CN108636998A - 一种利用高羊茅猎狗五号修复锰矿地区重金属污染偏碱性土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于重金属污染土壤治理技术领域，具体公开了一种利用高羊茅猎狗五号修复锰矿地区重金属污染偏碱性土壤的方法。以适应性广、耐热性良好、出芽率和存活率高、根系发达、具有极强的抗逆性与抗病性，对镉具有很强的抗性及吸附性能的高羊茅猎狗五号为植物修复材料，每平米14‑18克猎狗五号种子，播撒在锰矿区偏碱性的污染土壤中；根据土壤理化性质营养分级，补充所需营养物质，在重金属污染偏碱性土壤加入有机肥和骨粉，可以有效改良土壤，促进高羊茅生长，以达到植物修复的效果；猎狗五号耐刈割，生长速度快，可以有效提取土壤中的重金属。这样不仅能够修复重金属污染偏碱性土壤，还能美化矿区周边环境，达到良好的生态效益。

Description

一种利用高羊茅猎狗五号修复锰矿地区重金属污染偏碱性土 壤的方法

技术领域

本发明涉及重金属污染土壤治理技术领域，尤其涉及一种利用高羊茅猎狗五号修复锰矿地区重金属污染偏碱性土壤的方法。

背景技术

土壤是我们人类赖以生存的物质基础，是人类不可缺少、不可再生的自然资源。近年来，由于种种原因，某些地区土壤受到严重污染，其中，重金属污染成为当今社会非常棘手的问题。人类在生产生活中没有合理利用处置资源，如采矿、冶炼、加工活动都有可能产生大量工业固体废弃物。大量固体废弃物的堆放不仅占用大量优良土地，而且还对当地土壤造成了污染影响。矿山废弃物中往往含有多种污染物，如重金属含量过高，极端的pH值和有害的选矿材料等。污染物通过大气，水体等广泛扩散，严重污染矿山周边地区土壤，导致当地作物质量下降，严重减产，生态***极度恶化，而且通过食物链，最终影响人体健康。如何有效治理重金属污染土壤，修复生态环境，是全社会高度关注的一个问题。

锰及其化合物作为重要的工业原料，是我国国民经济建设的重要战略物资。我国锰矿资源具有地域分布不均，矿石质量参差不齐，杂质含量高的特点，有的地区采矿和选矿以及冶炼工艺相对落后，大多企业将废渣输送到堆场，长期淋溶的作用下，产生大量渗滤液，使得大量锰及其他有毒有害物质渗透到土壤、地表水以及地下水当中，严重影响了锰矿区附近人类的生命健康安全。本方法所针对地区土壤呈弱碱性，土壤质地属于粉质黏土，较为紧实，总有机碳(TOC)含量较低，有效磷含量较低，全氮含量较低，土壤贫瘠。此外，其土壤中总锰、总铬、总镉的浓度分别为2623±180mg/kg、431±5.19mg/kg和4.29±0.21mg/kg(干重计)，其有必要展开土壤修复工作。锰含量超过广西土壤背景值，Cd及Cr含量超过相关国家标准。

污染土壤修复方法主要分为物理修复、化学修复、生物修复三种。植物修复属于生物修复的一种，近年来，植物修复技术被社会广泛接受，因其投资少、成本低、经济盈利、对土壤环境扰动小、治理效果永久、不破坏场地结构、不会引起地下水二次污染的特点，被公认为是一种可靠的、环境友好的重金属污染土壤修复技术。

目前，对重金属污染土壤的植物修复技术的研究主要集中在寻找超富集植物上，但大多筛选到的超富集植物生物量普遍较低、个体矮小、生长缓慢、且受气候和土壤等地域环境条件的限制，导致修复治理效率低，制约了大规模的应用。

