一種提高銅污染土壤的植物修復(fù)效率的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于重金屬污染土壤的植物修復(fù)領(lǐng)域，結(jié)合現(xiàn)有的重金屬污染土壤的植物修復(fù)方法，公開了一種提高銅污染土壤的植物修復(fù)效率的方法。該方法是在被銅污染的土壤中施加含硫粉、乙二胺二琥珀酸的化學(xué)強(qiáng)化劑，種植海州香薷后，定期噴灑含外源植物激素玉米素Z的營養(yǎng)液，生長季結(jié)束后，收割海州香薷地上部分從而達(dá)到修復(fù)重金屬銅污染土壤的目的。該方法促進(jìn)了海州香薷的生長，解決了以銅礦區(qū)土壤為代表的高銅含量土壤抑制海州香薷生長而引起的植株矮小、生物量小、生長緩慢等問題，具有吸收效率高、富集程度高、修復(fù)效果明顯的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種提高銅污染土壤的植物修復(fù)效率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于重金屬污染土壤的植物修復(fù)領(lǐng)域，特別涉及一種在被重金屬銅污染的土壤中種植海州香薷，并施加化學(xué)強(qiáng)化劑和含有外源植物激素的營養(yǎng)液來提高植物修復(fù)效率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]改革開放以來，隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加劇，土壤重金屬污染已成為人們高度關(guān)注的環(huán)境問題之一。有調(diào)查表明，從2005年至今，重金屬污染事件在我國頻繁發(fā)生。在過去50年中，全球排放到環(huán)境中的重金屬銅約9.39X IO5噸。目前，全世界平均每年排放340萬噸銅，其主要來源于各種工業(yè)(采礦、冶煉、金屬加工、機(jī)械制造、鋼鐵等)以及煤燃燒過程排放的含銅“三廢”(廢水、廢氣、廢渣)。因此，銅成為了一種主要的土壤重金屬污染物。
[0003]傳統(tǒng)的重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)包括客土法、化學(xué)穩(wěn)定化/固化、電動(dòng)修復(fù)、土壤淋洗等，這些技術(shù)不僅處理難徹底，成本高，而且會(huì)導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞、土壤生物活性降低和土壤肥力退化等諸多缺點(diǎn)。
[0004]植物修復(fù)是新近發(fā)展起來的一種針對(duì)土壤重金屬污染，且被業(yè)內(nèi)人士稱為“綠色修復(fù)”的土壤修復(fù)技術(shù)。植物修復(fù)的基本原理是利用植物(特別是超積累植物)吸收土壤中的重金屬污染物，并將其輸送轉(zhuǎn)移到植物的地上部分，通過收割植物地上部分達(dá)到去除重金屬污染物的目的。植物修復(fù)屬于原位修復(fù)技術(shù)，不僅成本低廉，操作簡便，而且可以保持水土，改善生態(tài)環(huán)境，是一種修復(fù)徹底，不存在安全隱患的修復(fù)技術(shù)。
[0005]因海州香薷能在土壤瘠薄，巖石裸露的生境及銅礦區(qū)茂盛生長，其生物量可達(dá)9t/hm2，并且其植株體內(nèi)銅含量較高，從而為銅礦區(qū)生態(tài)重建與銅污染土壤修復(fù)提供了物種資源。
[0006]海州香薷是一種典型的銅超積累植物，在含銅較高的土壤中有較廣分布，而在其他含銅低的土壤中幾乎不易存活。但是，和其他植物一樣，過高的含銅量也會(huì)抑制海州香薷的生長。田科生等人通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，低濃度銅處理(〈50 μ mol/L)對(duì)海州香薷的生長有一定的促進(jìn)作用，植株生物量、總根長、根表面積、根體積和根尖數(shù)均略有升高；但隨著銅濃度(100-500 μ mol/L)增加，植株生物量、總根長、根表面積、根體積和根尖數(shù)明顯減少，受到抑制[文獻(xiàn)1:田生科，李廷軒，彭紅云，楊肖娥，李廷強(qiáng)，Ejaz.銅脅迫對(duì)海州香薷和紫花香薷根系形態(tài)及銅富集的影響[J].水土保持學(xué)報(bào)，2005，19 (3):97-100]。
[0007]大量研究也發(fā)現(xiàn)，雖然海州香薷地上部分銅含量較高，葉片中的銅含量約200 μ g/g，高于其他植物，但其濃度遠(yuǎn)不及地下部，生長在銅礦區(qū)的海州香薷其根部的銅積累量達(dá)到了 700?800 μ g/g。所以，海州香薷根部吸收的銅難以向地上部遷移，其修復(fù)銅的效率有待提聞。
