CN103272835A

CN103272835A - 一种利用块根、块茎类植物修复轻度污染农田土壤的方法

Info

Publication number: CN103272835A
Application number: CN2013102090262A
Authority: CN
Inventors: 王晓; 武倩倩; 郦汇源; 徐玉良; 李光星
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2013-09-04

Abstract

一种利用块根、块茎类植物修复轻度污染农田土壤的方法，属于修复污染农田土壤的方法。方案是：在轻度重金属污染的农田土壤上春季种植马铃薯、收获马铃薯之后种植秋红薯，秋季收获红薯后再种植马铃薯，为一个种植周期，收获的块根、块茎对土壤中重金属的富集系数较低，去掉块根、块茎外皮后，其重金属含量满足国家食品安全标准对污染物的限值要求；而其地上茎和叶对土壤中重金属的富集系数较高。这样在轻度重金属污染土壤上多次重复这个种植周期，就可以在不影响土地原有利用价值的基础上，使其地上茎和叶起到修复土壤重金属污染的作用。收获块根、块茎后，地上茎和叶收集后集中安全处置。

Description

一种利用块根、块茎类植物修复轻度污染农田土壤的方法

技术领域

本发明涉及一种修复污染农田土壤的方法，特别是一种利用块根、块茎类植物修复轻度污染农田土壤的方法。

背景技术

我国的土壤污染状况愈加严重，1/5的耕地受到重金属污染。这一状况已经影响到了耕地质量、食品安全甚至是人类的健康。针对这一事实，目前治理土壤重金属污染的方法也是多种多样。较早提出的有客土法、换土法、去表土法这一类物理方法，虽然效果显著，但由于其需要耗费大量的人力物力，所以多用于污染较重、面积小的重金属污染土壤；后来经过研究发现，污染的土壤中能被植物吸收的是可移动的重金属，由此便产生了化学固化的修复方法，在土壤中添加固化剂，降低重金属的生物有效性，但是此种方法会改变土壤理化性质，有毒重金属仍然存在于土壤中，容易造成土壤的二次污染。除此之外各类物理、化学的治理方法也很多：土壤淋洗、电动修复、热处理等等，但大都需要额外的在土壤中加入化学物质或需要消耗电能，均不适用关于我国大面积的中、轻度重金属污染的农田土壤。

由于采用普通的物理、化学治理重金属污染土壤不仅价格昂贵，而且容易造成二次污染，因此人们一直在寻找一种价格低廉、修复效果好的方法。1583年意大利植物学家Cesalpino在意大利托斯卡纳“黑色的岩石”上发现的特殊生存植物，当时并未引起重视，直到1977年Brooks提出“超积累植物”概念，一种新的修复技术才浮出水面——植物修复。植物修复①适用污染因子广泛，不仅适合重金属，同时兼治有机污染；②从生态学角度看，有利于污染场地生态恢复，美化环境；③以太阳能为动力，投入少，成本低，适合大面积商业修复推广；④与其他物理化学方法相比，不会引起二次污染，尤其是不会对地下水构成污染。由于这种种优势，植物修复备受人们的关注，被学术界成为“绿色修复”。多数学者认为植物修复可简单概括为依赖超积累植物的生理耐毒性对土壤中重金属元素进行固定和吸收转运。

尽管超积累植物在修复土壤重金属污染方面表现出很高的潜力，但超积累植物的一些固有特性给植物修复技术带来了很大的限制。主要面临的问题有：①大部分超积累植物植株矮小，生物量低，生长缓慢，因而修复效率受到很大的影响；②超积累植物多为野生型植物，对生物气候条件的要求也比较严格，区域性分布较强，严格的生长条件使成功引种受到严重限制；③植物器官往往会通过腐烂、落叶等途径使重金属重返土壤；④在受污染耕地土壤上种植无经济价值的野生植物，不能达到在不影响土地正常利用和农民正常经济收入的情况下，修复农田的重金属污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用块根、块茎类植物修复轻度污染农田土壤的方法，克服现有的超积累植物固有特性给植物修复技术带来的限制，在不影响农田利用的基础上对目的地轻度重金属污染进行修复。

本发明采用的技术方案是：在轻度重金属污染农田中施入基肥后，1~2月份种植马铃薯，行距40cm，株距35cm，5~6月份收获马铃薯后再施足基肥，***红薯苗，株距20cm，行距60cm，于10~11月份收获红薯，翻耕土地施入基肥，待第二年1~2月份继续种植马铃薯，完成一个种植周期；

