專利名稱：基于生物有效性的土壤Cd、Cr復(fù)合污染的植物修復(fù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及重金屬?gòu)?fù)合污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)，具體地說(shuō)是一種利用大生物量非超富集蔬菜修復(fù)治理Cd、Cr污染土壤的方法。
背景技術(shù)：
土壤是人類獲取食物和其他再生資源的物質(zhì)基礎(chǔ)[文獻(xiàn)1:劉秀梅，聶俊華，王仁慶.植物修復(fù)重金屬污染土壤的研究進(jìn)展[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001]，是人類賴以生存的自然環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要資源。隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人口的增加，環(huán)境污染物的排放量與日俱增，環(huán)境污染和生態(tài)破壞給土壤帶來(lái)了嚴(yán)重的污染，其中重金屬污染的土壤面積在不斷增加，這不僅退化土壤肥力，降低農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)，還通過(guò)食物鏈危及人類的生命健康[文獻(xiàn)2:丁佳紅，劉登義，儲(chǔ)玲，等.重金屬污染土壤植物修復(fù)的研究進(jìn)展和應(yīng)用前景[J].生物學(xué)雜志，2004，21(4): 8-9]。在自然界中，重金屬污染很少單獨(dú)存在于某一環(huán)境中，通常是多種污染物進(jìn)入環(huán)境并共存，即多種重金屬元素復(fù)合污染[文獻(xiàn)3:奚旦立.環(huán)境工程手冊(cè):環(huán)境監(jiān)測(cè)卷[M].北京:高等教育出版社，1998:683-684 ;文獻(xiàn)5:重慶市統(tǒng)計(jì)局，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局重慶調(diào)查總隊(duì).重慶統(tǒng)計(jì)年鑒，2009[K].北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2009]。近年來(lái)，由于鉻渣堆放引起的土壤CcUCr污染已引起國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，CcUCr污染具有潛伏性、長(zhǎng)期性和不可逆轉(zhuǎn)性，一旦進(jìn)入土壤，不易分解、轉(zhuǎn)化。從我國(guó)鉻行業(yè)的發(fā)展看，自1958年建成第一條鉻鹽生產(chǎn)線至今，先后有70余家企業(yè)生產(chǎn)國(guó)鉻鹽，遍布全國(guó)多個(gè)省份。在50多年的生產(chǎn)過(guò)程中，累積產(chǎn)生鉻渣約逾600萬(wàn)t，并占據(jù)了大量的堆積場(chǎng)地，造成土壤污染、地下水污染等[文獻(xiàn)4:周啟星.鉻(VI)和酚對(duì)作物幼苗聯(lián)合毒性的模擬研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，30(增):113-119;文獻(xiàn)5:劉玉強(qiáng)，李麗，王琪，等.典型鉻渣污染場(chǎng)地的污染狀況與綜合整理對(duì)策[J].環(huán)境科學(xué)研究，2009, 22(2):248-253]。因此，對(duì)土壤Cd、Cr污染的治理和修復(fù)成為一項(xiàng)十分緊迫的任務(wù)。研究表明，土壤中重金屬對(duì)環(huán)境影響的大小不僅取決于重金屬的總量，還取決于重金屬的生物有效性。重金屬的生物有效性(BioavaiIabiIity)是指重金屬能被生物吸收或?qū)ι锂a(chǎn)生毒性的性狀，可由間接的毒性或生物體濃度數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)，不同形態(tài)的重金屬具有不同的生物有效性。重金屬在土壤中以不同的方式與各組分相聯(lián)系，因而形成了不同形態(tài)的重金屬，從而決定了重金屬的移動(dòng)性和生物利用率有可能表現(xiàn)出不同的活性和生物毒性[文獻(xiàn) 6:Kong Q X(孑L慶新).The distribution of a few heavy metals’ chemicalforms in soil body.EnvironmentalProtection ofAgriculture (in Chinese)(農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù))，1994，13(4):152-157]。