專利名稱：利用掃帚菜修復(fù)鎘鉛銅復(fù)合污染土壤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)土壤領(lǐng)域中被污染土壌的再生和利用技木，特別涉及ー種利用掃帚菜修復(fù)鎘鉛銅復(fù)合污染土壌的方法。
背景技術(shù)：
重金屬是農(nóng)業(yè)環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品的ー個(gè)重要污染物質(zhì)，鎘(Cd)、鉛(Pb)、銅(Cu)等重金屬污染已成為世界范圍內(nèi)的環(huán)境問(wèn)題，農(nóng)田中重金屬污 染主要來(lái)源于污水的灌溉、開(kāi)礦和冶煉等三廢排放，城市污泥和垃圾、有機(jī)肥料(尤其近年來(lái)飼料添加劑中含有高量的銅、神等)與磷肥(磷礦石中含鎘等)等大量施用，以及大氣污染顆粒的沉降等，由于重金屬在土壤中的自然凈化過(guò)程十分漫長(zhǎng)，一般需要上千年時(shí)間，因此其污染具有隱蔽性、不可逆性和長(zhǎng)期性，它在植物根、莖、葉及籽粒中的大量積累，不僅嚴(yán)重影響植物的生長(zhǎng)和發(fā)育，而且通過(guò)食物鏈傳遞給人或動(dòng)物，對(duì)人類(lèi)健康帶來(lái)了嚴(yán)重的危害。據(jù)2006年國(guó)家環(huán)?？偩謭?bào)道，目前全國(guó)受污染的耕地約有I. 5億畝，污水灌溉污染耕地3250萬(wàn)畝，固體廢棄物堆存占地和毀田200萬(wàn)畝，合計(jì)約占耕地總面積的1/10。據(jù)估算，全國(guó)毎年因重金屬污染糧食達(dá)1200萬(wàn)噸，造成直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)200億元。因此，重金屬污染土壌的治理已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。對(duì)重金屬污染土壌的治理，除常規(guī)工程措施如淋濾法、客土法、吸附固定法等物理方法和生物還原法、絡(luò)合物浸提法等化學(xué)方法外，利用重金屬富集植物或超富集植物進(jìn)行的植物修復(fù)方法由于其運(yùn)作成本低、操作簡(jiǎn)便、不造成二次污染，有很大生態(tài)效益，已引起了世界各國(guó)政府、科技界和企業(yè)界的高度重視和青睞。自從20世紀(jì)80年代問(wèn)世以來(lái)，植物修復(fù)已經(jīng)成為了國(guó)際學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，1995年以來(lái)在NATURE和SCIENCE上共發(fā)表了 5篇論文，1999年CRC開(kāi)始出版“國(guó)際植物修復(fù)雜志(Int. J. Phytoremediation)”，被美國(guó)環(huán)境保護(hù)署作為污染物原位修復(fù)的優(yōu)先推薦方法之一。超積累植物是指那些能夠超量累積重金屬并將其運(yùn)移到地上部的植物，也可稱為超累積植物或超富集植物。作為超積累植物必須具備以下特征①植物體內(nèi)重金屬濃度超過(guò)一定臨界值。②植物吸收的重金屬大部分分布在地上部分。即有較高的地上部/根濃度比率。通常情況下，根內(nèi)的重金屬濃度往往比莖葉中的相應(yīng)元素濃度高10倍以上，但在超積累植物中，莖葉內(nèi)重金屬濃度超過(guò)了根內(nèi)的元素水平。③在重金屬污染的土壤上這類(lèi)植物能旺盛地生長(zhǎng)，植物生物量大，一般不會(huì)發(fā)生毒害現(xiàn)象。④具有很強(qiáng)的抗蟲(chóng)、抗病能力。鎘、鉛、銅超積累植物種類(lèi)總體比較少。目前已發(fā)現(xiàn)鎘的超積累植物有天藍(lán)遏藍(lán)菜(Thlaspi caerulescens)、東南景天(Sedum alfredii Hance)、芥菜型油菜(Brassicajuncea)、寶山堇菜(Viola baoshanensis)、龍葵(Solanum nigrum L.)等；鉛的超積累植物有同葉遏藍(lán)菜(Thlaspi rotundifolium)、芒麻(Boehmeria nivea(L.)Gaud.)、東南景天(Sedum alfrediiHance)、娛蟲(chóng)公草(PterisvittataL.)、鬼針草(Bidens bipinnata)、木賊(Equisetum hiemale L.)和香附子(Cyperus rolundus L.)等；銅的超積累植物有高山甘薯(lpomoea alpina)、金魚(yú)藻(Ceratophyllum demersum L.)、海州香薷(Elsholtziasplendens)、紫花香會(huì)(Elsholtzia argyi)、甲鳥(niǎo)妬?zhàn)?Commelina communis)等。
