CN108435769A - 一种利用红豆杉修复重金属污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用红豆杉修复重金属污染土壤的方法，该方法包括以下步骤：将红豆杉种植在重金属污染土壤中进行栽培，完成对重金属污染土壤的修复。本发明利用红豆杉修复重金属污染土壤的方法，具有操作简单、成本低、经济效益高、修复效果好等优点，解决了现有重金属污染土壤修复技术中植物存在的生物量低、吸收积累重金属总量少、只对单一重金属有耐性和富集能力、经济效益差、植物田间管理繁杂、管理成本高、实际应用综合效果不大等问题。无论从生态学角度，还是从经济学角度，本发明方法都具有重要的现实意义。

Description

一种利用红豆杉修复重金属污染土壤的方法

技术领域

本发明属于污染环境的植物修复技术领域，涉及一种利用红豆杉修复重金属污染土壤的方法。

背景技术

土壤是人类活动发展与生存所需要的条件基础，也是社会发展最基本的自然资源之一。然而，由于工业的发展和不合理的人类活动，同时随着大量的矿物资源的开发利用，以及工业中各种化学产品、农药及化肥的普遍使用，重金属污染物经过大气、水环境等途径进入土壤，而重金属污染物存在以下危害：不能被化学或生物降解、易通过食物链途径在植物，动物和人体内大量积累、毒性大，对生态环境、食品安全和人体健康构成严重威胁。土壤重金属污染的问题日益严重，受到人们的高度重视，因而急需采取措施有效去除土壤中的重金属污染物，实现对重金属污染土壤的有效修复。

修复重金属污染的土壤是指使用一系列技术以降低土壤中重金属的有效态和活性组分从而达到降低或者清除土壤中的重金属、恢复土壤生态***的正常功能，使得土壤中的重金属向食物链或地下河中的转移量减少的技术和方法。重金属污染土壤修复技术分为物理方法、化学方法和生物方法。具体来说，物理方法有玻璃化技术、土壤冲洗法、原地土壤淋滤法、电动力处理法；化学方法包括化学淋洗法、溶剂浸堤法、氧化还原法等。虽然这些技术已有一些案例成功地应用于修复实践，但在技术上、经济上仍然存在一些困难与问题，也难以为公众所接受，却对污染面积较大的土壤更是难以应用。

生物方法包括微生物修复和植物修复。由于微生物代谢特性，微生物一直是特别受到关注的生物类群，但其只对有机污染物的降解作用，并不能用于清除污染土壤中的重金属。近年来，利用植物对环境进行修复是一个更经济、更适于现场操作的去除环境污染物的技术，而该技术对重金属修复效果的关键在于修复植物品种的选择和改良措施的应用。然而，现有植物修复技术采用的植物存在以下问题：受季节限制，生长情况差；地上部分生物量低；吸收积累重金属总量少；只对单一重金属有耐性和富集能力；修复后得到的植株只能焚烧，不具备再利用价值，经济效益差；实际应用综合效果差等，这些问题严重限制了植物修复技术在修复重金属污染土壤中的广泛应用。另外，红豆杉是一种天然珍稀的抗癌植物，从其植株中提取的紫杉醇是世界公认的广谱、低毒、高效的抗癌药物，价格昂贵，但是至今为止，并没有红豆杉对重金属的抗性与富集情况的报道，也未见利用红豆杉修复重金属土壤的报道。因此，亟需获得一种操作简单、成本低、经济效益高、修复效果好的利用红豆杉修复重金属污染土壤的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作简单、成本低、经济效益高、修复效果好的利用红豆杉修复重金属污染土壤的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种利用红豆杉修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：将红豆杉种植在重金属污染土壤中进行栽培，完成对重金属污染土壤的修复。