Tessier等將重金屬形態(tài)分為以下五種:水溶態(tài)、可交換的離子態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵猛氧化物結(jié)合態(tài)和殘洛態(tài)[文獻(xiàn)7:Tessier A, Campbell PG C，Bisson M.Sequential extraction procedure for the speciation ofparticulatetrace metals [J].Anal.Chemj 1979，51 (7):844-851]。重金屬在土壤中富集，會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生危害，但植物體內(nèi)的重金屬含量往往與土壤中重金屬總量并不相關(guān)。不同形態(tài)的重金屬被釋放的難易程度不同，生物可利用性也不同，有效性大小也不一樣。研究表明可交換的離子態(tài)及水溶態(tài)在中性條件下最為活躍，最易被釋放也最容易發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化為其他形態(tài)，最易為生物所利用，被列為重金屬的有效態(tài)；碳酸鹽結(jié)合態(tài)重金屬在不同PH條件下能夠發(fā)生移動(dòng)，可能造成對(duì)環(huán)境的二次污染。鐵錳氧化物態(tài)可在還原條件下釋放；而殘?jiān)鼞B(tài)的重金屬與沉積物結(jié)合最牢固，用一般的提取方法不能提取出來(lái)，它的活性最小，只能通過(guò)漫長(zhǎng)的分化過(guò)程釋放，因而有效性也最小[文獻(xiàn)8:Cao A, Cd、Crucci A, Lai T, et al.Effect ofbiodegradabIechelating agents on heavy metals phytoextraction with Mirabilisjalapa and on its Cd、Crsociatedbacteria.Eur.J.Soil Biol，2007，43:200-206] 因此，對(duì)土壤重金屬的治理主要是去除土壤中水溶態(tài)、可交換的離子態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)，而對(duì)殘?jiān)鼞B(tài)重金屬由于其所占含量不多，且吸收提取較難，可不被考慮。對(duì)于重金屬污染土壤的修復(fù)，使其恢復(fù)土壤原有功能，一直是學(xué)術(shù)界重點(diǎn)研究的課題。近年來(lái)，世界各國(guó)都非常重視對(duì)污染土壤的修復(fù)技術(shù)的研究。目前可用于修復(fù)治理土壤污染的技術(shù)很多，主要包括各種物理、化學(xué)、物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)。其中，生物修復(fù)技術(shù)由于其自身優(yōu)勢(shì)，經(jīng)常被運(yùn)用到土壤修復(fù)中。廣義的生物修復(fù)，指一切以利用生物為主體的環(huán)境污染的治理技術(shù)。它包括利用植物、動(dòng)物和微生物吸收、降解、轉(zhuǎn)化土壤和水體中的污染物，使污染物的濃度降低到可接受的水平，或?qū)⒂卸居泻Φ奈廴疚镛D(zhuǎn)化為無(wú)害的物質(zhì)，也包括將污染物穩(wěn)定化，以減少其向周邊環(huán)境的擴(kuò)散。一般分為植物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)和微生物修復(fù)三種類型。在生物修復(fù)技術(shù)中，常用于修復(fù)治理重金屬污染土壤的方法主要是植物修復(fù)技術(shù)。植物修復(fù)(phytoremediation)是以植物忍耐和超量積累某種或某些化學(xué)元素的理論為基礎(chǔ)，利用植物及其共存微生物體系清除環(huán)境中污染物的一門環(huán)境污染治理技術(shù)[文獻(xiàn)9:唐世榮，B.M.Wilke.植物修復(fù)技術(shù)與農(nóng)業(yè)生物環(huán)境工程.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，1999，15(2):21-24]。研究表明，通過(guò)植物的吸收、揮發(fā)、根濾、降解、穩(wěn)定等作用，可以凈化土壤或水體中的污染物，達(dá)到凈化環(huán)境的目的。植物修復(fù)的優(yōu)勢(shì):(1)實(shí)用范圍廣，在清除土壤中重金屬污染物的同時(shí)，可清除污染土壤周圍的大氣、水體中的污染物。(2)污染物在原地去除，不破壞土壤生態(tài)環(huán)境?？赏ㄟ^(guò)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)措施種植植物，且可回收重金屬，減少造成二次污染的機(jī)會(huì)。(3)植物本身對(duì)環(huán)境的凈化和美化作用。