将收获的红薯和马铃薯去除表皮，然后将红薯和马铃薯的表皮以及红薯和马铃薯生长的茎和叶收集起来，进行集中安全处置。

所述的基肥为亩施腐熟有机动物粪便1500公斤和15~20公斤钾肥。

所述的马铃薯采用黄皮黄瓤品种；所述的红薯采用红皮白瓤的品种。

所述的集中安全处置是对红薯和马铃薯的表皮以及红薯和马铃薯生长的茎和叶进行安全填埋或焚烧后安全填埋。

有益效果：由于采用了上述方案，在轻度重金属污染的土地上收获的红薯和马铃薯去表皮，由于红薯和马铃薯的表皮重金属含量相对较高，初期种植所得产品应尽量用于生产淀粉制品或制取工业酒精，修复后期可以供直接食用；而地上茎和叶能够在多次种植过程中不断从土壤中富集重金属，将其收集后安全处置，进行安全填埋或焚烧后安全填埋。达到在不影响土地正常利用和农民正常经济收入的情况下，修复农田的重金属污染。通过在轻度重金属污染土壤上重复多次种植周期，克服了现有的超积累植物固有特性给植物修复技术带来的限制，在不影响农田利用的基础上对轻度重金属污染土壤进行修复，达到了本发明的目的。

优点：利用红薯、马铃薯修复轻度重金属污染的农田土壤，操作简单、成本低，修复效果好；本发明种植所得马铃薯块茎和红薯块根重金属含量符合食品安全国家标准的污染物限量（GB2762-2012），食用安全。在修复农田土壤重金属污染的同时，能保证农民获得一定的经济效益，且马铃薯、红薯在我国的西南山区、西北、内蒙和东北等很多地区都是主要种植的作物，易在轻度重金属污染农田推广大面积种植。

具体实施方式

实施例1：在轻度重金属污染农田中施入基肥后， 1~2月份种植马铃薯，行距40cm，株距35cm，5~6月份收获马铃薯后再施足基肥，***红薯苗，株距20cm，行距60cm，于10~11月份收获红薯，翻耕土地施入基肥，待第二年1~2月份继续种植马铃薯，完成一个种植周期；

将收获的红薯和马铃薯去除表皮，然后将红薯和马铃薯的表皮以及红薯和马铃薯生长的茎和叶收集起来，进行安全填埋或焚烧后安全填埋。

采用江苏徐州南郊土壤为供试土壤，于5个60×40×30 cm的白色泡沫箱中进行实验。箱子编号1～5，初期加入有机鸡粪为肥料，加入Pb(NO₃)₂溶液处理土壤至土壤铅含量为：50 mg/kg、400 mg/kg、700 mg/kg、1000 mg/kg、1300 mg/kg，其中1号为空白处理，土壤静置5天后，每个箱子***红皮白瓤红薯苗3株。植物生长期间根据土壤水分情况浇水，植物生长120天后，收获植物块根和地上茎叶，同时在每个箱子中多点采集土壤样品测定。植物和土壤样品用国家标准方法预处理后用ICP-MS测定铅含量。测定结果收获作物后1～5号箱子中的土壤含铅量为：48.6068 mg/kg，370.2650 mg/kg，580.6755 mg/kg，735.3485 mg/kg，842.8418 mg/kg，可见用红薯修复土壤重金属污染是可行的；收获红薯块根、地上茎和叶中的铅含量见表1

表1 红薯各组织铅含量（mg/kg）

编号	1	2	3	4	5
						块根表皮	0.1375	4.4313	6.4503	6.8810	7.2210
块根	未检出	未检出	0.1753	0.2864	0.8219
						地上茎	2.4432	12.8472	29.9651	31.3810	32.6578
叶	1.4785	9.0767	13.6190	14.6210	14.6232

从表中看出土壤铅含量≥700mg/kg的1、2和3号实验箱中收获的红薯块根都满足国家食品安全标准对于薯类铅含量的要求（<0.2mg/kg）；而地上茎和叶对于土壤中的铅有一定的吸附效果。可见，在轻度污染的土壤种植红薯能够起到修复重金属污染效果，同时还能保证食品的安全性。