上述的方法，进一步改进的，所述红豆杉为南方红豆杉和/或曼地亚红豆杉。

上述的方法，进一步改进的，所述红豆杉在春季、夏季或秋季种植。

上述的方法，进一步改进的，所述栽培过程中按照苗木自然生长的管理方式进行管理，包括对重金属污染土壤进行施肥。

上述的方法，进一步改进的，所述施肥的周期为每季度施肥一次；所述施肥过程中肥料的施加量为每千克重金属污染土壤中施加肥料0.04g～0.12g；所述施肥过程中施加的肥料以水溶性的形式加入到重金属污染土壤中。

上述的方法，进一步改进的，所述施肥过程中施加的肥料为复合肥；所述复合肥包括三聚磷酸铵、黄腐酸钾、硝酸铵和氯化钾；所述三聚磷酸铵、黄腐酸钾、硝酸铵和氯化钾的质量比为0.5～1∶0.5～1∶0.25～0.5∶0.25～0.5。

上述的方法，进一步改进的，所述栽培过程中还包括：对重金属污染土壤进行松土和浇水；对红豆杉进行防冻管理和防病虫害管理。

上述的方法，进一步改进的，所述栽培的周期为1年～2年。

上述的方法，进一步改进的，所述重金属污染土壤中的重金属包括Pb、Zn、Cu、Cd中的至少一种。

上述的方法，进一步改进的，所述栽培后得到的红豆杉用于提取紫杉醇。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明提供了一种利用红豆杉修复重金属污染土壤的方法，将红豆杉种植在重金属污染土壤中进行栽培，完成对重金属污染土壤的修复。本发明中，红豆杉具有对重金属的耐受性强的优点，利用这一特性将红豆杉直接种植于重金属污染土壤中进行栽培，红豆杉能在重金属污染土壤中正常生长，没有明显的毒害症状；同时，红豆杉还具有对多种重金属富集能力强的优点，利用这一特性红豆杉自然生长过程中能够将土壤中的重金属吸收、富集到红豆杉的根部、茎部和叶部，通过收割和处理红豆杉成熟植株，从而去除土壤中的重金属污染物，实现对重金属污染土壤的有效修复。可见，本发明利用红豆杉处理重金属污染土壤的方法中，红豆杉对土壤中的多种重金属均有着很强的吸收、富集能力，能够吸收积累大量的重金属，也能同时富集多种重金属，特别的，红豆杉对于重金属Zn、Cd具有更好的吸收、富集能力，重金属Zn、Cd在红豆杉中的含量达到了较高的富集水平，因而利用红豆杉处理重金属污染土壤时，能够有效去除土壤中的重金属污染物，从而达到修复重金属污染土壤的目的。与此同时，修复重金属污染土壤后的红豆杉(包括根、茎、树皮、叶)还能用于提取经济价值高、药用价值高的癌症治疗药物紫杉醇，不仅能够避免红豆杉可能造成的二次环境污染问题，而且能够带来较好的经济效益，具有较高经济价值和实际应用价值。因此，本发明利用红豆杉修复重金属污染土壤的方法，具有操作简单、成本低、经济效益高、修复效果好等优点，解决了现有重金属污染土壤修复技术中植物存在的生物量低、吸收积累重金属总量少、只对单一重金属有耐性和富集能力、经济效益差、植物田间管理繁杂、管理成本高、实际应用综合效果不大等问题。无论从生态学角度，还是从经济学角度，本发明利用红豆杉修复重金属污染土壤的方法都具有重要的现实意义。

(2)本发明中，红豆杉还具有以下优点：对土壤的适应性强，生长旺盛，地上部分发达，生物量大，耐荫树种，喜温暖湿润，年增长量可达40cm-80cm，栽培简单，栽培管理费低，苗木价格便宜，适合于大规模使用。

(3)本发明中，所用肥料为包括三聚磷酸铵、黄腐酸钾、硝酸铵和氯化钾的复合肥，将该肥料施加到重金属污染土壤中，不仅能提供红豆杉生长的营养元素，保证其正常生长，同时还能活化土壤重金属，促进红豆杉对重金属元素的吸收，相比其他复合肥，对土壤中重金属的吸收量增加20％-45％。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