(4)植物修復(fù)過(guò)程也是土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤肥力增加的過(guò)程，被修復(fù)過(guò)的土壤適合多種農(nóng)作物的生長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用大生物量非超富集蔬菜茼蒿(C.coronarium)，修復(fù)治理Cd、Cr復(fù)合污染土壤的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容為:在Cd、Cr復(fù)合污染土壤中種植大生物量非超富集蔬菜茼蒿，從而實(shí)現(xiàn)去除土壤中過(guò)量Cd、Cr的目的。在CcUCr復(fù)合污染土壤中連續(xù)種植茼蒿，第一季，在CcUCr污染土壤中種植茼蒿，當(dāng)茼蒿生長(zhǎng)至成熟期時(shí)將植株整體移除收獲。所述在CcUCr污染土壤中種植的茼蒿是指將高2-4cm或含2-3片展開(kāi)真葉的茼蒿幼苗移栽到CcUCr污染土壤中。重復(fù)以上種植過(guò)程。根據(jù)待修復(fù)土壤肥力狀況，在生長(zhǎng)期內(nèi)伴隨澆水追肥2-3次，使用氮磷鉀復(fù)合肥。在Cd、Cr復(fù)合污染土壤中種植的茼蒿采用室外栽培，適時(shí)澆水，使土壤含水量保持在田間持水量的6(Γ80%。在CcUCr污染土壤中種植茼蒿，茼蒿從污染土壤中吸收CcUCr并向地上部轉(zhuǎn)移，當(dāng)茼蒿成熟時(shí)，將植物從污染土壤上移除，并將耕層O-1Ocm進(jìn)行翻土，再種植第二季茼蒿，重復(fù)以上操作，直至土壤中的CcUCr含量達(dá)到《土壤環(huán)境質(zhì)量安全》標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明所采用的茼蒿，屬菊科。葉互生，較厚實(shí)，長(zhǎng)形羽狀分裂，頭狀花序，花白色或黃色，莖圓形，耐寒，對(duì)光照條件要求不高。實(shí)驗(yàn)表明，茼蒿對(duì)Cd、Cr的吸收、累積能力均較好。本發(fā)明基于重金屬生物有效性，種植蔬菜作物茼蒿，通過(guò)茼蒿從土壤中帶走有效態(tài)Cd、Cr,使Cd、Cr復(fù)合污染土壤得到修復(fù)。本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn):(1)該方法與傳統(tǒng)的污染土壤治理方法相比，具有投資少、工程量小、技術(shù)要求不聞等優(yōu)點(diǎn)。(2)作為一種綠色原位修復(fù)技術(shù)，通過(guò)茼蒿多季種植，可大大減少CcUCr對(duì)土壤造成的污染，進(jìn)而延長(zhǎng)土壤的使用壽命，在合理調(diào)控的基礎(chǔ)上，提高土壤肥力，促進(jìn)蔬菜作物的增產(chǎn)增收，并降低肥料的投入成本。(3)另外，以Cd、Cr的生物有效性為基礎(chǔ)，通過(guò)種植茼蒿吸收累積其有效態(tài)，將土壤中有效態(tài)Cd、Cr充分去除。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:盆栽梯度Cd、Cr大生物量非超富集茼蒿作物的確認(rèn)與模擬應(yīng)用盆栽試驗(yàn)地點(diǎn)在常州市武進(jìn)區(qū)水稻研究所的網(wǎng)室內(nèi)，該場(chǎng)地在武進(jìn)區(qū)農(nóng)場(chǎng)，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地周圍沒(méi)有污染源，是重金屬未污染區(qū)。盆栽試驗(yàn)土壤采自常州市武進(jìn)區(qū)水稻研究所內(nèi)無(wú)污染區(qū)的表層土壤((T20cm)。本實(shí)驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。投加的Cd濃度(mg/kg)分別為:5(T1)、10 (Τ2)、30 (Τ3)和 50 (Τ4)，投加的 Cr 濃度(mg/kg)分別為:200 (Tl),300 (T2)、500(Τ3)和800 (Τ4)。實(shí)驗(yàn)投加的Cd、Cr分別以Cd (AC)2 WH2CKNa2HCrO4.7Η20形式溶于丙酮溶劑(分析純)，并施入一定濃度的氮、磷、鉀肥作為底肥:0.16g/kg N、0.05g/kgP和0.115g/kgK。將供試土壤風(fēng)干過(guò)4mm篩后,拌入(M、Cr和底肥,充分混勻后裝入塑料盆(直徑20cm,深15cm)中，每盆裝土 2.5kg (以烘干土計(jì))，置于陰涼處讓丙酮自然揮發(fā)干凈，平衡一個(gè)月待用。供試作物為茼蒿。一月后播種，出苗后定株為6株/盆，每日根據(jù)盆中土壤水分狀況，澆入適當(dāng)自來(lái)水，使土壤含水量經(jīng)常保持在田間持水量的6(Γ80%左右，成熟后收獲。收獲后的茼蒿樣品分為地上部和地下部(根部)，分別用自來(lái)水充分沖洗以去除粘附于蔬菜樣品上的泥土和污物，然后再用去離子水沖洗，浙去水分，在85°C殺青I小時(shí)，然后在65°C下烘干至衡重，稱量干重后粉碎備用。樣品采用HNO3-HClO4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CcUCr含量。