发明内容

本发明选用高羊茅猎狗五号作为植物修复材料；且针对锰矿附近地区重金属污染偏碱性土壤的性质，在土壤中加入有机肥(有机质≥45％)和骨粉，为锰矿附近地区重金属污染偏碱性土壤的植物修复提供了一个新的方法。高羊茅猎狗五号的耐寒和耐热性非常优异，其耐热性尤为突出，出芽率和存活率高，根系发达，具有极强的抗逆性与抗病性，因此即便是贫瘠、含有重金属的偏碱性的土壤中，高羊茅草类依然可以顽强生长。除此之外，猎狗五号还耐刈割，以及拥有强大的复原能力，有利于土壤中重金属的转移和提取。所采片区土壤有机质和有效磷经检测，营养分级均为六级，加入有机肥和骨粉，有效改良了土壤，提供了猎狗五号生长所需的营养成分，疏松土壤，促进猎狗五号生长，有效提高高羊茅生物量，进而提高了土壤中污染物的植物修复效率，最终达到修复重金属污染土壤的目的。

本发明的目的就在于在目前现有的植物修复理念的基础上，提出一种利用高羊茅猎狗五号修复锰矿地区重金属污染偏碱性土壤的方法。在锰矿区偏碱性的污染土壤中播撒猎狗五号，猎狗五号耐热、耐重金属；按照一定的播种密度，根据配方，在土壤中加入有机肥和骨粉，有利于猎狗五号生长，能很好修复重金属污染土壤，具有良好的生态效益和社会效益。

本发明的目的是这样实现的：

1、基本思路

以适应性广，耐热性良好，出芽率和存活率高，根系发达，具有极强的抗逆性与抗病性，对镉具有很强的抗性及吸附性能的高羊茅猎狗五号为植物修复材料，每平米14-18克猎狗五号种子，播撒在锰矿区偏碱性的污染土壤中；根据土壤理化性质营养分级，补充所需营养物质，在重金属污染偏碱性土壤加入有机肥和骨粉，可以有效改良土壤，促进高羊茅生长，以达到植物修复的效果；猎狗五号耐刈割，生长速度快，可以有效提取土壤中的重金属。这样不仅能够修复重金属污染偏碱性土壤，还能美化矿区周边环境，达到良好的生态效益。

2、具体方案

一种利用高羊茅猎狗五号修复锰矿地区重金属污染偏碱性土壤的方法，包括下列步骤：

①清理土表的大石块、塑料、树枝等杂物。

②锰矿地区重金属污染偏碱性土壤有机质和有效磷的营养分级均为六级，为改良土壤，为使其营养分级达到三级及以上，将有机肥和骨粉均匀撒在土壤表层。

A、有机肥每平米2-18kg，优选为3-4kg，最佳为3.5kg。

B、骨粉每平米3-35kg，优选为15-20kg，最佳为17kg。

优选的，所述有机肥中有机质≥45％，N+P₂O₅+K₂O≥5％；所述骨粉的含磷量为25％以上，最佳为25-30％。

③翻耕土壤，翻耕深度25cm以上，疏松表土，增加透水性，将表层土耙细耙平。

④将猎狗五号种子均匀撒播在土壤表面，每平米14-18克种子，均匀覆土2-4cm后喷水润湿。

⑤每隔3-4天浇一次水，使土壤水分保持在60％-70％，撒播种子之后45-60天进行第一次收割(每次收割后保留地上部高度为5-10厘米)每隔25-35天收割一次，收割若干次(优选为3-5次)后土壤中重金属含量降低至正常。

