利用超富集植物聚合草修復重金屬污染土壤或水體的方法
【專利說明】
[0001]—、技術領域:
本發(fā)明涉及重金屬污染環(huán)境的植物修復技術領域，尤其是涉及一種利用超富集植物聚合草修復重金屬污染土壤或水體的方法。
[0002]二、【背景技術】:
土壤和水體重金屬污染是全球所面臨的重大環(huán)境問題之一。我國作為全球最大的發(fā)展中國家，經(jīng)過30多年的快速發(fā)展，對土壤和水體環(huán)境的污染已相當嚴重。環(huán)境保護部、國土資源部2014年4月17日發(fā)布《全國土壤污染公報》顯示，我國耕地土壤總的超標率為16.1%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點位比例分別為11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。污染類型以無機型為主，有機型次之，復合型污染比重較小，無機污染物超標點位數(shù)占全部超標點位的82.8%。從污染分布情況看，南方土壤污染重于北方;長江三角洲、珠江三角洲、東北老工業(yè)基地等部分區(qū)域土壤污染問題較為突出，西南、中南地區(qū)土壤重金屬超標范圍較大;鎘、汞、砷、鉛4種無機污染物含量分布呈現(xiàn)從西北到東南、從東北到西南方向逐漸升高的態(tài)勢。據(jù)國家環(huán)保部的調(diào)查顯示，我國水體重金屬污染問題也十分突出，江河湖庫底質(zhì)的污染率高達80.1%。因重金屬造成的水體和土壤污染已對我國的生態(tài)環(huán)境、食品安全、人體健康和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展構成了嚴重的威脅。我國礦產(chǎn)以伴生礦居多，在采礦、選礦和冶煉工業(yè)區(qū)周圍排出的含重金屬“三廢”形成的污染，對人體、生物及環(huán)境造成巨大危害。鎘是一種分布廣泛的有毒有害重金屬元素，在生物體內(nèi)極易蓄積，對人類健康造成了極大的威脅。上世紀50年代日本爆發(fā)的“骨痛病”事件就是由于當?shù)厝碎L期食用含鎘大米、魚蝦等引起的。鎘對腎、肺、肝、睪丸、腦、骨骼及血液系統(tǒng)均可產(chǎn)生毒性，而且還有致癌、致畸、致突變作。銅是植物生長所必需的微量元素，但過量的銅卻有著很高的植物毒性。正常土壤中的總銅含量一般為15?40 mg/kg,而有效態(tài)銅(DTPA)則為0.1?10 mg/kg。野外實地研究證實，土壤中總銅含量達到150?400 mg/kg，或者是有效態(tài)銅(DTPA)超過15 mg/kg時，就會對植物產(chǎn)生毒害。土壤和水體中的銅可通過食物鏈進入人體。人體攝入過量的銅會引起一系列病變。人體血清銅含量過高會使血液黏稠度增大，肺動脈血壓升高，加重肺心病，并伴有低氧血癥，銅代謝紊亂可能還與腦血管意外有關。過量銅能明顯降低精子活力，影響精子運動，導致不育。調(diào)查結果表明，不育癥男性精液中的銅含量顯著高于正常生育男性。人體攝入過量的銅最易蓄積在肝臟，肝硬化、肝癌患者的血清銅含量顯著高于正常對照。鉛是環(huán)境中重要的有毒污染物，鉛對人類健康的危害，尤其是兒童健康的危害已引起世界各國學者的廣泛關注。鉛對健康的潛在危害，也日益引起人們的關注，鉛對人體的所有器官都能夠造成損害。具體表現(xiàn)為，影響人的智力發(fā)育和骨骼發(fā)育，造成消化不良和內(nèi)分泌失調(diào)，導致貧血、高血壓和心律失常，破壞腎功能和免疫功能等。人體內(nèi)有極少量鉛的存在，也會對健康造成損害，即使脫離了污染環(huán)境或經(jīng)治療使體內(nèi)血鉛水平明顯下降，受損的器官和組織已不能修復，將伴隨終身。鋅是人體和生物的必需元素，但鋅過量會造成污染，鋅礦開采、冶煉加工、機械制造以及鍍鋅、儀器儀表、有機會合成和造紙等工業(yè)的排放，使土壤和水體受到污染。
[0003]目前治理鎘、銅、鉛及鋅等重金屬污染土壤或水體的方法很多，主要有物理修復技術，化學修復技術，生物修復技術。生物修復技術主要有植物修復技術和微生物修復技術。植物修復技術的關鍵是找到對單一或多種(復合)重金屬具有特殊吸收富集能力的超富集植物。超富集植物也叫超積累植物，這一定義最初是由Books提出的，當時是用來命名莖葉中鎳的含量大于1000 mg/kg的植物?，F(xiàn)在超富集植物的概念已經(jīng)擴大到植物對所有金屬元素的超富集現(xiàn)象，即能超富集一種金屬元素或同時能富集幾種金屬元素的植物，超富集通常指對重金屬的吸收累積量超過一般植物的100倍以上。目前國際上有關衡量超富集植物的標準有三個:一是臨界含量，即植物地上部分(主要指莖或葉)富集的重金屬量是普通植物在同一生長條件下的100倍以上，鎳、砷及鉛的臨界濃度均為1000 mg/kg，鋅的臨界濃度為10000 mg/kg;二是轉移特征，轉運系數(shù)(即植物地上部分重金屬含量與其根部重金屬含量的比值)大于I。三是耐性特征，是指植物對重金屬具有較強的耐性，植物能正常生長。
[0004]三、
