CN101491810A - 利用植物阻控铀尾矿渣重金属移迁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用植物阻控铀尾矿渣重金属污染物移迁的方法。选用抗旱性强和能固持不同重金属的盐肤木(Rhus chinensis)、山黄麻(Trema orientalis)、密蒙花(Buddleja officinalis)、黄香草木犀(Melilotus officinalis)和雾水葛(Pouzolzia zeylanica)五种植物，将它们搭配种植，同时施用草木炭和磷肥，短时间里在铀尾矿渣污染区建立植被。通过重建植被，污染土壤的氮含量显著增加，其水溶性铀等重金属含量显著降低。本方法选用的植物都是本地种，取材方便，易繁殖栽培，生长快；另外，本方法具有控制污染效率好、能改良土壤和美化环境等优点。本方法可用于各类矿山退化生态***重金属的污染控制和植被重建。

Description

利用植物阻控铀尾矿渣重金属移迁的方法

技术领域

本发明涉及一种污染土壤的植物修复方法，尤其涉及一种利用植物阻控铀尾矿渣重金属污染物移迁的方法。

背景技术

重金属污染的防治是当前国际恢复生态学与环境科学研究的热点和难点问题。我国铀尾矿堆存量大、占地面积广，而且其堆存区离村落近。由于铀尾矿渣的重金属含量高、营养贫乏和持水力弱，造成铀尾矿渣堆存地域植被缺乏，水土流失严重，重金属随雨水与扬尘扩散，对周边环境和居民健康造成危害。治理和控制铀尾矿渣污染符合国家可持续发展的要求。

采用物理法和化学法等技术修复大面积重金属污染费用高昂，对环境有破坏性，在实践中难以推行。植物修复重金属污染具有技术可靠、操作简便、成本低、对环境友好和适用于大面积污染修复阻控等经济和技术方面优势。

植物修复尾矿渣污染主要涉及植物提取和植物固定两方面。尾矿渣中污染物总量大，种类复杂多样，污染严重，分布深。采用植物提取修复尾矿渣污染所需周期长，在实践中难以推行。另外，植物地上部分富集金属后，可造成以下环境风险：(1)通过植食动物采食进入食物链；(2)植物落叶等随风飘落到周边地区而扩散污染；(3)凋落物落到地表，造成表层土壤污染物积累。当污染物是放射性核素时，这些风险尤为突出。植物固定修复所需的适宜植物应具有吸收污染物能力小或根部吸收污染物多而转运能力弱，生物量高，根系发达，生长快，对污染物耐性强等特征。筛选适用于固定阻控污染所需的适宜植物较容易，在污染区建立植被来阻控污染物扩散所需时间较短，污染物通过植物传递的风险小。因此，在尾矿渣污染区，采用植物固定阻控污染物移迁最佳。

在铀尾矿渣堆存区进行植物固定修复时，有些植物可将吸收的重金属大部分固定在其根部，有些植物可通过其根系分泌物及其凋落物的分解物与重金属结合形成难溶化合物，从而阻控重金属移迁扩散。另外，重建的植被可控制土壤侵蚀和水土流失，还能改良土壤、恢复受污染土壤的功能和美化环境。

基于铀尾矿渣的重金属种类多，含量高，营养贫乏，持水力弱，而且含有铀等放射性核素，筛选适用于铀尾矿渣堆存区植被重建的目标植物时，要符合以下要求：(1)对铀尾矿渣胁迫的耐受性强，富集的重金属大部分只分布在植物根部或吸收积累重金属的能力弱；(2)耐旱性强；(3)有的植物能固氮，将固氮植物与其它植物混种在一起，可为其它植物提供氮。铀尾矿渣含有大量的铀、锰、镉和铅等多种重金属。许多植物根部往往只对其中一种或少数几种重金属具有高积累和固定作用，单一种植一种植物只能固定控制一种或几种重金属。因此，将几种根部能富集不同重金属的植物搭配种植，既可提高阻控效果又可节省时间，增加植物群落的物种多样性，增强修复的生态***稳定性。