目前在利用植物修復(fù)重金屬污染土壤的應(yīng)用面臨以下三大難題首先，超積累植物是ー種在不良生長(zhǎng)條件脅迫下誘導(dǎo)產(chǎn)生的，由于受不良環(huán)境、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生長(zhǎng)因素的影響而生長(zhǎng)緩慢。一般的超積累植物多數(shù)為草本，在十幾厘米到幾十厘米之間。生物量較低，修復(fù)效果有限。目前在利用超積累植物修復(fù)時(shí)多因此導(dǎo)致修復(fù)的效果不很理想，且占用了很有限的土地資源。其次，超積累植物是在自然環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的，有很強(qiáng)的區(qū)域性和地域性，有的物種對(duì)環(huán)境的要求很高，其特定的生長(zhǎng)環(huán)境決定其使用的局限性。目前已發(fā)現(xiàn)的超積累植物種類(lèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，極大地限制這種重金屬污染土壤修復(fù)方式的應(yīng)用，篩選新的超積累植物種類(lèi)迫在眉睫。最后，超積累植物一般只能對(duì)ー種或兩種重金屬元素有富集作用，但目前受重金屬污染的土壌中一般都是含有多種元素，所以超積累植物對(duì)受重金屬元素復(fù)合污染的情況修復(fù)能力有限。例如在絕大部分類(lèi)似植物修復(fù)的專利申請(qǐng)中均無(wú)法克服這ー難題，申請(qǐng)?zhí)枮?200910309138. 9,201110050461. 6,201110025413. 1,200910309141. 0，專利號(hào)200910309125. 1,200710029732. 3均僅涉及在修復(fù)鎘污染土壤中的應(yīng)用，在面對(duì)鎘鉛銅復(fù)合污染的土壤環(huán)境則顯得カ不從心。另外，有的超積累植物不僅能用來(lái)修復(fù)重金屬污染的土壌、復(fù)墾礦山以及回收化學(xué)排放物中的稀有、稀土元素和廢礦石堆中的金屬，而且超積累植物多數(shù)生命力頑強(qiáng)，適合做水土保持和美化環(huán)境之用。
掃帝菜(Kochiascoparia f. trichophila Schinz. et. Thell.)為一年生草本，屬藜科地膚屬，高50-150厘米。莖直立，分枝多而緊密；葉片條形；植株全形呈卵形或倒卵形。多生于宅旁隙地、園圃邊和荒廢田間，可作掃帚用。生物量大，適應(yīng)性強(qiáng)，分布幾遍全國(guó)；朝鮮，日本，蒙古，蘇聯(lián)西伯利亞和中亞地區(qū)，印度，歐洲也有。對(duì)于土壌條件要求不高，能適應(yīng)多種質(zhì)地土壌，極耐鹽堿，對(duì)重金屬也有很好的耐性，且鹽堿度的増加有利于重金屬的吸收。秋后砍下全株捆扎可用作掃帚，目前也大量種植用于園林緑化觀賞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種投資少，無(wú)二次污染，且經(jīng)濟(jì)效益可觀的利用掃帚菜修復(fù)鎘鉛銅復(fù)合污染土壌的方法。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的利用掃帚菜修復(fù)鎘鉛銅復(fù)合污染土壌的方法，在含鎘鉛銅復(fù)合污染土壤中種植具有較強(qiáng)吸收能力的掃帚菜，將成熟后的掃帚菜從污染土壌中移走從而達(dá)到除去污染土壌中的重金屬的目的。