CN111530919A - 基于龙葵的镉砷复合污染土壤植物优化修复方法 - Google Patents

基于龙葵的镉砷复合污染土壤植物优化修复方法 Download PDF

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Abstract

一种基于龙葵的镉砷复合污染土壤植物优化修复方法，通过对待修复土壤进行预处理后采用多壁碳纳米管进行孵化调理后进行龙葵幼苗的种植，并在龙葵成熟后完整采收，实现土壤修复。本发明利用多壁碳纳米管的特殊物理化学性质，结合镉超富集植物龙葵的生长特性，不仅可以提高实际镉砷污染土壤中植物修复效率，显著促进龙葵在复合污染土壤中的生长和适应性，还可降低土壤中镉砷的迁移性和环境风险，操作简单，取材便利，见效快，对于综合提升植物修复技术的实际应用和推广具有现实意义。

Description

基于龙葵的镉砷复合污染土壤植物优化修复方法
技术领域
本发明涉及的是一种环境工程领域的技术，具体是一种基于龙葵的镉砷复合污染土壤植物优化修复方法。
背景技术
由于植物修复土壤重金属污染能够达到彻底移除污染物、经济环保、环境扰动少等优势，使其成为污染修复技术的热点。植物修复技术的关键在于筛选超积累植物，龙葵(Solanμm nigrμm L.)是典型的镉超积累植物。现有基于龙葵进行土壤修复的技术多采用脱落酸溶液，但这些技术在实施过程中喷洒脱落酸存在一定的环境风险。
但一种超积累植物一般只对某一特定重金属具有良好的吸收作用，且植物生长周期长，修复效率有限，存在是否适应复杂污染土壤的问题，因此限制了植物修复技术在实际土壤修复领域中的应用。此外，由于土壤重金属污染并不只是单一的重金属元素污染，往往伴随着两种或多种重金属复合污染，其中镉砷复合污染就是最典型也是南方存在较多的土壤污染状况。因此，如何提高超积累植物在复合污染土壤中的修复效率成为了环境修复领域的难点和植物修复技术应用的瓶颈。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于龙葵的镉砷复合污染土壤植物优化修复方法，利用多壁碳纳米管的特殊物理化学性质，结合镉超富集植物龙葵的生长特性，不仅可以提高实际镉砷污染土壤中植物修复效率，显著促进龙葵在复合污染土壤中的生长和适应性，还可降低土壤中镉砷的迁移性和环境风险，操作简单，取材便利，见效快，对于综合提升植物修复技术的实际应用和推广具有现实意义。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种基于龙葵的镉砷复合污染土壤植物优化修复方法，通过对待修复土壤进行预处理后采用多壁碳纳米管进行孵化调理后进行龙葵幼苗的种植，并在龙葵成熟后完整采收，实现土壤修复。
所述的待修复土壤，镉浓度不超过3mg/kg，砷浓度不超过200mg/kg，pH在5.0-7.5的范围区间内。
所述的预处理是指：将0-30cm污染土壤挖出，去除大块石头等杂物，将大体积土壤团块进行破碎，使其颗粒直径小于1cm。
所述的孵化调理是指：根据土壤重金属含量添加多壁碳纳米管并搅拌均匀，浇灌霍格兰营养液，稳定1-2周，回填到原地。
所述的孵化调理具体是指：根据土壤重金属含量添加不同剂量的多壁碳纳米管，土壤镉浓度0.3-1.5mg/kg，砷浓度40-200mg/kg，添加多壁碳纳米管的剂量为300-800mg/kg；土壤镉浓度1.5-3mg/kg，砷浓度40-200mg/kg，添加多壁碳纳米管的剂量为800-1500mg/kg。
所述的多壁碳纳米管为黑色粉末，无结块，纯度≥97.5％，比表面积230-270m2/g，粒径D50≤10μm。
所述的霍格兰营养液为浓度1-10％的市售霍格兰营养液，用量以浇灌1次后使土壤保持 20％含水率为准。
所述的龙葵幼苗为长出4-6片真叶的镉超富集植物龙葵，其种植优选包括除杂草、浇水、搭棚保温、遮阴洒水，浇水使土壤保持20％含水率；当温度低于10℃进行搭棚保温，高于35℃进行遮阴洒水降温，使龙葵长期处于10-35℃的适宜温度中生长。
所述的成熟的龙葵为移植龙葵幼苗后栽培2-4月，开始结果阶段的龙葵。
所述的完整采收是指：采收已生长成熟的龙葵的地上部分和地下部分。