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明為了解決上述【背景技術】中的不足之處，提供一種利用超富集植物聚合草修復重金屬污染土壤或水體的方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為:一種利用超富集植物聚合草修復重金屬污染土壤或水體的方法，其特征在于:所述的方法為在含鎘、銅、鉛及鋅污染的土壤或水體中種植聚合草，當聚合草長到成熟時期，將其地上部分或整個植株收割并從污染土壤或水體中移走，再在鎘、銅、鉛及鋅污染土壤或水體中重復上述種植及收割并移走聚合草的過程，直到土壤或水體中鎘、銅、鉛及鋅含量達到環(huán)境質(zhì)量標準。
[0006]在被污染的土壤中種植聚合草是指采用土培方式種植，即采用土壤作為植物生長發(fā)育所需的環(huán)境介質(zhì)，將根莖直接播種或?qū)⒅参镉酌缰苯釉耘嘣谕寥乐校⒃诜N植過程中提供植物正常生長發(fā)育所需光照、溫度、水分條件及其生長發(fā)育所需營養(yǎng)物質(zhì)，保證植物能正常生長發(fā)育;植物所需營養(yǎng)物質(zhì)由土壤環(huán)境所含營養(yǎng)植物提供，或通過人工施肥添加外源營養(yǎng)物質(zhì)的方式提供，氮、磷、鉀營養(yǎng)物質(zhì)的添加量為施用三元復合肥200kg/hm2作為基月巴，苗期追施150 kg/hm2尿素3~4次;植物所需水分由自然降水方式提供，或通過人工灌溉方式提供，水分在50%-80%田間持水量范圍內(nèi)；植物生長發(fā)育所需光照和溫度由室外自然條件提供，溫度在15-35 °(:范圍內(nèi)。
[0007]在被污染的水體中種植聚合草是指可采用水培方式種植，即采用水體作為植物生長發(fā)育所需的環(huán)境介質(zhì)，將植物幼苗直接栽培在水體環(huán)境中，植物通過根部與水體接觸，通過支撐介質(zhì)固定在水體上，并在種植過程中提供植物正常生長發(fā)育所需光照、溫度條件及生長發(fā)育所需營養(yǎng)物質(zhì)，保證植物能正常生長發(fā)育;所述的支撐介質(zhì)為浮床，植物根部通過浮床上鉆的小孔直接與水體接觸;植物所需要營養(yǎng)成分由水體環(huán)境所含植物養(yǎng)分提供，或通過人工施肥添加外源營養(yǎng)物質(zhì)的方式提供，氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)的添加量為施用三元復合肥200kg/hm2作為基肥，苗期追施150 kg/hm2尿素3?4次，植物所需水分由水體自身提供；植物生長所需光照和溫度由室外自然條件提供，溫度在15-35 °C范圍內(nèi)。
[0008]將聚合草種植到植株成熟時期，將其上部分刈割，留茬5?6cm，根據(jù)各地氣溫不同，每年可刈割3~5次，并從污染土壤或水體中移走，直至土壤中鎘、銅、鉛及鋅含量達到環(huán)境質(zhì)量標準。
[0009]所述土壤或水體是指含有鎘、銅、鉛及鋅單一污染或復合污染的土壤或水體。
[0010]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點和效果如下: 1、本發(fā)明所采用的植物聚合草是一種超富集鉛和鋅植物，在我國尚屬首次發(fā)現(xiàn)，在國際上亦未見過相關報道。該植物不僅能對鉛和鋅有超富集能力，而且對鎘和銅的富集能力也很高，是普通植物富集鎘和銅能力的幾十倍以上，可同時用于治理鎘、銅、鉛及鋅污染。該植物對環(huán)境的適應能力強，生長范圍廣，容易種植，為研究鎘、銅、鉛及鋅污染植物修復技術提供了寶貴的植物資源。
2、本發(fā)明所述的超富集植物聚合草具有多年生草本植物特點，可一次播種，多年收獲，同時其生物量很大，年平均生物量(鮮重)達到75?480t/hm2，北方地區(qū)每年刈割3~5次，南方地區(qū)每年刈割6?8次。
[0011]3、本發(fā)明方法具有能同時去除多種污染物、費用低、效果好、可操作性強、不破壞水體或土壤基本結構與功能、不引起二次污染、保持水土、美化環(huán)境等優(yōu)點，可大面積推廣應用。
四、【具體實施方式】:
一種利用超富集植物聚合草修復重金屬污染土壤或水體的方法，在含鎘、銅、鉛及鋅污染的土壤或水體中種植聚合草，利用其自然生長過程中對這幾種重金屬的超富集能力，將土壤或水體中的鎘、銅、鉛及鋅向植物地上部分轉移，當聚合草長到成熟時期，將其地上部分或整個植株收割并從污染土壤或水體中移走，再在鎘、銅、鉛及鋅污染土壤或水體中重復上述種植及收割并移走聚合草的操作過程，直到土壤或水體中鎘、銅、鉛及鋅含量達到環(huán)境質(zhì)量標準，從而達到修復土壤或水體中鎘、銅、鉛及鋅污染的目的。
[0012]所述種植聚合草是指可采用土培方式種植，即采用土壤作為植物生長發(fā)育所需的環(huán)境介質(zhì)，將根莖直接播種或?qū)⒅参镉酌缰苯釉耘嘣谕寥乐?，并在種植過程中提供植物正常生長發(fā)育所需光照、溫度、水分等條件及其生長發(fā)育所需營養(yǎng)物質(zhì)，以保證植物能正常生長發(fā)育;植物所