上述的掃帚菜在污染土壌中的具體種植步驟如下①選種或育苗選擇對(duì)鎘鉛銅復(fù)合污染土壤中的重金屬具有較強(qiáng)吸收能力的掃帚菜的種子，要選純度較高、后發(fā)性強(qiáng)、分枝多、韌性大、豐產(chǎn)性好的掃帚菜的種子，或?qū)?yōu)選的掃帚菜種子進(jìn)行種苗的培育；②播種或移栽于四月上旬至五月上旬將步驟①選擇的種子進(jìn)行播種或培育的種苗移栽在污染土壌中，播種前或移栽前先整地施底肥；③田間管理在苗高12 —18厘米中耕除草一次，苗高25— 35厘米第二次除草，天旱時(shí)注意及時(shí)澆水，雨水多時(shí)，注意排水；④適期收獲于十月下旬掃帚菜的種子成熟，收割成熟的掃帚菜，取掃帚菜的種子繼續(xù)種植于污染土壤中，施肥及管理方法與步驟①至③相同；或取掃帚菜的莖桿另作它用(如做掃帚)，取掃帚菜的種子備用，或可直接種植于污染土壌中，長(zhǎng)成后經(jīng)修剪定型用于觀賞。上述的步驟②中的整地施底肥是先拾凈殘茬草根，畝施農(nóng)家肥2000±10公斤、磷肥50±5公斤、硫酸銨50±5公斤作底肥，耕后耙耪保墑。上述的步驟③中可增加在掃帚菜的開(kāi)花期施追肥的步驟。上述的施追肥是在掃帚菜的開(kāi)花期追施生理酸性肥。其中生理酸性肥是下列肥料之一或其組合氯化鉀、硫酸鉀、氯化銨、硫酸氨。上述的在掃帚菜的開(kāi)花期追施生理酸性肥是在掃帚菜的開(kāi)花期畝追施氮肥10—20公斤。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)突出的優(yōu)點(diǎn)是 本發(fā)明通過(guò)種植掃帚菜修復(fù)鎘鉛銅污染土壤，利用其對(duì)重金屬的吸收和并向上轉(zhuǎn)運(yùn)，收割地上部并加以利用，便可帶走土壌中大量的重金屬，從而達(dá)到污染土壤修復(fù)目的。該方法與傳統(tǒng)的污染土壤治理方法相比，投資少，工程量小，管理技術(shù)要求不高，不破壞土壤理化性質(zhì)，無(wú)二次污染，且可以保持水土，美化環(huán)境。與常規(guī)的植物修復(fù)相比，還可以很好利用有限的土地資源，増加農(nóng)民收入，更有利于推廣應(yīng)用。是ー種應(yīng)用范圍廣，投資少，經(jīng)濟(jì)效益可觀的，操作簡(jiǎn)單的“邊生產(chǎn)邊修復(fù)技木”。本發(fā)明解決了鎘、鉛、銅復(fù)合污染土壤的修復(fù)治理和利用的問(wèn)題，具有良好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。在重金屬?gòu)?fù)合污染土壤修復(fù)中具有廣闊的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式下面以具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步描述實(shí)施例I :在鎘(Cd)、鉛(Pb)、銅(Cu)含量分別為O. 83mg/kg、208. 00mg/kg 和 224. 33mg/kg農(nóng)田土壌中，于四月上旬，種植掃帚菜，畝施農(nóng)家肥2000公斤、磷肥50公斤、硫酸銨50公斤作底肥，耕后耙耪保墑，在施足底肥的情況下，在掃帚菜的開(kāi)花期可酌情追施氮肥15公斤，施肥吋，盡量選生理酸性肥，生理酸性肥有利于提高土壌重金屬的有效性，有利于被吸收移除。生長(zhǎng)期間按照傳統(tǒng)的農(nóng)作物管理方法進(jìn)行管理，于十月下旬收獲。經(jīng)測(cè)定，掃帚菜的生物量為22500kg/ha，地上部分鎘(Cd)、鉛(Pb)、銅(Cu)含量分別為6. 34mg/kg、10. 96mg/kg和 37. 43mg/kg，從土壤中能帶走的鎘(Cd)、鉛(Pb)、銅(Cu)分別為 120. 15g/ha、246. 60g/ha和842. 18g/ha。其中g(shù)/ha為克/公頃。實(shí)施例2 在鎘(Cd)、鉛(Pb)、銅(Cu)含量分別為O. 49mg/kg、92. 02mg/kg 和 60. 64mg/kg 農(nóng)田土壌中，于四月上旬，種植掃帚菜，畝施農(nóng)家肥2000公斤、磷肥50公斤、硫酸銨50公斤作底肥，耕后耙耪保墑，在施足底肥的情況下，在掃帚菜的開(kāi)花期可酌情追施氮肥15公斤，施肥吋，盡量選生理酸性肥，生理酸性肥有利于提高土壌重金屬的有效性，有利于被吸收移除。生長(zhǎng)期間按照傳統(tǒng)的農(nóng)作物管理方法進(jìn)行管理，于十月下旬收獲。經(jīng)測(cè)定，掃帚菜的生物量為24000kg/ha，地上部分鎘(Cd)、鉛(Pb)、銅(Cu)含量分別為6. 23mg/kg、5. 60mg/kg和 24. 42mg/kg，從土壤中能帶走的鎘(Cd)、鉛(Pb)、銅(Cu)分別為 149. 63g/ha、143. 91g/ha和 586.18g/ha。
