CN108817078A - 一种利用菊科植物修复镉污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用菊科植物修复镉污染土壤的方法，包括以下步骤：A、培育：3月下旬至4月上旬，在一般土壤条件下播种培育菊科植物；B、定植：至菊科植物幼苗高达到10～13cm，选择镉污染的土壤，整地、定植菊科植物幼苗，保持株距为30～35cm；C、管理：一般无需浇水和施肥，于孕蕾及开花期等生长旺季，叶面喷施1～3次混合有磷酸二氢钾的尿素液；D、收获：于8～9月开花期期间收获，收获后的植物包括地上部和地下部；E、重复：重复步骤B、步骤C，并于来年2～3月再次收获；F、后续处理：重复上述步骤直至选定土壤中重金属镉的含量达到环境安全标准。菊科植物生长周期短、适应性强且有良好的观赏价值，可以在大多数地区实施。

Description

一种利用菊科植物修复镉污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及土壤修复领域，特别是涉及一种利用菊科植物修复镉污染土壤的方法。

背景技术

有色金属矿产资源开采冶炼过程中形成的废水、废渣、尾矿不仅占用和影响矿区土地，通过工业废物的排放而转移的重金属元素的也造成了矿区周边城镇的生态破坏和土壤的污染。工业生产以及工业废物的排放和存留过程中，以工业废水排放为例，废水中的重金属元素向沿岸土壤中转移和积累，对土壤环境产生了极大改变。土壤中元素构成比例、土壤物理性质和化学性质发生变化，导致土壤质量下降，且重金属元素污染后的土壤环境作为生态圈中开放的一个***，土壤中的重金属元素能够在土壤环境和其他生物环境的交互中进行转移，导致环境中其他动植物性质的改变，危害其他生物和人类的健康。由于土壤重金属污染造成的广泛恶劣后果，寻找一个高效且对环境伤害小的修复重金属污染土壤的方法有着重要的意义。

目前针对土壤镉金属污染的应对措施主要有两种。一是常用的以净土替换污染土的客土法。客土法需要从他处获得大量未受到污染的土壤，成本高，工程量大，且不能减少镉污染的土壤中镉金属的总量。另一种方法是植物修复技术，即利用对重金属元素具有较强耐性和富集能力的植物来修复重金属污染土壤的技术。

植物修复技术利用筛选后符合条件的植物对于重金属元素的吸收、转化、固定能力，将重金属元素从土壤环境中分离和转移，能够满足人类对重金属土地修复的需要，不会对当地环境造成进一步伤害，并且存在潜在经济效益，是一项绿色、低成本的治理措施。但植物材料的筛选是植物修复技术最为关键也最困难的环节，一方面由于重金属污染地区的气候、湿度、土壤性质等因素，植物种类在特定地区的适应能力和存活能力受到限制，很难找到广泛适用的植物；第二，部分植株种植修复土壤环境期间对植物生长调节的管理需要耗费大量人力物力财力，经济效果不显著且修复效果不稳定；第三，食用性经济型作物如用于植物修复技术，重金属被植物吸收后，如果进入植物可食部分，将对人类身体健康带来隐藏风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用菊科植物修复镉污染土壤的方法，利用菊科植物生长周期短、适应性强、适种范围广且有良好的观赏价值等特点，可以在大多数地区实施本发明提供的土壤修复方法。

本发明所采用的技术方案是：一种利用菊科植物修复镉污染土壤的方法，包括以下步骤：

A、培育：3月下旬至4月上旬，在一般土壤条件下播种培育菊科植物；

B、定植：至菊科植物幼苗高达到10～13cm，选择镉污染的土壤，整地、定植菊科植物幼苗，保持株距为30～35cm；

C、管理：一般无需浇水和施肥，于孕蕾及开花期等生长旺季，叶面喷施1～3次混合有磷酸二氢钾的尿素液；

D、收获：于8～9月开花期期间收获，收获后的植物包括地上部和地下部；

E、重复：重复步骤B、步骤C，并于来年2～3月再次收获；

F、后续处理：将每次收获的地上部和地下部按常规方法灰化，提取金属镉，重复步骤A、步骤B、步骤C、步骤D、步骤E直至选定土壤中重金属镉的含量达到环境安全标准。

作为上述技术方案的进一步改进，步骤C管理中，尿素液中尿素的浓度为0.3％～0.5％、磷酸二氢钾的浓度为0.5％～0.8％。用以补充菊科植物生长过程中所需的氮、磷、钾元素。