所述的完整采收，优选在采收后翻滚0-30cm表层土壤，继续浇灌霍格兰营养液，开始下一周期龙葵种植。
技术效果
本发明整体解决了现有技术利用龙葵修复镉污染土壤的方法在实际复杂土壤修复状况中效果一般，适用范围有限，龙葵生物量偏低，整体修复周期较长的技术问题。本发明不仅可促进龙葵在镉砷污染土壤中的生长，提高龙葵在实际镉砷复合污染土壤环境中的抗逆性和修复效率，还可减少土壤中镉砷的迁移性和环境风险，从而实现地上和地下的双重修复效果。
本发明技术效果进一步包括：
1)利用多壁碳纳米管并加以适宜的维护管理，促进了镉超富集植物龙葵在镉砷复合污染土壤中的生长，不仅提高了龙葵的抗逆性和修复效率，而且扩大了植物修复的应用范畴，对于综合提升植物修复技术的实际应用和推广具有现实意义；
2)本方法是建立在前期大量材料试验的基础上，公布的该方法在促进龙葵生长几，和吸收土壤重金属的同时，降低土壤镉砷浸出毒性，减少土壤镉砷的迁移性和环境风险，达到地上和地下的双重修复效果。
附图说明
图1为实施例中不同多壁碳纳米管浓度处理下龙葵的生长状况示意图；
图2为实施例中土壤镉TCLP浸出量示意图；
图3为实施例中土壤砷TCLP浸出量示意图。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及一种基于龙葵的镉砷复合污染土壤植物优化修复方法，以湖南省浏阳市某矿周边农田镉砷复合污染土壤为例，土壤具体性质见表1。
表1供试土壤基本理化性质
Figure BDA0002475219140000031
由表1可知在湖南省浏阳市某矿区周边所采集的农田土壤为镉砷中强度复合污染土壤，镉砷含量均超过国家标准，呈弱酸性。
本实施例包括如下步骤：
第一步，土壤预处理：将0-30cm污染土壤挖出，去除大块石头树枝等杂物，将大体积土壤团块进行破碎，使其颗粒直径小于1cm；
第二步，土壤孵化调理：根据该土壤重金属含量分别施加浓度为0、100、500、1000mg/kg 的多壁碳纳米管到土壤中，搅拌均匀，浇灌浓度为3％的霍格兰营养液，装入口径15cm*高 *14cm*底径*10cm的塑料绿植盆中，平衡10天，共4处理5重复，共20盆；
所述的多壁碳纳米管，为市售多壁碳纳米管，无结块，纯度≥97.5％，比表面积230-270m2/g，粒径D50≤10μm。
第三步，移植植物：移植长势一致具有4片真叶的龙葵幼苗到盆栽中，搬至温室大棚，日常阳光照射，温度长期保持在15-25℃，隔天浇灌自来水，使土壤长期保持20％的含水率水平，每隔两周除草，并定期拍照观察龙葵长势；
第四步，采收植物：待生长两个月后龙葵开始结果，采收龙葵地上和地下部分进行分析测样，如图1所示；采集根系土壤进行TCLP毒性浸出实验，将采收后的土壤进行重新翻滚搅拌，一次性浇灌3％霍格兰营养液，开始下一周期龙葵种植。
表2不同浓度多壁碳纳米管处理对龙葵生长的影响
Figure BDA0002475219140000032
表3不同浓度多壁碳纳米管对龙葵体内镉砷含量的影响
Figure BDA0002475219140000041
由图1、表2、表3可知，多壁碳纳米管处理可以有效促进龙葵的根系生长和总体生物量，增强了龙葵在镉砷复合污染土壤中的适应能力。500mg/kg多壁碳纳米管处理促生效果最好，相对于对照组，龙葵的生物量最高增加了43.55％，镉富集量增加了42.90％，可有效提高龙葵在镉砷复合污染土壤中的修复效率。
土壤镉砷TCLP浸出毒性试验结果如图2和图3所示，可发现多壁碳纳米管可同时降低镉砷的浸出量，其中500mg/kg多壁碳纳米管处理最高可降低16.41％的镉浸出量、8.06％砷浸出量，减少了原污染土壤中镉砷的迁移性和环境风险。
综上所述的，本发明中的一种有效提高镉砷复合污染土壤植物修复效率的方法，不仅可促进龙葵在镉砷污染土壤中的生长，提高龙葵在实际复合污染土壤环境中的抗逆性和修复效率，还可减少土壤中镉砷的迁移性和环境风险，从而实现地上和地下的双重修复效果，对于综合提升植物修复技术的实际应用和推广具有现实意义。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (9)