实施例2：采用江苏徐州南郊土壤为供试土壤，于5个60×40×30 cm的白色泡沫箱中进行实验。箱子编号1～4，初期加入有机鸡粪为肥料，加入Pb(NO₃)₂溶液处理土壤至土壤铅含量为：50 mg/kg、400 mg/kg、700 mg/kg、1300 mg/kg，其中1号为空白处理，土壤静置5天后，每个箱子中种植黄皮黄瓤的马铃薯种薯2株。植物生长期间根据土壤水分情况浇水，植物生长100天后，收获植物块茎和地上茎叶，样品用国家标准方法预处理后用ICP-MS测定铅含量。测定结果见表2。

表2 马铃薯各组织铅含量

编号	1	2	3	4
					块茎表皮	未检出	1.9035	3.4511	8.2166
块茎	未检出	0.1117	0.1939	0.9218
					地上部分	1.8113	16.0468	19.3475	27.1080

从表中看出土壤铅含量≥700mg/kg的1、2和3号实验箱中收获的马铃薯块茎都满足国家食品安全标准对于薯类铅含量的要求（<0.2mg/kg）；而地上部分对于土壤中的铅有一定的吸附效果。可见，在轻度污染的土壤种植马铃薯能够起到修复重金属污染效果，同时还能保证食品的安全性。

实施例3：采用江苏徐州南郊土壤为供试土壤，于10个直径25cm的花盆中进行实验。花盆编号0~4，设置两组平行样，其中0号为空白样品。初期在花盆中加入有机鸡粪为肥料。实验用硝酸铅、四水和硝酸镉溶液处理土壤至不同浓度水平，分别采用多点取样法取初始土壤样品测定。土壤静置5天后，分别***1株红皮白瓤红薯苗。植物生长过程中根据土壤情况浇水，120天后收获红薯块根和地上部分，同时多点采集土壤样品。样品用国家标准方法预处理后用ICP-MS测定铅含量。测定结果见表3、4。

表3 红薯各组织与土壤铅含量（mg/kg）

编号	0	1	2	3	4
						初始土壤	48.0310	217.7845	317.2010	382.5818	490.3275
收获后土壤	44.6357	147.8715	233.3307	291.3254	373.5173
						块根表皮	未检出	0.1625	0.3664	0.9214	1.6533
块根	未检出	0.0810	0.0947	0.1397	0.1456
						地上部分	未检出	0.4675	2.3376	5.2276	9.2186

表4 红薯各组织与土壤镉含量（mg/kg）

编号	0	1	2	3	4
						初始土壤	0.0973	0.1835	0.4694	0.8361	1.2825
收获后土壤	0.0956	0.1789	0.3313	0.6966	1.0211
						块根表皮	未检出	0.0168	0.0592	0.0936	0.1225
块根	未检出	0.0012	0.0291	0.0659	0.0926
						地上部分	未检出	0.0205	0.0922	0.1532	0.1968

从表中看出，五组实验中红薯块根中铅、镉的含量均在国家食品安全标准规定的污染物限值的范围内（Pb<0.2mg/kg，Cd<0.1mg/kg）。与此同时，比较种植红薯前后土壤中铅、镉含量的变化可以看出，红薯的种植对于土壤重金属污染的修复有一定的作用。因此，对于轻度重金属污染的农田土壤，红薯可以在不影响其食用价值的同时，对污染土壤进行修复。

Claims

1.一种利用块根、块茎类植物修复轻度污染农田土壤的方法，其特征是：在轻度重金属污染农田中施入基肥后， 1~2月份种植马铃薯，行距40cm，株距35cm，5~6月份收获马铃薯后再施足基肥，***红薯苗，株距20cm，行距60cm，于10~11月份收获红薯，翻耕土地施入基肥，待第二年1~2月份继续种植马铃薯，完成一个种植周期；

将收获的红薯和马铃薯去除表皮，然后将红薯和马铃薯的表皮以及红薯和马铃薯生长的茎和叶收集后，集中安全处置。

2.如权利要求1所述的一种利用块根、块茎类植物修复轻度污染农田土壤的方法，其特征是：所述的基肥为亩施腐熟有机动物粪便1500公斤和15~20公斤钾肥。

3.如权利要求1所述的一种利用块根、块茎类植物修复轻度污染农田土壤的方法，其特征是：所述的马铃薯采用黄皮黄瓤品种；所述的红薯采用红皮白瓤的品种。

4.如权利要求1所述的一种利用块根、块茎类植物修复轻度污染农田土壤的方法，其特征是：所述的集中安全处置是对红薯和马铃薯的表皮以及红薯和马铃薯生长的茎和叶进行安全填埋或焚烧后安全填埋。