上述說(shuō)明，在不同污染程度土壌，掃帚菜對(duì)Cd、Pb、Cu都具有較好的吸收和積累，且長(zhǎng)勢(shì)良好，適宜作為修復(fù)植物。
上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例之一，并非以此限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明的形狀或結(jié)構(gòu)或原理所做的等效變化，均應(yīng)涵蓋于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.利用掃帚菜修復(fù)鎘鉛銅復(fù)合污染土壌的方法，其特征在于在含鎘鉛銅復(fù)合污染土壤中種植具有較強(qiáng)吸收能力的掃帚菜，將成熟后的掃帚菜從污染土壌中移走從而達(dá)到除去污染土壌中的重金屬的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用掃帚菜修復(fù)鎘鉛銅復(fù)合污染土壌的方法，其特征在于所述的掃帚菜在污染土壌中的具體種植步驟如下 ①選種或育苗選擇純度較高、后發(fā)性強(qiáng)、分枝多、韌性大、豐產(chǎn)性好的掃帚菜的種子，或?qū)?yōu)選的掃帚菜種子進(jìn)行種苗的培育； ②播種或移栽于四月上旬至五月上旬將步驟①選擇的種子進(jìn)行播種或培育的種苗移栽在污染土壤中，播種前或移栽前先整地施底肥； ③田間管理在苗高12-18厘米中耕除草一次，苗高25-35厘米第二次除草，天旱時(shí)注意及時(shí)澆水，雨水多時(shí)，注意排水； ④適期收獲于十月下旬掃帚菜的種子成熟，收割成熟的掃帚菜，取掃帚菜的種子繼續(xù)種植于污染土壌中，施肥及管理方法與步驟①至③相同；或取掃帚菜的莖桿另作它用，取掃帚菜的種子備用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用掃帚菜修復(fù)鎘鉛銅復(fù)合污染土壌的方法，其特征在于所述的步驟②中的整地施底肥是先拾凈殘茬草根，畝施農(nóng)家肥2000±10公斤、磷肥50±5公斤、硫酸銨50±5公斤作底肥，耕后耙耪保墑。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用掃帚菜修復(fù)鎘鉛銅復(fù)合污染土壌的方法，其特征在于所述的步驟③中可増加在掃帚菜的開(kāi)花期施追肥的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用掃帚菜修復(fù)鎘鉛銅復(fù)合污染土壌的方法，其特征在于所述的施追肥是在掃帚菜的開(kāi)花期追施生理酸性肥。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用掃帚菜修復(fù)鎘鉛銅復(fù)合污染土壌的方法，其特征在干所述的在掃帚菜的開(kāi)花期追施生理酸性肥是在掃帚菜的開(kāi)花期畝追施氮肥10-20公斤。
全文摘要
本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)土壤領(lǐng)域中被污染土壤的再生和利用技術(shù)，特別涉及一種利用掃帚菜修復(fù)鎘鉛銅復(fù)合污染土壤的方法，在含鎘鉛銅復(fù)合污染土壤中種植具有較強(qiáng)吸收能力的掃帚菜，將成熟后的掃帚菜從污染土壤中移走從而達(dá)到除去污染土壤中的重金屬的目的，本發(fā)明投資少，工程量小，管理技術(shù)要求不高，不破壞土壤理化性質(zhì)，無(wú)二次污染，且可以保持水土，美化環(huán)境，解決了鎘、鉛、銅復(fù)合污染土壤的修復(fù)治理和利用的問(wèn)題，具有良好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。
文檔編號(hào)B09C1/00GK102699015SQ20121015593
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者何賢彪, 余山紅, 周翠, 楊祥田 申請(qǐng)人:臺(tái)州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院