图1为本发明实施例1中修复重金属污染土壤后红豆杉根部重金属含量的柱状图。

图2为本发明实施例1中修复重金属污染土壤后红豆杉茎部重金属含量的柱状图。

图3为本发明实施例1中修复重金属污染土壤后红豆杉叶部重金属含量的柱状图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

以下实施例中，所采用的材料和仪器均为市售，若无特别说明，所得数据均是三次以上重复实验的平均值。

实施例1

一种利用红豆杉修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：

(1)取湖南醴陵地区受重金属污染的农田土壤作为重金属污染土壤，具体取样方法为：供试土壤采集于重金属污染农田，采样深度为0～30cm；采用多点取样，混合土样由3个以上分布点样品组成。土壤样品取回后，将土块压碎，除去残根、杂物，铺成薄层，经常翻动；在阴凉、洁净、无污染处自然风干；风干土样用有机玻璃棒或木棒压碎，过80目尼龙筛，用微波消解法测重金属的本底值。该重金属污染土壤为含有重金属Pb、Zn、Cu和Cd的复合污染土壤，各重金属的本底值见表1。

表1重金属污染土壤中各重金属的本底值

重金属	Pb	Zn	Cu	Cd
					本底值(mg/kg)	95.53	148.25	23.85	0.82

(2)取20kg步骤(1)中过筛后的重金属污染土壤装入花盆中，在土壤装盆后保持盆栽土壤的湿润，得到装有重金属污染土壤的花盆。所采用花盆的尺寸为上缘口径33cm、下缘口径30cm、高30cm。

(3)在步骤(2)得到的装有重金属污染土壤的花盆中进行红豆杉的实验种植，具体为：在春季，选择健康的红豆杉(具体为南方红豆杉)幼苗种植在步骤(2)花盆中，利用花盆中的重金属污染土壤对红豆杉幼苗进行栽培1年。对红豆杉幼苗的栽培设置三个平行培育实验组，每个培育盆栽中种植4株红豆杉苗木。

步骤(3)的栽培过程中按照苗木自然生长的管理方式进行管理，包括：对盆栽土壤(即为花盆中的重金属污染土壤)进行松土、施肥和浇水；做好对红豆杉幼苗的防冻措施；做好对生长过程中红豆杉的病虫害管理。

对盆栽土壤的施肥，具体为：在栽培过程中，往盆栽土壤中施加肥料，每个季度施肥一次，其中肥料的施加量为每千克盆栽土壤(重金属污染土壤)中施加肥料0.04g(即0.8克/盆)，施加的肥料以水溶性的形式加入到重金属污染土壤中。所采用的肥料为复合肥，该复合肥中包括三聚磷酸铵、黄腐酸钾、硝酸铵和氯化钾，这四种成分的质量比为1∶1∶0.5∶0.5。通过施加上述复合肥，不仅能提供红豆杉生长的营养元素，保证其正常生长，同时还能活化土壤重金属，促进红豆杉对重金属元素的吸收。与其他肥料相比，本发明对土壤中重金属的吸收量能够增加20％-45％。

栽培完成后，采集红豆杉样品：将红豆杉植株从土壤中挖出，用自来水将植株表面(特别是根部)的泥土彻底清洗干净，不能残留土壤。把红豆杉植株体的各个部位分离开，分别为根部、茎部、叶部。用去离子水将红豆杉根部、茎部、叶部分别清洗3遍，沥干水分后装入信封袋，放入烘箱内。先在105℃杀青2小时，然后调至60℃下烘48小时。烘好的植物干样用粉碎机粉碎后用实物样品消解方法处理，根据样品中重金属浓度和仪器最低检测限用石墨炉-原子吸收分光光度计法测定样品中重金属浓度，结果如图1-3所示。