优选的，所述锰矿地区重金属污染偏碱性土壤理化性质如下：

表1

与现有技术相比，本发明具有下列优点和积极效果：

①利用适应性广，耐热性好，发芽率高，根系发达的高羊茅猎狗五号作为种植对象，对污染地的土壤环境适应性强；

②高羊茅猎狗五号作为一种常用的绿化草坪草，不进入食物链，在修复重金属污染偏碱性土壤的同时，又可美化矿区周边环境；

③按照配方合理施肥，促进高羊茅生长，有效改善土壤环境，高羊茅猎狗五号可以在偏碱性的重金属污染土壤中健康生长；

④重金属污染偏碱性土壤中加入了有机肥和骨粉，有效促进了Cd和Mn在高羊茅猎狗五号体内的积累；

⑤操作方便，成本较低。

附图说明

图1表示实施例1中不同品种高羊茅在锰矿地区重金属污染偏碱性土壤中的发芽率和鲜重。

图2表示实施例2中在土壤中加入有机肥，在不同比例有机肥土壤中生长的高羊茅，Cd在高羊茅地上部和地下部中的含量(S表示猎狗五号地上部，R表示猎狗五号地下部)。

图3表示实施例3中在土壤中加入有机肥，在不同比例有机肥土壤中生长的高羊茅，其地上部长度。

图4表示在实施例3中土壤中加入有机肥，在不同比例有机肥土壤中生长的高羊茅，其植株干重。

图5表示在实施例4土壤中加入骨粉，在不同比例骨粉土壤中生长的高羊茅，其地上部长度。

图6表示在实施例4土壤中加入骨粉，在不同比例骨粉土壤中生长的高羊茅，其干重。

图7表示在实施例5土壤中加入有机肥和骨粉，高羊茅地上部和地下部重金属Cd含量。

具体实施方式

下面结合具体实施例来说明本发明，应理解，这里所列举的实施例并不用于限制本发明的保护范围，本领域的技术人员可根据本发明的精神对其进行改进，相应的改进都应该视为在本发明的保护范围内。

以下实施例1-5中的锰矿地区重金属污染偏碱性土壤理化性质如表1所示：

表1

其土壤中总锰(以Mn元素计)、总铬(以Cr元素计)、总镉(以Cd元素计)的浓度分别为2623±180mg/kg、431±5.19mg/kg和4.29±0.21mg/kg(干重计)。

实施例1-5中的锰矿地区重金属污染偏碱性土壤均取自实施例6-7的试验地。

实施例1高羊茅猎狗五号种子的优越性

在高羊茅种子市场购买正义、新秀、塞尼、猎狗五号、绿宝、宝石品种的高羊茅种子，分别挑取各品种饱满的种子20颗，分别播种在上表面积为100cm²，深10cm的穴盒中，穴盒中的土壤均为锰矿地区重金属污染偏碱性土壤，质量均为500g，土壤已过2mm筛。在温室可控条件下，恒温25摄氏度，每天光照10h，施浇自来水培养两个月，统计其发芽率，每周对高羊茅质量进行打分，收获洗净后测量其鲜重。通过比较，猎狗五号出芽率最高；宝石的鲜重虽然最大，但是地上部容易倒伏，不利于高羊茅的正常生长。综合比较，选择出芽率和长势相对较好的猎狗五号作为土壤修复的材料。图1表示不同品种高羊茅在锰矿地区重金属污染偏碱性土壤中的发芽率和鲜重。

实施例2土壤中加入有机肥

取锰矿地区重金属污染偏碱性土壤，置于通风处晾干，压碎，过2mm不锈钢筛，去除动植物残体后备用。取五份重量均为500g的土壤，分别加入占土壤质量0、1％、5％、10％、20％的史丹利有机肥料(颗粒状，有机质≥45％，N+P₂O₅+K₂O≥5％)，混匀后浇自来水熟化一个月，待风干后将土碾碎；等体积加入穴盒(上表面积为100cm²，深10cm)内，然后挑取饱满的猎狗五号种子，撒在穴盒中,每盒撒70颗种子，表面撒一层0.5-1cm厚的薄土。

在恒温25摄氏度，每天光照10h的温室中培养，每隔3-4天浇一次水，使土壤水分保持在60％-70％，共培养60天，收获洗净后，放于40摄氏度烘箱中24h，测量其地上部和地下部干重。分别取地上部和地下部进行消解，用原子吸收光谱法测量重金属的含量。通过比较，相比于对照空白(不加有机肥料的组)，加入有机肥料有助于高羊茅生长，提高了高羊茅生物量，有利于重金属Cd、Mn在高羊茅体内富集。图2表示在土壤中加入有机肥，在不同比例有机肥土壤中生长的高羊茅，Cd在高羊茅地上部和地下部中的含量(S表示猎狗五号地上部，R表示猎狗五号地下部)，由图2的结果可知，在加入了有机肥料的土壤中，Cd在高羊茅地上部能得到更好的富集，其中，添加1％有机肥料的土壤中，Cd在高羊茅地上部的富集效果最佳。

实施例3土壤中加入有机肥

取锰矿地区重金属污染偏碱性土壤，置于通风处晾干，压碎，过2mm不锈钢筛，去除动植物残体后备用。取五份重量均为500g的土壤，分别加入占土壤质量0、0.5％、1％、3％、5％的史丹利有机肥料(颗粒状，有机质≥45％，N+P₂O₅+K₂O≥5％)，混匀后浇自来水熟化一个月，待风干后将土碾碎；等体积加入穴盒(上表面积为100cm²，深10cm)内，然后挑取饱满的猎狗五号种子，撒在穴盒中,每盒撒70颗种子，表面撒一层0.5-1cm厚的薄土。

