專利名稱：：一種聯(lián)合強(qiáng)化修復(fù)鎘污染土壤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明^及重金屬污染土壤的植物修復(fù)，具體的說是一種利用聯(lián)合強(qiáng)化措施修復(fù)鎘污染土壤的方法。
背景技術(shù)：
：我國土壤環(huán)境中的鎘污染主要來源于工礦企業(yè)排放的廢水、廢氣和廢渣，以及污水灌溉、污泥農(nóng)用等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)。據(jù)2001年農(nóng)業(yè)部對(duì)全國24個(gè)省巿320個(gè)重點(diǎn)污染區(qū)548萬ha農(nóng)田進(jìn)行的調(diào)查表明，全國污染區(qū)大田類產(chǎn)品中污染物超標(biāo)面積占污染區(qū)農(nóng)田總面積的20。/。，而Cd污染農(nóng)產(chǎn)品超標(biāo)面積達(dá)27.86萬ha[文獻(xiàn)1:中國社會(huì)科學(xué)院環(huán)境與發(fā)展研究中心.中國環(huán)境與發(fā)展評(píng)論第l卷[M].北京社會(huì)科學(xué)文獻(xiàn)出版社，2001:32.]。據(jù)報(bào)道，江西大余礦區(qū)、沈陽巿張士灌區(qū)、上海的沙川灌區(qū)等都是典型的重金屬Cd污染區(qū)，嚴(yán)重污染面積(生產(chǎn)出糧食的Cd含量超過食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)數(shù)倍甚至數(shù)十倍)占10%以上[文獻(xiàn)2:徐愛春，陳益泰.鎘污染土壤根際環(huán)境的調(diào)節(jié)與植物修復(fù)研究進(jìn)展.中國土壤與肥料，2007,(2)，1-6.]。由此可見，我國土壤鎘污染不僅面積大，而且污染程度較重，嚴(yán)重威脅到我國的食品和生態(tài)安全，已成為一個(gè)亟需解決的環(huán)境問題。目前，可用于修復(fù)土壤重金屬污染的技術(shù)很多，但成本廉價(jià)的方法卻并不多見。近年來出現(xiàn)的植物修復(fù)(phytoremediation)技術(shù)，作為一種原位綠色修復(fù)技術(shù)，具有費(fèi)用低廉、不破壞環(huán)境、易于為人們所接受等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用熱點(diǎn)，并引起學(xué)術(shù)界、政府和企業(yè)界的高度重視。將觀賞植物應(yīng)用于污染土壤修復(fù)方面的研究剛剛興起，它不但能夠在進(jìn)行治理污染同時(shí)美化環(huán)境，一舉兩得；而且觀賞植物一般不會(huì)進(jìn)入食物鏈，可減少對(duì)人體健康的危害。由于很多待修復(fù)土壤中目標(biāo)重金屬活性較低，而已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的超富集植物大多生長(zhǎng)緩慢，生物量小，而生長(zhǎng)迅速、生物量大的富集植物一般很難吸收富集高濃度的重金屬，給實(shí)際修復(fù)帶來了很多困難。鑒于此，人們探索利用螯合強(qiáng)化技術(shù)，即在土壤中添加螯合劑來活化土壤中的重金屬，提高其生物有效性，促進(jìn)植物吸收重金屬，來提高植物修復(fù)的效率。目前螯合強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)已經(jīng)成為植物修復(fù)領(lǐng)域研究最多的方向之一，取得了很大的進(jìn)展。然而，螯合強(qiáng)化技術(shù)也存在著不少問題(l)螯合劑及其與重金屬形成的螯合物一般具有較強(qiáng)的植物毒性，嚴(yán)重抑制植物生長(zhǎng)，降低生物產(chǎn)量，影響修復(fù)效果；(2)螯合劑活化重金屬后，其螯合物不易降解，會(huì)引起嚴(yán)重的重金屬滲濾現(xiàn)象，造成對(duì)地表水和地下水等環(huán)境的二次污染；3(3)目前使用的螯合劑大多是非專一性的，在活化重金屬同時(shí)也使一些微量營養(yǎng)元素的淋失量增加，導(dǎo)致土壤肥力下降；(4)螯合劑一般價(jià)格較高，其大量使用必然會(huì)增加植物修復(fù)的成本。