图1为本发明实施例1中修复重金属污染土壤后红豆杉根部重金属含量的柱状图。图2为本发明实施例1中修复重金属污染土壤后红豆杉茎部重金属含量的柱状图。图3为本发明实施例1中修复重金属污染土壤后红豆杉叶部重金属含量的柱状图。

由图1-3可见，在盆栽种植一年后红豆杉各个部位均积累有重金属Pb、Zn、Cu、Cd，其中红豆杉各个部位中重金属Zn的含量远高于其他重金属元素，各个部位中重金属Zn的含量呈现出茎>叶>根的规律，分别为423.70mg/kg、226.763mg/kg和160.175mg/kg。红豆杉根部、茎部、叶部中重金属Zn的含量均超过了受试土壤重金属Zn的本底含量，这说明受试红豆杉品种对污染土壤中重金属Zn有着较强的吸收、富集能力。

同时，由图1-3可见，红豆杉各个部位中Pb、Cu、Cd的含量呈现统一的规律，即根>茎>叶。与土壤本底值相比较，Pb、Cu在红豆杉各个部位均有一定含量的积累，但浓度偏低；红豆杉根、茎中重金属Cd的含量均远高于受试土壤重金属Cd的本底含量，分别达到了9.825mg/kg、5.095mg/kg，分别是土壤本底值的11.98倍和6.21倍。

另外，将本实施例中得到的红豆杉样品(包括根、茎、叶)用于提取紫杉醇。结果表明，利用修复重金属污染土壤后的红豆杉(包括根、茎、叶)提取紫杉醇，没有对紫杉醇的品质造成影响，可以得到纯度高、经济价值高昂的紫杉醇。

综合以上结果表明，本发明中，红豆杉对土壤中的多种重金属均有着很强的吸收、富集能力，用于处理重金属污染土壤时，能够有效去除土壤中的重金属污染物，从而达到修复重金属污染土壤的目的；同时修复重金属污染土壤后的红豆杉还能用于提取经济价值高、药用价值高的癌症治疗药物紫杉醇，不仅能够避免红豆杉可能造成的二次环境污染问题，而且能够带来较好的经济效益，具有较高经济价值和实际应用价值。因此，本发明利用红豆杉修复重金属污染土壤的方法，具有操作简单、成本低、经济效益高、修复效果好等优点，解决了现有重金属污染土壤修复技术中植物存在的生物量低、吸收积累重金属总量少、只对单一重金属有耐性和富集能力、经济效益差、植物田间管理繁杂、管理成本高、实际应用综合效果不大等问题。无论从生态学角度，还是从经济学角度，本发明利用红豆杉修复重金属污染土壤的方法都具有重要的现实意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用红豆杉修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，包括以下步骤：将红豆杉种植在重金属污染土壤中进行栽培，完成对重金属污染土壤的修复。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述红豆杉为南方红豆杉和/或曼地亚红豆杉。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述红豆杉在春季、夏季或秋季种植。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述栽培过程中按照苗木自然生长的管理方式进行管理，包括对重金属污染土壤进行施肥。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述施肥的周期为每季度施肥一次；所述施肥过程中肥料的施加量为每千克重金属污染土壤中施加肥料0.04g～0.12g；所述施肥过程中施加的肥料以水溶性的形式加入到重金属污染土壤中。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述施肥过程中施加的肥料为复合肥；所述复合肥包括三聚磷酸铵、黄腐酸钾、硝酸铵和氯化钾；所述三聚磷酸铵、黄腐酸钾、硝酸铵和氯化钾的质量比为0.5～1∶0.5～1∶0.25～0.5∶0.25～0.5。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述栽培过程中还包括：对重金属污染土壤进行松土和浇水；对红豆杉进行防冻管理和防病虫害管理。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述栽培的周期为1年～2年。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述重金属污染土壤中的重金属包括Pb、Zn、Cu、Cd中的至少一种。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述栽培后得到的红豆杉用于提取紫杉醇。