作为上述技术方案的进一步改进，步骤A培育中，培育菊科植物，保持温度23～27℃，种子覆土厚度0.6～0.8cm，保持土壤湿润。

作为上述技术方案的进一步改进，所述菊科植物为百日菊或万寿菊或矢车菊。

作为上述技术方案的进一步改进，步骤B定植中，所述整地具体包括以下程序：

1)、翻耕：将重金属污染地深挖30～50cm，挖出的重金属污染土壤备用；

2)、调整：向挖出的重金属污染土壤中接种重金属活化细菌；

3)、回填：将调整后的重金属污染土壤回填至坑中后浇水、盖上覆膜，静置7～15天后去膜。

翻耕后的土地使得菊科植物能够更加容易生长，提升菊科植物的存活率；并且结合重金属活化细菌，提升菊科植物对土壤中镉金属元素的提取效率。作为上述技术方案的进一步改进，程序2)调整中，所述重金属活化细菌为芽孢杆菌与假单胞菌。芽孢杆菌与假单胞菌通过代谢作用能产生多种低分子量的有机酸，如甲酸、乙酸、丙酸和丁酸等，能够在菊科植物的根际活化土壤矿物养分，促进菊科植物生长的同时使土壤中的重金属从惰性态转化为生物可利用态，起到活化重金属的作用，有效的提升菊科植物对土壤中重金属提取的效率。

作为上述技术方案的进一步改进，程序2)调整中，重金属活化细菌中芽孢杆菌与假单胞菌以1～2∶1的比例混合，重金属活化细菌的菌液浓度为5.0×107～3.5×108个细菌/ml，每一千克重金属污染土壤中接种50～100ml的重金属活化细菌的菌液，分1～3次完成接种。

重金属活化细菌的制备过程为：分别取芽孢杆菌与假单胞菌接种到液体培养基中，按照每毫升液体培养基中接种1×106～2.5×107个细菌，液体培养基的pH为6～7，培养温度为32～36℃，培养15～20h后，获得处于生长对数期的菌液，每毫升培养液中含有5.0×107～3.5×108个细菌。然后将芽孢杆菌培养菌液与假单胞菌培养菌液按照体积比1～2∶1混合，既得重金属活化菌菌液。

作为上述技术方案的进一步改进，程序3)回填中，静置分为两次，第一次静置时间为7～10天，第一次静置后去除覆膜，向重金属污染土壤中投放蚯蚓幼虫，浇水后开始第二次静置，第二次静置时间为5～8天。向重金属污染土壤中投放蚯蚓既可以促进镉向交换态和水溶态转化，也能有效的提升土壤的肥力，蚯蚓通过与植物、微生物相互作用从而提升菊科植物对重金属元素的提取效率，而且其***物作为生物肥，在改善土壤、预防病虫害等方面具有良好的效果。

作为上述技术方案的进一步改进，步骤C管理中，菊科植物生长的过程中，定期采用电场驱赶的方式捕捉生长肥大的蚯蚓，对捕捉到的蚯蚓焚烧后进行固化填埋无害化处理。定期清除生长较为肥大的蚯蚓，避免土壤过于松软，不利于菊科植物的生长。

作为上述技术方案的进一步改进，电场驱赶的方式是利用蓄电池供电，将正负金属片电极按相距2～3m的间距***地面，***深度为20～30cm，形成低压电场使得蚯蚓自动钻出地面，随后手动将其中较为肥大的蚯蚓捕捉。

本发明选择环境适应性强、分布广泛且存在经济价值的观赏性菊科植物作为植物修复技术应用的主要材料。菊科植物对镉污染具有较强的耐性、抗性、转移和富集能力，是一种较好的用于植物修复技术应用的材料。

此外，针对现有植物材料培育、生长管理方面的问题，菊科植物也表现出较强的应用价值。菊科植物对土壤要求不严格、生长迅速、耐旱耐虫，有管理便捷、低成本的特点，其花卉还有很高的观赏价值和经济价值，满足减少误食的潜在需求。因此，菊科植物可以作为植物修复技术应用中较好的主要材料。

综上所述，以菊科植物为媒介的镉污染土壤植物修复技术具有以下优点：

(1)、本发明采用菊科作为修复土壤镉污染的植物材料，适应性佳，修复能力强，管理简单。

(2)、避免食用带来的危险，且有一定观赏价值和经济价值。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明进行说明，下述实施例均采用上述修复方法：

实施例一

一种利用菊科植物修复镉污染土壤(镉浓度为10mg/kg)的方法，选取万寿菊作为修复植物，3月上旬从成熟的万寿菊植株中选取成熟的种子，保持温度25℃，种子覆土厚度0.6cm，土壤湿润的前提下培育万寿菊幼苗。将重金属污染地深挖40cm，并向挖出的土壤中接种重金属活化细菌，重金属活化细菌由芽孢杆菌与假单胞菌以1.5∶1的比例混合，重金属活化细菌的菌液浓度为1×108个细菌/ml，每一千克重金属污染土壤中接种80ml的重金属活化细菌的菌液，分两次性完成接种。接种完成后将土壤回填覆膜，静置10天后向重金属污染土壤中投放蚯蚓幼苗，随后再次覆膜静置5天。静置完成后去除覆膜，4月上旬定值万寿菊幼虫，保持株距为35cm，于孕蕾及开花期等生长旺季，叶面喷施2次混合有磷酸二氢钾的尿素液，尿素液中尿素的浓度为0.3％、磷酸二氢钾的浓度为0.5％。9月万寿菊开花期期间收获，收获后的植物包括地上部和地下部，将收获的万寿菊按常规方法灰化，提取金属镉，随后重复上述步骤直至土壤中重金属镉的含量达到环境安全标准。