在恒温25摄氏度，每天光照10h的温室中培养，每隔3-4天浇一次水，使土壤水分保持在60％-70％，共培养60天，收获洗净后，测量每一盒高羊茅中地上部最长植株的长度记为其地上部长度；将所有收获洗净的植株放于40摄氏度烘箱中24h，测量其干重。结果显示，有机肥比例为1％时，高羊茅生物量显著高于其他的。图3表示在土壤中加入有机肥，在不同比例有机肥土壤中生长的高羊茅，其地上部长度；图4表示在土壤中加入有机肥，在不同比例有机肥土壤中生长的高羊茅，其植株干重。

实施例4在土壤中加入骨粉

骨粉是磷肥的一种，含有丰富的磷肥资源，本实施例所用骨粉是从肥料市场购买的精制骨粉，含磷量达25-30％。取锰矿地区重金属污染偏碱性土壤，置于通风处晾干，压碎，过2mm不锈钢筛，去除动植物残体，备用。取五份重量均为500g的土壤，分别加入占土壤质量0、1％、3％、5％，10％的骨粉，混匀后浇自来水熟化一个月，待风干后将土碾碎；等体积加入穴盒(上表面积为100cm²，深10cm)内，然后挑取饱满的猎狗五号种子，撒在穴盒中,每盒撒70颗种子，表面撒一层0.5-1cm厚的薄土。

在恒温25摄氏度，每天光照10h的温室中培养，每隔3-4天浇一次水，使土壤水分保持在60％-70％，共培养60天，收获洗净后，测量每一盒高羊茅中地上部最长植株的长度记为其地上部长度；将所有收获洗净的植株放于40摄氏度烘箱中24h，测量其干重。

结果显示，加入骨粉，明显提高了高羊茅生物量，骨粉加入比例为5％时，最有利于高羊茅的生长。图5表示在土壤中加入骨粉，在不同比例骨粉土壤中生长的高羊茅，其地上部长度，加入骨粉，促进了高羊茅的生长，高羊茅地上部随着骨粉含量增加呈增长趋势。图6表示在土壤中加入骨粉，在不同比例骨粉土壤中生长的高羊茅，其干重随着骨粉含量增加而增加。

实施例5在土壤中同时加入有机肥和骨粉

取锰矿地区重金属污染偏碱性土壤，置于通风处晾干，压碎，过2mm不锈钢筛，去除动植物残体，备用。取五份重量均为500g的土壤，分别加入占土壤质量1％的史丹利有机肥(颗粒状，有机质≥45％，N+P₂O₅+K₂O≥5％，实施例6-7所用有机肥均与此相同)，再分别加入占土壤质量0、1％、3％、5％，10％的骨粉，试验所用骨粉是从肥料市场购买的精制骨粉，含磷量达25-30％，混匀后浇自来水熟化一个月，待风干后将土碾碎；等体积加入穴盒(上表面积为100cm²，深10cm)内，然后挑取饱满的猎狗五号种子，撒在穴盒中,每盒撒70颗种子，表面撒一层0.5-1cm厚的薄土。

在恒温25摄氏度，每天光照10h的温室中培养，每隔3-4天浇一次水，使土壤水分保持在60％-70％，共培养60天，收获洗净后，放于40摄氏度烘箱中24h。分别取地上部和地下部进行消解，用原子吸收光谱法测量重金属的含量。通过比较，相比于对照空白(只加了1％有机肥、未加骨粉的组)，加入了骨粉，有效提高了高羊茅体内重金属Cd的含量。图7表示在土壤中加入有机肥和骨粉，高羊茅地上部和地下部重金属Cd含量(S表示猎狗五号地上部，R表示猎狗五号地下部)。相比于对照空白，骨粉加入比例为5％的组效果明显，其地上部和地下部重金属富集效果提升显著。