植物分析測(cè)定茼蒿干物重及其地上部、地下部(根部)各形態(tài)Cd、Cr含量。土壤風(fēng)干后，分別制取過(guò)Imm和0.25mm尼龍篩的土樣，測(cè)定每盆土壤中CcUCr的總量及各個(gè)形態(tài)的含量。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:由表I可知，在試驗(yàn)土壤中，各形態(tài)CcUCr含量隨添加量的增加而增加，水溶態(tài)、可交換的離子態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)含量增幅較大，鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)變化較小。其中，土壤Cd的形態(tài)分布特征為:水溶態(tài) > 可交換的離子態(tài) > 碳酸鹽結(jié)合態(tài) > 鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)>殘?jiān)鼞B(tài)；土壤Cr的形態(tài)分布特征為:可交換的離子態(tài) > 水溶態(tài) > 碳酸鹽結(jié)合態(tài) > 鐵錳氧化物結(jié)合態(tài) > 殘?jiān)鼞B(tài)。因此，治理土壤中Cd、Cr復(fù)合污染，主要考慮其有效態(tài)含量，重點(diǎn)富集可交換的離子態(tài)、水溶態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)Cd、Cr。表I 土壤中各形態(tài)Cd、Cr的分布(mg/kg)
權(quán)利要求
1.一種基于生物有效性的土壤Cd、Cr復(fù)合污染的植物修復(fù)，其特征在于:在Cd、Cr 土壤中輪作種植茼蒿，從而實(shí)現(xiàn)去除土壤中有效態(tài)Cd、Cr的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于生物有效性的土壤CcUCr復(fù)合污染的植物修復(fù)，其特征在于:所述在Cd、Cr復(fù)合污染土壤中輪作種植茼蒿，當(dāng)成熟后整體移除。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于生物有效性的土壤CcUCr復(fù)合污染的植物修復(fù)，其特征在于:所述在Cd、Cr復(fù)合污染土壤中種植茼蒿是指將含2 4片展開(kāi)真葉的茼蒿幼苗移栽到CcUCr復(fù)合污染土壤中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于生物有效性的土壤CcUCr復(fù)合污染的植物修復(fù)，其特征在于:在Cd、Cr復(fù)合污染土壤中種植的茼蒿采用室外栽培，定期澆水，使土壤含水量保持在田間持水量的60% 80%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于生物有效性的土壤CcUCr復(fù)合污染的植物修復(fù)，其特征在于:在Cd、Cr復(fù)合污染土壤中輪作種植茼蒿，茼蒿從Cd、Cr復(fù)合污染土壤中吸收Cd、Cr并向地上部轉(zhuǎn)移，當(dāng)茼蒿長(zhǎng)至成熟期時(shí)，將茼蒿從污染土壤上移除，再種植第二季，重復(fù)以上操作，再種植第三季，重復(fù)以上操作，直至土壤中Cd、Cr含量達(dá)到環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及污染環(huán)境的植物修復(fù)技術(shù)，具體地說(shuō)是一種利用大生物量非超富集蔬菜茼蒿修復(fù)治理Cd、Cr復(fù)合污染土壤的方法。本發(fā)明利用大生物量非超富集蔬菜茼蒿吸收富集Cd、Cr復(fù)合污染土壤中有效態(tài)Cd、Cr，并向上轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部，當(dāng)茼蒿生長(zhǎng)到成熟期將其整體移除并作為日常食用蔬菜使用，從而達(dá)到保證蔬菜品種的同時(shí)治理污染土壤；通過(guò)茼蒿的種植，重復(fù)上述過(guò)程，就可以連續(xù)提取污染土壤中的Cd、Cr，直到其含量達(dá)到環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)。該方法具有工程量小，不破壞土壤理化性質(zhì)，無(wú)二次污染，且可以在治理復(fù)合污染土壤的同時(shí)保證蔬菜的品種等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B09C1/00GK103100559SQ20131000212
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月4日
發(fā)明者楊彥, 李定龍, 趙潔, 浦建民, 尹芳華 申請(qǐng)人:常州大學(xué), 常州水木環(huán)?？萍加邢薰?br>