基于以上原因，申请者通过野外调查和人工模拟控制实验，筛选出一些在铀尾矿渣污染土壤上生长旺盛，抗旱性强，对重金属耐受性强，而且能富集不同重金属的植物，将这些植物进行搭配栽植来控制铀尾矿渣污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用植物阻控铀尾矿渣重金属污染物移迁的方法。本方法所选用的植物都是本地种，在铀尾矿渣污染土壤上生长旺盛，耐旱性强，存活率高，并且能富集不同重金属。

本发明的技术方案为：在铀尾矿渣污染区打造种植穴，搭配种植多种植物，将盐肤木(Rhus chinensis)、山黄麻(Trema orientalis)和密蒙花(Buddleja officinalis)这三种植物采用间种方式栽培在第一行，将黄香草木犀(Melilotus officinalis)种植在第二行，将雾水葛(Pouzolzia zeylanica)种植在第三行，依此循环。

所述植物的种植穴呈直线排列，种植穴的长为40-60cm、宽为30-40cm、深为30-50cm；种植穴的长轴方向与栽培植物的行的方向相同。

种植所述植物时，相邻两植物行的间距为45cm，第一行中相邻两种植穴的间距为100cm，第二行中相邻两种植穴的间距为40cm，第三行中相邻两种植穴的间距为50cm。

种植所述植物时，在每个种植穴中施填混合基质500-750g。

所述混合基质的组份为草木炭和磷肥，配制混合基质时各组份的重量比为：草木炭92-98％，磷肥2-8％。

栽培植物时，采用种子或者幼苗。

本发明的原理是：雾水葛是一种多年生草本植物，高15-60cm，根主要分布在0-30cm土壤表层。黄香草木犀是一种一年生的豆科草本植物，高100-280cm，根分布在0-80cm深的土壤。盐肤木是一种多年生木本植物，株高300-520cm，根在土壤的分布深度为0-300cm。山黄麻是一种多年生灌木，高280-350cm，根系发达，分布深度为0-250cm。密蒙花是一种多年生灌木，高150-280cm，根系发达，分布深度为0-220cm。

将上述植物栽培于铀尾渣污染土壤中时，植物能正常生长。雾水葛根部积累的铅多，平均为2908.5mg.kg^-1，地上部分铅平均含量为19mg.kg^-1。黄香草木犀根部铀含量多，平均含量为1706mg.kg^-1，地上部分铀含量少，难以检测出。盐肤木根部富集较多的镉和锰，其根部镉和锰平均含量各为279和23627mg.kg^-1，其地上部分镉和锰平均含量各为22和1392mg.kg^-1。山黄麻根部积累的锰和铀多，锰和铀平均含量各为1788和2327mg.kg^-1，地上部分锰和铀平均含量各为127和0.7mg.kg^-1。密蒙花根部积累的锌和铅多，平均含量各为6743和6803mg.kg^-1，地上部分的锌和铅平均含量各为921和3403mg.kg^-1。

草木炭具有增强持水力和调控肥料缓慢释放的作用，可增强植物抗旱性和减少肥料流失；磷肥中的磷酸根离子能与部分重金属结合形成难溶于水的沉淀，减少其移迁扩散。

本发明的有益效果：

(1)所用的五种植物生长快，在短时间内就可形成较好的植被。

(2)所用五种植物具有较强的抗旱性，而且还具有不同的固持重金属的能力，将它们混合种植物时，可以达到同时固定多种重金属和防止其移迁的功效。

(3)黄香草木犀是种豆科植物，具有固氮功能，可以增加基质氮含量，为搭配种植的其它植物提供氮源。

(4)黄香草木犀可以通过种子繁殖，雾水葛、盐肤木、山黄麻和密蒙花都是多年生的植物，也可以通过种子繁殖，在第一次人工栽培后，就可通过自身繁育维持植被的持续久存。

(5)所用的草木炭能吸附水分和肥料，具有增强基质持水力，调控水分和肥料缓慢释放的作用，增加抗旱性，减少肥料流失，有利于植物生长。

(6)磷肥可为植物生长提供磷源。此外，磷肥中的磷酸根离子能与部分重金属离子结合形成难溶于水的沉淀，减少其移迁。

(7)本发明提供了利用多种植物混种控制铀尾矿查重金属污染物移迁的绿色技术，可减少尾矿渣堆存区水土流失，阻控污染物扩散，同时具有美化环境功能。本技术可用于各类矿山退化生态***重金属的污染控制和植被重建。