[0008]土壤重金屬污染土壤植物修復(fù)的效果通常以單位面積單位時(shí)間內(nèi)植物所萃取的重金屬總量來表征，即:[0009]重金屬修復(fù)效果==重金屬含量*植物平均生物量
[0010]根據(jù)公式，有兩條途徑可提高植物修復(fù)效果，一是設(shè)法提高植物體內(nèi)重金屬的蓄積量(濃度)而不使植物中毒死亡；二是設(shè)法增加植物的生物量，尤其是地上部分的生物量[文獻(xiàn)2:陳玉成.表面活性劑對(duì)植物吸收土壤重金屬的影響:[D].武漢:武漢大學(xué)，2005]。因此，化學(xué)強(qiáng)化植物修復(fù)重金屬污染土壤的原理涉及土壤和植物兩個(gè)方面。從土壤入手，通過向土壤施用化學(xué)物質(zhì)，改變土壤中目標(biāo)重金屬的賦存形態(tài)，使其從土壤結(jié)合態(tài)向水溶態(tài)、交換態(tài)轉(zhuǎn)換，從而提高重金屬的生物有效性[文獻(xiàn)3:Emst WH0.Bioavailability of heavy metals and decontamination of soil by plants.AppliedGeochemistry, 1996，11:163-167]。從植物入手，在保證植物不出現(xiàn)毒害的前提下，一方面根據(jù)植物吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬的機(jī)制，提高植物地上部分對(duì)目標(biāo)重金屬的牽引力，促使土壤重金屬順利完成從土壤一植物根際一植物根系一植物莖葉的傳輸過程；另一方面通過化學(xué)手段調(diào)控植物的生長發(fā)育，除了可以獲得較高生物產(chǎn)量外，還可直接促進(jìn)土壤重金屬活性的提高[文獻(xiàn) 4:Zhu D, Schwab AP, Banks Mk.Heavy metal leaching from mine tailingsas affected by plants.Environ.Qual.，1999，28:1727-1732]。
[0011]向土壤中施加化學(xué)強(qiáng)化劑的目的是提高銅的水溶性和遷移性，向植物施加營養(yǎng)液的目的是提高植物的生物量及其對(duì)銅的吸收。利用乙二胺四乙酸(EDTA)作化學(xué)強(qiáng)化劑來強(qiáng)化重金屬污染土壤植物修復(fù)的方法已獲專利授權(quán)(200510032683.X)。雖然用EDTA可以提高海州香薷對(duì)銅污染土壤的修復(fù)效果，但同時(shí)EDTA也使植物萎蔫，生物量減少[文獻(xiàn)5:李鋒民，熊治廷，胡洪營.海州香薷對(duì)銅的蓄積及銅的毒性效應(yīng)[J].環(huán)境科學(xué)，2003，24(3): 30-34]。與EDTA相比，乙二胺二琥珀酸(乙二胺二琥珀酸)不僅更有利于土壤中銅、Zn的溶解，而且還可以增加植物地上部分銅、Zn的累積量[文獻(xiàn)6:錢猛，沈振國，魏嵐.螯合劑乙二胺二琥珀酸和EDTA誘導(dǎo)海州香薷積累土壤重金屬的比較研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2006, 25(1): 113-118]。田間盆栽試驗(yàn)表明，乙二胺二琥珀酸在顯著提高可浸提態(tài)重金屬濃度的同時(shí)，并未對(duì)地下水造成污染，水質(zhì)符合地下飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[文獻(xiàn)7:裘希雅，孫小峰，何旭華，蔣玉根，吳龍華，胡寧靜，駱永明，戴學(xué)龍.施用乙二胺二琥珀酸對(duì)海州香薷銅鋅吸收的強(qiáng)化作用及淋溶風(fēng)險(xiǎn)[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2006，18(2):86-89]。玉米素(Zeatin，Z)是一種典型的細(xì)胞分裂素，可以高效促進(jìn)植物生長。玉米素主要是增強(qiáng)植物的光合作用，加快植物細(xì)胞分裂，促進(jìn)植物生長發(fā)育，延緩植物葉片衰老，并減少植物落花、落果，是一種最為有效的促生長、抗病害的植物調(diào)節(jié)劑，能明顯提高作物的生物量[文獻(xiàn)8:潘瑞熾.植物生長調(diào)節(jié)劑:原理與應(yīng)用[M].廣東高等教育出版社，2007]。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于提供一種提高銅污染土壤的植物修復(fù)效率的方法，解決了以銅礦區(qū)土壤為代表的高銅含量土壤抑制海州香薷生長而引起的植株矮小、生物量小、生長緩慢等問題。該方法具有吸附效率高、富集程度高、修復(fù)效果明顯的優(yōu)點(diǎn)。