实施例6

现场示范地点经多方比选，最终选择在矿区内大新锰矿分公司第二矿山大新锰矿旧矿部办公楼附近(E:106o42’54”,N:22o54’22”)，距办公楼大约100米。该场地在路边，来往车辆密集，锰和铬的浓度均超过矿区平均值，重金属污染严重，选址较有代表性，适合开展植物修复相关工程建设。

根据实验室土壤修复实践，针对待修复区域实际状况进行改良，开展场地修复验证工作。在拟定的土壤修复示范区内选择2块区域，编号①、②，每块面积1平米开展土壤修复场地验证，土壤的重量按土深25cm，容重1.4g/cm³计算。①为空白对照(有机肥和骨粉均不施加)；②加的有机肥重量比达1％，骨粉重量比达5％。

去除土壤表层的大石块，树枝等杂物，在②均匀播撒3.5kg有机肥，17kg骨粉。翻耕土壤,翻耕深度25cm以上，疏松表土，增加透水性；将表层土耙细耙平，将高羊茅猎狗五号种子均匀撒播在土壤表面，每平米16g播种量，均匀覆土2-3cm厚，喷水润湿。每隔3-4天浇一次水，使水分保持在60％-70％。播种后约50天，观察到两块区域的高羊茅有明显差异，②的生物量明显大于①，且②的地上部叶子宽大，肥硕，长势要比①好，效果显著。播种后50天进行第一次修剪，之后每隔30天修剪一次，修剪后地上部高度保留8厘米左右，定期的修剪有利于高羊茅的生长，修剪后②的长势更加良好。表2表示第一次修剪的高羊茅地上部重金属含量(检测方法同实施例1-5，下同)；表3表示修复6个月(即播种6个月后)后土壤中重金属含量与修复前含量对比。

表2

表3

实施例7

第一次现场示范播种后一个月，在矿区内大新锰矿分公司第二矿山大新锰矿旧矿部办公楼附近(E:106o42’54”,N:22o54’22”)，第一次现场示范地旁边的马路边进行第二次现场示范。该场地在路边，来往车辆密集，锰和铬的浓度均超过矿区平均值，重金属污染严重，比较具有代表性，适合开展植物修复相关工程建设。

根据实验室土壤修复实践成果，针对待修复区域实际状况进行改良，开展第二次场地修复验证工作。在拟定的土壤修复示范区内选择2块区域，编号①、②，每块面积1平米开展土壤修复场地验证，土壤的重量按土深25cm,容重1.4g/cm³计算。①为空白对照(有机肥和骨粉均不施加)；②加的有机肥重量比达1％，骨粉重量比达5％。

去除土壤表层的大石块，树枝等杂物，在②均匀播撒3.5kg有机肥，17kg骨粉。翻耕土壤,翻耕深度25cm以上，疏松表土，增加透水性；将表层土耙细耙平，将高羊茅猎狗五号种子均匀撒播在土壤表面，每平米16g播种量，均匀覆土2-3cm厚，喷水润湿。每隔3-4天浇一次水，使水分保持在60％-70％。播种后约50天，观察到两块区域的高羊茅有明显差异，②的生物量明显大于①，且②的地上部叶子宽大，肥硕，长势要比①好，效果显著。播种后50天进行第一次修剪，之后每隔30天修剪一次，修剪后地上部高度保留8厘米左右，定期的修剪有利于高羊茅的生长，修剪后②的长势更加良好。表4表示第一次修剪的高羊茅地上部重金属含量；表5表示修复6个月后土壤中重金属含量与修复前含量对比。

表4

表5

Claims (5)

1.一种利用高羊茅猎狗五号修复锰矿地区重金属污染偏碱性土壤的方法，包括下列步骤：

①清理杂物；

②将有机肥和骨粉均匀撒在锰矿地区重金属污染偏碱性土壤表层；

③翻耕土壤，翻耕深度25cm以上，疏松表土，将表层土耙细耙平；

④将猎狗五号种子均匀撒播在土壤表面，均匀覆土2-4cm后喷水润湿；

⑤每隔3-4天浇一次水，使土壤水分保持在60％-70％，撒播种子之后45-60天进行第一次收割，之后每隔25-35天收割一次。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述锰矿地区重金属污染偏碱性土壤理化性质如下：

。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤②中有机肥每平米施加2-18kg。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤②中骨粉每平米施加3-35kg。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤④中每平米撒播14-18克种子。