(8)该方法既具有物种多样性高，植物都是本地种，取材方便，易生长、重建植被时间短，控制污染高效，环境风险小等多项优点。

具体实施方式：

下面结合具体实施方式对本发明作详细描述。

实施例1

植物材料：雾水葛(Pouzolzia zeylanica)、黄香草木犀(Melilotusoffivinalis)、盐肤木(Rhus chinensis)、山黄麻(Trema orientalis)和密蒙花(Buddleja officinalis)。

其它材料：草木炭和磷肥。

先按重量比例配制草木炭与磷肥混合基质：草木炭92％，磷肥8％。在铀尾矿渣污染区按直线排布方式打造种植穴，种植穴的大小为：长40cm、宽30cm、深30cm；种植穴的长轴方向与栽培植物的行的方向相同。在每个植物穴中施填草木炭和磷肥混合基质500g。将盐肤木、山黄麻和密蒙花这三种植物幼苗采用间种方式栽培在第一行，该行中两相邻种植穴之间的距离为100cm，每个种植穴只种一种植物，每个种植穴的幼苗数为4株。将黄香草木犀种植在第二行，该行中两相邻种植穴之间的距离为40cm，每个种植穴的幼苗数量为10株。将雾水葛种植在第三行，该行中两相邻种植穴之间的距离为50cm，每个种植穴幼苗数量为16株。两相邻种植行之间的距离为45cm。依此循环种植，栽培植物时，采用种子或幼苗都可行，但以栽种幼苗最佳。

申请人于2006年2月至2008年6月在衡阳二七二厂退役铀尾矿库区，按上述方法进行了野外实验。并测定栽种植物处和未栽培植物对照地的污染土壤中的有机质、总氮和水溶性铀含量(见表)。与对照土壤相比，栽培植物的污染土壤中的氮显著增加，其水溶性铀、镉、铅、锌和锰含量显著下降。

表1栽培植物对铀尾矿渣污染土壤的总氮与水溶性重金属的影响

注：不同字母表示同一列中处理与对照间的差异显著(p＜0.05)

实施例2

植物材料：雾水葛(Pouzolzia zeylanica)、黄香草木犀(Melilotusoffivinalis)、盐肤木(Rhus chinensis)、山黄麻(Trema orientalis)和密蒙花(Buddleja officinalis)。

其它材料：草木炭和磷肥。

先按重量比例配制草木炭与磷肥混合基质：草木炭98％，磷肥2％。在铀尾矿渣污染区按直线排布方式打造种植穴，种植穴的大小为：长60cm、宽40cm、深50cm；种植穴的长轴方向与栽培植物的行的方向相同。在每个植物穴中施填草木炭和磷肥混合基质750g。将盐肤木、山黄麻和密蒙花这三种植物幼苗采用间种方式栽培在第一行，该行中两相邻种植穴之间的距离为100cm，每个种植穴只种一种植物，每个种植穴幼苗数量为6株；将黄香草木犀种植在第二行，该行中两相邻种植穴之间的距离为40cm，每个种植穴中的幼苗数量为16株；将雾水葛种植在第三行，该行中两相邻种植穴之间的距离为50cm，每个种植穴幼苗数量为20株。两相邻种植行之间的距离为45cm。依此循环种植，栽培植物时，采用种子或幼苗都可行，但以栽种幼苗最佳。