[0013]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)施。
[0014]一種提高銅污染土壤的植物修復(fù)效率的方法，包括以下步驟:首先在被銅污染土壤中施加含硫粉、乙二胺二琥珀酸的化學(xué)強(qiáng)化劑，再種植海州香薷，同時(shí)結(jié)合相應(yīng)的農(nóng)藝措施、對(duì)海州香薷進(jìn)行管理，種植后定期對(duì)海州香薷葉片噴灑含外源植物激素玉米素Z的營養(yǎng)液，海州香薷成熟后進(jìn)行收割，收割后的海州香薷轉(zhuǎn)移到其他地方進(jìn)行集中處理或進(jìn)行資源化加工處理；
[0015]所述農(nóng)藝措施具體指松土、澆水和光照。
[0016]作為一種優(yōu)選方案，所述的含硫粉、乙二胺二琥珀酸的化學(xué)強(qiáng)化劑是硫粉、乙二胺二琥珀酸的混合物。
[0017]硫粉的用量是60?120mmol.kg_\乙二胺二琥拍酸的用量是2?5mmol.kg'
[0018]優(yōu)選地，所述硫粉的用量優(yōu)選80mmol.kg-1,乙二胺二琥拍酸的用量優(yōu)選3mmol.kg、
[0019]作為一種優(yōu)選方案,本發(fā)明種植后噴灑的營養(yǎng)液包括植物生長所需的大量兀素微量元素、外源植物激素和水，其中大量元素為N、H、O、S、P、Ca、Mg、K，微量元素為Fe，外源植物激素為玉米素Z ；
[0020]進(jìn)一步的，作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明使用的營養(yǎng)液配比是:每IOOOml上述營養(yǎng)液中含有 56mg 的 NH4NO3>260mg 的 MgSO4.7H20、410mg 的 Ca(NO3)2.4H20、68mg 的 KH2P04、IOmg 的 FeSO4.7H20、40 ?60mg 的 Z ；
[0021]進(jìn)一步的，作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明使用的營養(yǎng)液用量是:每3?5天定期噴灑植物葉面一次，營養(yǎng)液用量是20ml/株。
[0022]作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明收割后的收割后的海州香薷地上部分集中轉(zhuǎn)移到其他地方進(jìn)行焚燒，然后回收重金屬銅，或進(jìn)行堆肥處理，制作含銅化肥。
[0023]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:
[0024]( I)種植前所施用的化學(xué)強(qiáng)化劑能顯著增加土壤溶液中銅的濃度，提高銅的生物有效性，從而提高了植物對(duì)銅吸收的可能性；
[0025](2)種植后所噴灑的含有外源植物激素玉米素的營養(yǎng)液吸收快、無污染，能顯著增大植物生物量、縮短植物生長時(shí)間，提高植物對(duì)銅的吸收效率，尤其是植物的地上部分，因此具有很好的應(yīng)用價(jià)值；
[0026](3)定期噴灑營養(yǎng)液，能緩解植物毒性，提高植物修復(fù)效率，恢復(fù)土壤肥力和自然的生物群，降低對(duì)土壤、地下水的風(fēng)險(xiǎn)。
[0027](4)本發(fā)明所涉及原料不僅成本低，效果好，而且均為環(huán)境友好型，無二次污染；
[0028](5)本發(fā)明中，硫粉的主要作用是降低土壤pH及土壤溶液pH，活化銅，提高了土壤溶液中銅的濃度，也為植物生長提供必需的硫元素，促進(jìn)植物的生長，緩解高濃度銅帶來的生物毒性。
[0029]本發(fā)明中，乙二胺二琥珀酸的主要作用是促進(jìn)土壤銅進(jìn)入土壤溶液，增加土壤溶液銅濃度，同時(shí)促進(jìn)銅向海州香薷地上部分運(yùn)輸，提高海州香薷地上部分含銅濃度；
[0030]NH4NO3的主要作用是為植物生長提供所需的N元素，并促進(jìn)植物根系對(duì)銅的吸收；
[0031]MgSO4.7H20的主要作用是為植物生長提供所需的Mg元素和S元素；
[0032]Ca (NO3) 2.4H20的主要作用是為植物生長提供所需的Ca元素；
[0033]KH2PO4的主要作用是為植物生長提供所需的K元素和P元素，并調(diào)節(jié)植物根系對(duì)水中氧氣的吸收速率；
[0034]FeSO4.7H20的主要作用是為植物生長提供所需的Fe元素；
[0035]外源植物激素Z的主要作用是為植物生長提供所需的外源激素，并刺激植物細(xì)胞 分裂、提高植物葉片氣孔開放、擴(kuò)展植物葉片；
【具體實(shí)施方式】