如何既保證強(qiáng)化修復(fù)的效果，又能減少對(duì)植物的毒害，降低修復(fù)成本，減輕環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，是螯合強(qiáng)化技術(shù)現(xiàn)階段急需解決的問題。作為一種生理酸性肥料，銨態(tài)氮肥不僅可以通過酸化根際環(huán)境活化土壤中的重金屬，促進(jìn)植物吸收，還能促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高其生物產(chǎn)量，因此常被用于強(qiáng)化重金屬污染的植物修復(fù)。如果能夠?qū)@態(tài)氮肥引入螯合強(qiáng)化技術(shù)體系中，一方面通過氮肥的酸化作用來提高螯合劑活化重金屬、促進(jìn)植物吸收的效率，另一方面通過氮肥的增產(chǎn)作用來緩解螯合劑對(duì)植物的毒害，這樣就可以在保證較高修復(fù)效率的前提下，減少螯合劑用量，以降低修復(fù)成本，減輕環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。因此基于銨態(tài)氮肥和螯合劑的聯(lián)合強(qiáng)化技術(shù)是完全可行的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種高效、經(jīng)濟(jì)、安全的聯(lián)合強(qiáng)化修復(fù)鎘污染土壤的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容為在待修復(fù)土壤中施入銨態(tài)氮肥，然后種植具有很強(qiáng)鎘富集能力的花丼孔雀草，待孔雀草生長(zhǎng)至開花或成熟期時(shí)，在土壤中添加螯合劑，再生長(zhǎng)10-15天后將植物整體移除，從而達(dá)到修復(fù)鎘污染土壤的目的，其中螯合劑的添加量為每千克土壤中1.0-2.0mmol,銨態(tài)氮肥施用量為每千克土壤中0.94-1.88g。同時(shí)可根據(jù)土壤中肥力狀況施用適量促進(jìn)植物生長(zhǎng)的磷鉀肥。所述銨態(tài)氮肥為硫酸銨((NH4)2S04)，螯合劑為乙二醇雙四乙酸(EGTA)。所述種植孔雀草是指將高5-8cm或含4片展開真葉的孔雀草幼苗移載到鎘污染土壤中。在鎘污染土壤中種植的孔雀草采用室外栽培，定期澆水，使土壤含水量保持在田間持水量的60-80%。在鎘污染土壤上釆用復(fù)種的方式種植孔雀草，即在第一茬長(zhǎng)到開花或成熟期時(shí)，將植物整體從污染土壤上移出，再種植第二茬，重復(fù)上述過程，直至土壤中的鎘含量達(dá)到環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明在螯合強(qiáng)化修復(fù)的基礎(chǔ)上，配合肥料強(qiáng)化措施，既保證了較高的修復(fù)效率，又降低了修復(fù)成本和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；(2)本發(fā)明選用的孔雀草對(duì)鎘的耐性和富集能力強(qiáng)，栽培管理非常容易，且生長(zhǎng)速度快，具有很好的觀賞價(jià)值，在修復(fù)鎘污染土壤的同時(shí)，可以起到美化環(huán)境的作用，具有良好的環(huán)境效益；(3)本發(fā)明釆用植物原位強(qiáng)化修復(fù)鎘污染土壤的措施，與傳統(tǒng)的污染土壤治理方法相比，具有投資少、工程量小、技術(shù)要求不高等優(yōu)點(diǎn)。圖1為實(shí)施例2中在不同處理下對(duì)孔雀草地上部生物量的檢測(cè)圖。圖2為實(shí)施例2中在不同處理下對(duì)孔雀草地上部鎘含量的檢測(cè)圖。圖3為實(shí)施例2中在不同處理下對(duì)孔雀草地上部鎘提取量和提取效率的示意圖。具體實(shí)施方式實(shí)施例1常見的銨態(tài)氮肥有硫酸銨、氯化銨等，為了挑選一種合適的氮肥用于聯(lián)合強(qiáng)化修復(fù)，進(jìn)行了本實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)在中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所的網(wǎng)室內(nèi)，該場(chǎng)地在沈陽巿中心，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地周圍沒有污染源，是重金屬未污染區(qū)。盆栽試驗(yàn)土壤為釆自沈陽巿張士灌區(qū)的鎘污染土壤，土壤類型為草甸棕壤，其基本理化性質(zhì)為pH值5.89，有機(jī)質(zhì)含量1.75%,總Cd含量5.09mg/kg。