申请人于2006年2月至2008年6月在衡阳二七二厂退役铀尾矿库区，按上述方法进行了野外实验。并测定栽种植物处和未栽培植物对照地的污染土壤中的有机质、总氮和水溶性铀含量(见表)。与对照土壤相比，栽培植物的污染土壤中的氮显著增加，其水溶性铀、镉、铅、锌和锰含量显著下降。

表2 栽培植物对铀尾矿渣污染土壤的总氮与水溶性重金属的影响

注：不同字母表示同一列中处理与对照间的差异显著(p＜0.05)

实施例3：

植物材料：雾水葛(Pouzolzia zeylanica)、黄香草木犀(Melilotusoffivinalis)、盐肤木(Rhus chinensis)、山黄麻(Trema orientalis)和密蒙花(Buddleja officinalis)。

其它材料：草木炭和磷肥。

先按重量比例配制草木炭与磷肥混合基质：草木炭95％，磷肥5％。在铀尾矿渣污染区按直线排布方式打造种植穴，种植穴的大小为：长50cm、宽35cm、深40cm；种植穴的长轴方向与栽培植物的行的方向相同。在每个植物穴中施填草木炭和磷肥混合基质600g。将盐肤木、山黄麻和密蒙花这三种植物幼苗采用间种方式栽培在第一行，该行中两相邻种植穴之间的距离为100cm，每个种植穴只植一种植物，每个种植穴幼苗数量为5株；将黄香草木犀种植在第二行，该行中两相邻种植穴之间的距离为40cm，每个种植穴幼苗数量为13株；将雾水葛种植在第三行，该行中两相邻种植穴之间的距离为50cm，每个种植穴栽培幼苗数量为18株。两相邻种植行之间的距离为45cm。依此循环种植，栽培植物时，采用种子或幼苗都可行，但以栽种幼苗最佳。

申请人于2006年2月至2008年6月在衡阳二七二厂退役铀尾矿库区。按上述方法进行了野外实验。并测定栽种植物处和未栽培植物对照地的污染土壤中的有机质、总氮和水溶性铀含量(见表)。与对照土壤相比，栽培植物的污染土壤中的氮显著增加，其水溶性铀、镉、铅、锌和锰含量显著下降。

表3 栽培植物对铀尾矿渍污染土壤的总氮与水溶性重金属的影响

注：不同字母表示同一列中处理与对照间的差异显著(p＜0.05)

Claims (6)

1、一种利用植物阻控铀尾矿渣重金属移迁的方法，其特征是，在铀尾矿渣污染区打造种植穴，种植穴呈直线排列，种植穴的长为40-60cm、宽为30-40cm、深为30-50cm；种植穴长轴方向与栽培植物行的方向相同。

2、根据权利1所述的利用植物阻控铀尾矿渣重金属移迁的方法，其特征是，搭配种植多种植物，将盐肤木(Rhus chinensis)、山黄麻(Trema orientalis)和密蒙花(Buddleja officinalis)这三种植物采用间种方式栽培在第一行，将黄香草木犀(Melilotus officinalis)种植在第二行，将雾水葛(Pouzolzia zeylanica)种植在第三行，依此循环。

3、根据权利1或2所述的利用植物阻控铀尾矿渣重金属移迁的方法，其特征是，种植所述植物时，相邻两植物行的间距为45cm，第一行中两相邻种植穴的间距为100cm，第二行中两相邻种植穴的间距为40cm，第三行中两相邻种植穴的间距为50cm。

4、根据权利1或2所述的利用植物阻控铀尾矿渣重金属移迁的方法，其特征是，种植植物时，在每个种植穴中施填混合基质500-750g。

5、根据权利4所述的利用植物阻控铀尾矿渣重金属移迁的方法，其特征是，所述混合基质的组份为草木炭和磷肥，配制混合基质时各组份的重量比为：草木炭92-98％，磷肥2-8％。

6、根据权利1所述的利用植物阻控铀尾矿渣重金属移迁的方法，其特征是，栽培植物时，采用种子或者幼苗。