1.一种基于龙葵的镉砷复合污染土壤植物优化修复方法，其特征在于，通过对待修复土壤进行预处理后采用多壁碳纳米管进行孵化调理后进行龙葵幼苗的种植，并在龙葵成熟后完整采收，实现土壤修复；
所述的孵化调理是指：根据土壤重金属含量添加多壁碳纳米管并搅拌均匀，浇灌霍格兰营养液，稳定1-2周，回填到原地；
所述的龙葵幼苗为长出4-6片真叶的镉超富集植物龙葵。
2.根据权利要求1所述的基于龙葵的镉砷复合污染土壤植物优化修复方法，其特征是，所述的预处理是指：将0-30cm污染土壤挖出，去除大块石头等杂物，将大体积土壤团块进行破碎，使其颗粒直径小于1cm。
3.根据权利要求1所述的基于龙葵的镉砷复合污染土壤植物优化修复方法，其特征是，所述的孵化调理具体是指：根据土壤重金属含量添加不同剂量的多壁碳纳米管，土壤镉浓度0.3-1.5mg/kg，砷浓度40-200mg/kg，添加多壁碳纳米管的剂量为300-800mg/kg；土壤镉浓度1.5-3mg/kg，砷浓度40-200mg/kg，添加多壁碳纳米管的剂量为800-1500mg/kg。
4.根据上述任一权利要求所述的基于龙葵的镉砷复合污染土壤植物优化修复方法，其特征是，所述的多壁碳纳米管为黑色粉末，无结块，纯度≥97.5％，比表面积230-270m2/g，粒径D50≤10μm。
5.根据权利要求1所述的基于龙葵的镉砷复合污染土壤植物优化修复方法，其特征是，所述的霍格兰营养液为浓度1-10％的市售霍格兰营养液，用量以浇灌1次后使土壤保持20％含水率为准。
6.根据权利要求1所述的基于龙葵的镉砷复合污染土壤植物优化修复方法，其特征是，所述的龙葵，其种植包括除杂草、浇水、搭棚保温、遮阴洒水，浇水使土壤保持20％含水率；当温度低于10℃进行搭棚保温，高于35℃进行遮阴洒水降温，使龙葵长期处于10-35℃的适宜温度中生长。
7.根据权利要求1所述的基于龙葵的镉砷复合污染土壤植物优化修复方法，其特征是，所述的成熟的龙葵为移植龙葵幼苗后栽培2-4月，开始结果阶段的龙葵。
8.根据权利要求1所述的基于龙葵的镉砷复合污染土壤植物优化修复方法，其特征是，所述的完整采收是指：采收已生长成熟的龙葵的地上部分和地下部分。
9.根据权利要求1或9所述的基于龙葵的镉砷复合污染土壤植物优化修复方法，其特征是，所述的完整采收，在采收后翻滚0-30cm表层土壤，继续浇灌霍格兰营养液，开始下一周期龙葵种植。
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