[0036]以下結(jié)合具體實(shí)例來對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0037]實(shí)施例1
[0038]選用的海州香薷品種是已有3000多年歷史的湖北大冶古銅礦遺址的海州香薷，供試土壤為湖北某礦區(qū)土壤，土壤pH為5.4,銅總量為600mg/kg,每盆土重1.5kg,按下列方案在土壤中施加化學(xué)藥劑。
[0039]化學(xué)強(qiáng)化劑:
[0040]①空白對(duì)照(control);
[0041]②硫粉:在土壤中加入3.87g (80mmol/kg)的工業(yè)硫粉,并攪拌均勻作為供試土壤；
[0042]③乙二胺二琥珀酸:在土壤中加入1.34g (3mmol/kg)的工業(yè)乙二胺二琥珀酸，并攪拌均勻作為供試土壤；
[0043]④硫粉+乙二胺二琥珀酸:在土壤中加入3.87g(80mmol/kg)的工業(yè)硫粉和1.34g(3mmol/kg)的工業(yè)乙二胺二琥拍酸,并攪拌均勻作為供試土壤。
[0044]海州香薷種子育苗后選取長勢一致的幼苗移栽到供試土壤中，每盆一株。將盆栽植物移至溫室，自然光照射，定期對(duì)植物幼苗澆水，防止幼苗干枯。30天后收獲，測定植株地下部分、地上部分的生物量及其銅含量。
[0045]每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，求平均值，其結(jié)果如表I所示。
[0046]表I種植前施加的化學(xué)藥劑對(duì)海州香薷的影響
[0047]
【權(quán)利要求】
1.一種提高銅污染土壤的植物修復(fù)效率的方法，其特征在于包括以下步驟:首先在被銅污染的土壤中施加含硫粉、乙二胺二琥珀酸的化學(xué)強(qiáng)化劑，再種植海州香薷，同時(shí)結(jié)合相應(yīng)的農(nóng)藝措施對(duì)海州香薷進(jìn)行管理，種植后定期對(duì)海州香薷葉片噴灑含外源植物激素玉米素Z的營養(yǎng)液，海州香薷成熟后進(jìn)行收割，收割后的海州香薷轉(zhuǎn)移到其他地方進(jìn)行集中處理或進(jìn)行資源化加工處理； 所述農(nóng)藝措施具體指松土、澆水和光照。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高銅污染土壤的植物修復(fù)效率的方法，其特征在于:所述含硫粉、乙二胺二琥珀酸的化學(xué)強(qiáng)化劑為硫粉、乙二胺二琥珀酸的混合物，其中硫粉的用量為60?120mmol.kg—1,乙二胺二琥拍酸的用量為2?5mmol.kg—1。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種提高銅污染土壤的植物修復(fù)效率的方法，其特征在于所述硫粉的用量優(yōu)選80mmol.kg_\乙二胺二琥拍酸的用量優(yōu)選3mmol.kg'
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高銅污染土壤的植物修復(fù)效率的方法，其特征在于:所述種植后噴灑的營養(yǎng)液是包括植物生長所需的大量元素、微量元素、外源植物激素和水，其中大量元素為N、H、O、S、P、Ca、Mg和K，微量元素為Fe，外源植物激素為玉米素Z。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種提高銅污染土壤的植物修復(fù)效率的方法，其特征在于:所述的營養(yǎng)液每IOOOml中含有56mg的NH4NO3、260mg的MgSO4.7H20、410mg的Ca (NO3) 2.4H20、68mg 的 KH2PO4UOmg 的 FeSO4.7H20、40 ?60mg 的玉米素 Z。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種提高銅污染土壤的植物修復(fù)效率的方法，其特征在于:所述的營養(yǎng)液在海州香薷種植后，每3?5天對(duì)植物葉面定期噴灑一次，每次噴灑20ml/ 株。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高銅污染土壤的植物修復(fù)效率的方法，其特征在于:所述的收割后的海州香薷地上部分集中轉(zhuǎn)移到其他地方進(jìn)行焚燒，然后回收重金屬銅，或進(jìn)行堆肥處理，制作含銅化肥。
【文檔編號(hào)】B09C1/08GK103785679SQ201410048591
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年2月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月12日
【發(fā)明者】李玲, 胡波, 周芬, 馮雙劍 申請(qǐng)人:江蘇上田環(huán)境修復(fù)有限公司