本實(shí)驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，分別為CK(對(duì)照未施入氮肥),；(NH4)2S042個(gè)梯度SI(0.2g/kgN)、S2(0.4g/kgN);腿4(312個(gè)梯度Cl(0.2g/kgN)、C2(0.4g/kgN);每個(gè)處理重復(fù)3次。所有處理施用0.05g/kgP和0.063g/kgK(KH2P04)作為底肥。將供試土壤風(fēng)干過4mm篩后，以固體形式拌入氮肥和底肥，充分混勾后裝入塑料盆(0=20cm,#=15cm)中，每盆裝土2.5kg,平衡l個(gè)月待用。同時(shí)進(jìn)行花弁育苗，將土壤、河沙、蛭石按照7:2:1的重量份數(shù)比例混勻裝入穴盤中，點(diǎn)播孔雀草種子，保持土壤濕潤(rùn)。20-30天后，苗高5-8cm，含4片真葉，選取長(zhǎng)勢(shì)一致的苗移入處理盆中，每盆2棵。每日根據(jù)盆中土壤水分狀況，澆入適量自來水，使土壤含水量經(jīng)常保持在田間持水量的60-80%左右。植物生長(zhǎng)45天后收獲植株。將收獲樣品分為根、莖、葉3部分，分別用自來水充分沖洗以去除粘附于植物樣品上的泥土和污物，然后再用去離子水沖洗，瀝去水分，在85'C殺青1小時(shí)；然后在65'C下烘干至衡重，稱量干重后粉碎備用。植物樣品釆用HN03-HC10,法消化(二者體積比為3:1),用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定其中的Cd含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下參見表1可知，孔雀草對(duì)兩種氮肥的反應(yīng)完全不同。施用(NH4)2S04顯著提高了孔雀草的地上部生物量，使其地上部鎘含量略微升高，但是作用并不明顯，最終兩個(gè)水平(NH4)2S04的處理都顯著提高了孔雀草的地上部鎘提取量和提取效率，分別為對(duì)照的2.06、2.35倍。而施用NH4Cl對(duì)孔雀草的生長(zhǎng)具有很強(qiáng)的抑制作用，在C2處理下，多次移栽孔雀草均枯萎死掉，最終沒有能夠收獲植物，而C1處理地上部生物量也顯著下降，僅為對(duì)照的41.3%,這可能與氯化銨肥料中含有高濃度的氯離子，而孔雀草對(duì)氯較為敏感有關(guān)。雖然施用NH4C1使孔雀草地上部鎘含量有所提高，但是由于其抑制生長(zhǎng)的作用，孔雀草地上部鎘提取量和提取效率都顯著低于對(duì)照。綜合比較這兩種氮肥的強(qiáng)化效果，選擇(NH4)2S04作為下一步聯(lián)合強(qiáng)化修復(fù)的強(qiáng)化劑。5另外，由表l可知，在土壤中鎘含量為5.09mg/kg時(shí)，孔雀草地上部鎘含量為14.98-20.69mg/kg,富集系數(shù)遠(yuǎn)大于1,表現(xiàn)出很強(qiáng)的鎘富集能力，在修復(fù)鎘污染土壤方面具有較大的應(yīng)用潛力。表1不同施肥處理下孔雀草地上部鎘累積特征<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>一實(shí)施例2實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)和供試土壤、植物與實(shí)施例l相同。共設(shè)7個(gè)處理，分別為CK(對(duì)照未施入氮肥)；(NH4)2S042個(gè)梯度Nl(0.2g/kgN)、N2(0.4g/kgN);EGTA2個(gè)梯度El(lmmol/kg)、E2(2mmol/kg);聯(lián)合處理N1+E1，N2+E1;每個(gè)處理重復(fù)3次。螯合劑EGTA施入時(shí)間待孔雀草移栽45天后，以溶液形式在土壤表層的根區(qū)附近一次性添加上述設(shè)置的相應(yīng)濃度的EGTA，處理15天后收獲植物，樣品處理同實(shí)施例1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖1給出了不同處理下孔雀草的地上部生物量。方差分析表明，與對(duì)照(CK)相比，氮肥處理N1、N2以及聯(lián)合處理NREl、N2+El均顯著提高了孔雀草地上部生物量(尸<0.05),增幅為1.65-1.80倍，只是聯(lián)合處理略低于氮肥處理。而EGTA處理則降低了孔雀草地上部生物量，特別是E2，使地上部生物量顯著下降(P<0.05)。圖2給出了不同處理下孔雀草的地上部Cd含量。