.55m高的小樹。隨后，采用人工收割的方式收割地上部分，并移到其安全地方集中進(jìn)行干燥、粉碎、焚燒、最后進(jìn)行填埋。經(jīng)分析，一株美國(guó)竹柳3號(hào)莖的鈾含量為61.27mg/kg，質(zhì)量為2.16g；葉的鈾含量為28.31mg/kg，質(zhì)量為1.61g；根的鈾含量為385.40mg/kg，質(zhì)量為0.73g；經(jīng)計(jì)算，每株美國(guó)竹柳3號(hào)可從鈾污染土壤中移除鈾0.178mg，固定可溶性鈾0.281mg，有效阻控了鈾的擴(kuò)散。
以上僅僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，根據(jù)本發(fā)明的上述構(gòu)思，本領(lǐng)域的熟練人員還可以對(duì)此作出各種修改和變換。例如，將美國(guó)竹柳3號(hào)扦插在不同鈾濃度的鈾污染土壤中，對(duì)扦插的行距、株距及各種營(yíng)養(yǎng)條件進(jìn)行改良，采用不同的收割方式和時(shí)期，不同的培養(yǎng)和育苗方法，用來修復(fù)不同的放射性核素等等。然而，類似的這種變換和修改均屬于本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。