实施例二

一种利用菊科植物修复镉污染土壤(镉浓度为30mg/kg)的方法，选取百日菊作为修复植物，3月上旬从成熟的百日菊植株中选取成熟的种子，保持温度25℃，种子覆土厚度0.6cm，土壤湿润的前提下培育百日菊幼苗。将重金属污染地深挖40cm，并向挖出的土壤中接种重金属活化细菌，重金属活化细菌由芽孢杆菌与假单胞菌以1.5∶1的比例混合，重金属活化细菌的菌液浓度为1×108个细菌/ml，每一千克重金属污染土壤中接种80ml的重金属活化细菌的菌液，分两次性完成接种。接种完成后将土壤回填覆膜，静置10天后向重金属污染土壤中投放蚯蚓幼苗，随后再次覆膜静置5天。静置完成后去除覆膜，4月上旬定值百日菊幼苗，保持株距为35cm，于孕蕾及开花期等生长旺季，叶面喷施2次混合有磷酸二氢钾的尿素液，尿素液中尿素的浓度为0.3％、磷酸二氢钾的浓度为0.5％。9月百日菊开花期期间收获，收获后的植物包括地上部和地下部，将收获的百日菊按常规方法灰化，提取金属镉，随后重复上述步骤直至土壤中重金属镉的含量达到环境安全标准。

申请人声明，通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种利用菊科植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、培育：3月下旬至4月上旬，在一般土壤条件下播种培育菊科植物；

B、定植：至菊科植物幼苗高达到10～13cm，选择镉污染的土壤，整地、定植菊科植物幼苗，保持株距为30～35cm；

C、管理：一般无需浇水和施肥，于孕蕾及开花期等生长旺季，叶面喷施1～3次混合有磷酸二氢钾的尿素液；

D、收获：于8～9月开花期期间收获，收获后的植物包括地上部和地下部；

E、重复：重复步骤B、步骤C，并于来年2～3月再次收获；

F、后续处理：将每次收获的地上部和地下部按常规方法灰化，提取金属镉，重复步骤A、步骤B、步骤C、步骤D、步骤E直至选定土壤中重金属镉的含量达到环境安全标准。

2.根据权利要求1所述利用菊科植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于：步骤C管理中，尿素液中尿素的浓度为0.3％～0.5％、磷酸二氢钾的浓度为0.5％～0.8％。

3.根据权利要求1所述利用菊科植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于：步骤A培育中，培育菊科植物，保持温度23～27℃，种子覆土厚度0.6～0.8cm，保持土壤湿润。

4.根据权利要求1或2或3所述利用菊科植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于：所述菊科植物为百日菊或万寿菊或矢车菊。

5.根据权利要求1或2或3所述利用菊科植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于，步骤B定植中，所述整地具体包括以下程序：

1)、翻耕：将重金属污染地深挖30～50cm，挖出的重金属污染土壤备用；

2)、调整：向挖出的重金属污染土壤中接种重金属活化细菌；

3)、回填：将调整后的重金属污染土壤回填至坑中后浇水、盖上覆膜，静置7～15天后去膜。

6.根据权利要求5所述利用菊科植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于：程序2)调整中，所述重金属活化细菌为芽孢杆菌与假单胞菌。

7.根据权利要求6所述利用菊科植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于：程序2)调整中，重金属活化细菌中芽孢杆菌与假单胞菌以1～2∶1的比例混合，重金属活化细菌的菌液浓度为5.0×10⁷～3.5×10⁸个细菌/ml，每一千克重金属污染土壤中接种50～100ml的重金属活化细菌的菌液，分1～3次完成接种。

8.根据权利要求5所述利用菊科植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于：程序3)回填中，静置分为两次，第一次静置时间为7～10天，第一次静置后去除覆膜，向重金属污染土壤中投放蚯蚓幼虫，浇水后开始第二次静置，第二次静置时间为5～8天。

9.根据权利要求8所述利用菊科植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于：步骤C管理中，菊科植物生长的过程中，定期采用电场驱赶的方式捕捉生长肥大的蚯蚓，对捕捉到的蚯蚓焚烧后进行固化填埋无害化处理。

10.根据权利要求9所述利用菊科植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于：电场驱赶的方式是利用蓄电池供电，将正负金属片电极按相距2～3m的间距***地面，***深度为20～30cm，形成低压电场使得蚯蚓自动钻出地面，随后手动将其中较为肥大的蚯蚓捕捉。