CN101386018A - 一种利用菊科植物修复镉污染土壤的方法 - Google Patents

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张营
李霞
白洁
马溪平
王晶晶
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Abstract

本发明涉及一种利用菊科植物修复镉污染土壤的方法。采用的技术方案是：在含污染物镉的土壤上种植艾蒿，当艾蒿长到成熟期后，将艾蒿整体从污染土壤上移走；在含污染物镉的土壤上种植艾蒿，采用露天栽培，根据土壤缺水情况，浇水，调节土壤含水量为田间持水量的50～90％；在含污染物镉的土壤上种植艾蒿前，向每千克的土壤中分别加入尿素300～500毫克、磷酸二氢钾100～300毫克和硫酸钾200～400毫克。本发明简单易行、高效、安全；利用艾蒿进行植物修复对环境扰动少，土壤破坏力小；在绿化环境的同时，对其所累积的重金属可利用先进技术回收，从而创造一定的经济效益；该技术成本较低，适用于大面积的重金属污染土壤。

Description

一种利用菊科植物修复镉污染土壤的方法
技术领域
本发明涉及一种镉污染土壤的生物修复方法，具体地说是一种利用菊科植物艾蒿修复镉污染土壤的方法。
背景技术
我国土壤重金属污染十分严重，特别是我国北方重工业城市。在所有的重金属污染中，镉以其移动性大、毒性高成为最为关注的重金属污染之一。因此，修复镉污染的土壤，已成为我国土壤可持续利用亟待解决的问题。
植物修复技术是一种廉价而有效的重金属污染土壤治理技术，目前工作的重点是进一步寻找和开发具有良好遗传性能的富集植物和超富集植物。艾蒿(Artemisia argyi Lévl.et Van.)为多年生草本植物，成株高达1米，在我国分布广泛。其生物量高、根系发达、生长速率快、对环境适应性强，分布非常广泛。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种简单易行、高效、安全的镉污染土壤的植物修复方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用菊科植物修复镉污染土壤的方法：在含污染物镉的土壤上种植艾蒿，当植物经过生长季后，将植物整体从污染土壤上移走；含污染物镉的土壤上种植艾蒿，采用露天栽培，根据土壤缺水情况，浇水，调节土壤含水量为田间持水量的50～90％；在含污染物镉的土壤上种植艾蒿前，向每千克的土壤中分别加入尿素300～500毫克、磷酸二氢钾100～300毫克和硫酸钾200～400毫克。
所述的种植艾蒿是指将幼苗期的艾蒿种植在含污染物镉的土壤上。
本发明可采用复种的方式，即在第一茬艾蒿长到成熟期后，将植物整体从污染土壤上移走，再种第二茬，重复上述过程，直至最终修复镉污染土壤。
本发明具有如下优点：
1.艾蒿的吸收能力强，具有富集系数和转运系数高的特点，它对重金属的吸收、富集和提取可永久地解决土壤重金属镉污染的环境问题。利用艾蒿进行植物修复对环境扰动少，土壤破坏力小。
2.艾蒿的种植可稳定地表，防止重金属污染土壤因风蚀或水土流失而引发污染扩散，而且通过植物蒸腾作用还可以防止或减少重金属污染物对地下水的二次污染。
3.利用艾蒿修复污染土壤的同时也绿化了环境，而且其所累积的重金属可利用先进技术回收，从而创造一定的经济效益。
4.经修复过的土壤，其有机质含量和土壤肥力都会增加，一般适用于农作物种植，也可作为其它用途，比较符合可持续发展战略的要求。
5.在处理效果和修复时间方面具有很强可行性。修复效果：每盆土壤的总镉量3.45mg，经一次艾蒿修复可带走盆中镉量为0.198mg，一次的镉吸收率达5.7％。按照一年种植3茬计算可使盆中土壤总镉量下降0.594mg，这样一年内艾蒿对镉的吸收率可达到17.2％。修复时间：以每盆装土900g，种植艾蒿3株，修复前每盆土壤中的镉总量为3.45mg，经艾蒿修复后，每盆土壤中的镉总量达到国家土壤二级标准值0.3mg·kg-1(6.5<pH<7.5)时，所需修复时间为5～6年。
6.该技术的成本较低，适用于大面积的重金属污染土壤。
具体实施方式
下面结合实例对本发明进一步解释。
实施例1
土样采自沈阳农业大学后山长期定位试验田的耕作层(0～20cm)，该土壤为棕壤，未受重金属污染。自然风干、捣碎、剔除杂物并过2mm筛后，称重900g装入塑料盆(20cm(直径)×30cm(高))中。每盆中以镉溶液(分析纯CdCl2·2.5H2O)形式进行添加，镉浓度分别为0、10、20、50、100mg·kg-1(烘干土重计)。添加后充分混匀，调节土壤含水量为田间持水量的70％。每盆土壤中分别加入尿素400mg·kg-1、磷酸二氢钾200mg·kg-1和硫酸钾300mg·kg-1，用以补充土壤中的N、P、K等营养元素。施入肥料后充分混匀，平衡一周后，移栽已长出2片真叶、长势良好、大小一致的艾蒿幼苗，每盆3株，试验期间定期浇水，经过3个月，沿土表剪取地上部，收集根样，对土壤及植物各部分的镉含量进行测定分析。结果见表1。
表1 单一镉污染处理艾蒿对镉的富集与转运特征(mg·kg-1)
 