EGTA處理E1、E2以及聯(lián)合處理NHEl、N2+El均顯著提高了孔雀草地上部Cd含量(/><0.05),增幅為2.39-2.87倍，而且聯(lián)合處理還略高于EGTA處理。氮肥處理N1、N2僅使地上部Cd含量略有提高，作用并不顯著。圖3給出了不同處理下孔雀草的地上部Cd提取量和提取效率。聯(lián)合處理N1+E1、N2+E1的Cd提取量和提取效率最高，分別為對(duì)照的5.39、5.98倍，不僅顯著高于E1處理，還比E2處理提高1.93-2.14倍；EGTA處理的Cd提取量和提取效率略高于氮肥處理，二者比對(duì)照處理增加2.26-2.80倍。由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，銨態(tài)氮肥(NH4)2S04和螯合劑EGTA的聯(lián)合處理，不僅可以緩解螯合劑對(duì)植物的毒害，顯著提高其地上部生物量，還可以提高螯合劑促進(jìn)植物吸收的能力，最終使植物的提取修復(fù)效率大幅提高，明顯高于高劑量的螯合劑處理。因此，基于銨態(tài)氣肥與螯合劑的強(qiáng)化修復(fù)措施，既提高了修復(fù)效率，又減少了螯合劑用量，降低了修復(fù)成本和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，具有較大的應(yīng)用價(jià)值。權(quán)利要求1.一種聯(lián)合強(qiáng)化修復(fù)鎘污染土壤的方法，其特征在于在待修復(fù)土壤中施入銨態(tài)氮肥，然后種植孔雀草，最后在土壤中添加螯合劑，從而達(dá)到修復(fù)鎘污染土壤的目的，所述銨態(tài)氮肥為硫酸銨，螯合劑為乙二醇雙四乙酸。2.按權(quán)利要求1所述的聯(lián)合強(qiáng)化修復(fù)鎘污染土壤的方法，其特征在于:所述添加螯合劑時(shí)間為:孔雀草生長(zhǎng)至開花或成熟期;在土壤中添加螯合劑后,待孔雀草生長(zhǎng)10-15天后將植物整體移除。3.按權(quán)利要求1所述的聯(lián)合強(qiáng)化修復(fù)鎘污染土壤的方法，其特征在于:所述螯合劑的添加量為每千克土壤中1.0-2.0mmol,銨態(tài)氮肥施用量為每千克土壤中0.94-1.88g。4.按權(quán)利要求1所述的聯(lián)合強(qiáng)化修復(fù)鎘污染土壤的方法，其特征在于所述種植孔雀草是指將高5-8cm或含4片展開真葉的孔雀草幼苗移載到鎘;虧中5.按權(quán)利要求1所述的聯(lián)合強(qiáng)化修復(fù)鎘污染土壤的方法，其特征在于在鎘污染土壤中種植的孔雀草采用室外栽培，定期澆水，使土壤含水量保持在田間持水量的60-80%。6.按權(quán)利要求1所述的聯(lián)合強(qiáng)化修復(fù)鎘污染土壤的方法，其特征在于在鎘污染土壤上釆用復(fù)種的方式種植孔雀草，即在第一茬長(zhǎng)到開花或成熟期時(shí)，將植物整體從污染土壤上移出，再種植第二茬，重復(fù)上述過程，直至土壤中的鎘含量達(dá)到環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)。全文摘要本發(fā)明涉及重金屬污染土壤的植物修復(fù)，具體的說是一種利用聯(lián)合強(qiáng)化措施修復(fù)鎘污染土壤的方法。該方法是在待修復(fù)土壤中施入銨態(tài)氮肥，然后種植孔雀草，待孔雀草生長(zhǎng)至開花或成熟期時(shí)，在土壤中添加螯合劑，再生長(zhǎng)10-15天后將植物整體移除，從而達(dá)到修復(fù)鎘污染土壤的目的。本發(fā)明通過施用酸性肥料，不僅可以明顯緩解螯合劑對(duì)植物的毒害，還可以顯著提高螯合劑的強(qiáng)化修復(fù)效果，從而加速鎘污染土壤的植物修復(fù)過程。本發(fā)明具有修復(fù)成本低、修復(fù)效率高、可操作性強(qiáng)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)小等優(yōu)點(diǎn)，且可以在治理污染土壤的同時(shí)美化環(huán)境。文檔編號(hào)B09C1/00GK101462117SQ20071015903公開日2009年6月24日申請(qǐng)日期2007年12月19日優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日發(fā)明者于志國,劉維濤,周啟星,林王申請(qǐng)人:中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所