处理 根 茎 叶 地上 Ti
T1 0.3 0.1 0.4 0.29 1.67
AC — — — —
T2 34.5 29.7 47.6 35.12 2.01
AC 3.45 2.97 4.76 3.90
T3 55.4 47.9 67.8 61.19 2.09
AC 2.77 2.40 3.39 3.06
T4 88.2 63.8 125.9 105.59 2.15
AC 1.76 1.28 2.52 2.11
T5 164.6 76.6 147.5 111.14 1.36
AC 1.65 0.77 1.48 1.11
AC为富集系数，Ti为转运系数，T1～T5分别为镉添加浓度0、10、20、50、100mg·kg-1。
处理效果：人为添加单一镉浓度为50mg·kg-1时，艾蒿地上部分的镉含量为105.59mg·kg-1，超过了镉超积累植物的临界含量标准值100mg·kg-1，艾蒿根、茎、叶3部分器官镉累积量由大到小的顺序为：叶>根>茎。在该浓度下，艾蒿地上部分富集系数为2.11，同时转运系数达到最大值为2.15，即艾蒿地上部镉含量大于根部镉含量，S/R>1。因此，可确认艾蒿是一种镉超积累植物。
实施例2
土样采自宋三污灌区，土壤自然风干、捣碎、剔除杂物并过2mm筛后，称重900g装入塑料盆中。每盆土壤中分别加入尿素400mg·kg-1、磷酸二氢钾200mg·kg-1和硫酸钾300mg·kg-1，用以补充土壤中的N、P、K等营养元素。施入肥料后充分混匀，平衡一周后，移栽已长出2片真叶、长势良好、大小一致的艾蒿幼苗，每盆3株，试验期间定期浇水，经过3个月，沿土表剪取地上部，收集根样，对土壤及植物各部分的镉含量进行测定分析。结果见表2。
表2 复合污染处理下艾蒿对镉的富集与转运特征(mg·kg-1)
 
重金属 根 茎 叶 地上 AC Ti
Cd 12.33±1.51 8.93±1.23 20.83±2.04 15.94±0.98 3.98 1.31
Cu 10.67±1.30 17.88±1.07 24.52±1.42 24.52±1.42 0.70 2.35
Zn 62.03±4.55 120.65±14.08 90.08±8.50 102.30±9.93 0.32 1.68
Pb 74.67±4.17 21.17±1.38 41.00±1.54 33.29±1.32 0.21 0.44
AC为富集系数，Ti为转运系数。
处理效果：宋三污染土壤镉总量和有效态含量分别约为3.82mg·kg-1和2.23mg·kg-1。在此镉污染浓度下，艾蒿未出现中毒症状，植株生长正常，其富集系数和转运系数分别达到3.98和1.31，艾蒿根、茎、叶3部分器官镉累积量由大到小的顺序为：叶>根>茎。
修复效果：每盆土壤的总镉量3.45mg(每盆装土900g)，经一次艾蒿修复可带走盆中镉量为0.198mg，一次的镉吸收率达5.7％。按照一年种植3茬计算可使盆中土壤总镉量下降0.594mg，这样一年内艾蒿对镉的吸收率可达到17.2％。以每盆装土900g，种植艾蒿3株，修复前每盆土壤中的镉总量为3.45mg，经艾蒿修复后，每盆土壤中的镉总量达到国家土壤二级标准值0.3mg·kg-1(6.5<pH<7.5)，所需修复时间为5～6年。可见，利用艾蒿治理宋三复合污染土壤在效果和修复时间方面是可行的。

Claims (2)

1、一种利用菊科植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于：在含污染物镉的土壤上种植艾蒿，当艾蒿长到成熟期后，将艾蒿整体从污染土壤上移走；在含污染物镉的土壤上种植艾蒿，采用露天栽培，根据土壤缺水情况，浇水，调节土壤含水量为田间持水量的50～90％；在含污染物镉的土壤上种植艾蒿前，向每千克的土壤中分别加入尿素300～500毫克、磷酸二氢钾100～300毫克和硫酸钾200～400毫克。
2、按照权利要求1所述的利用菊科植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于所述的种植艾蒿是指将幼苗期的艾蒿种植在含污染物镉的土壤上。
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