CN1465449A - 堇菜在修复铅、镉污染土壤和水体的用途及其培植方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及堇菜在修复铅、镉污染土壤和水体的用途及其培植方法，其特点是：筛选可以富集铅、镉的重金属超富集植物堇菜，将生长期为5～6星期的堇菜苗移栽在含Pb大于1000、Cd大于50毫克/千克的重金属污染土壤中，或者在含Pb、Cd大于10毫克/千克的重金属污染水体中设置浮床，在所述浮床上打孔，将生长至5～6星期的堇菜幼苗***小孔中。由于本发明所利用的量大的堇菜是一种超富集重金属的植物，主通过其根系同时大量吸收土壤、水体中铅和镉，并具有向上输送和转运到地上部的特点，收割地上部并将其移走，则可从土壤中和水体中带走大量的铅、镉，从而达到从污染土壤、水体中快速清除铅、镉污染物的目的。

Description

堇菜在修复铅、镉污染土壤和水体的用途及其培植方法

所属技术领域

本发明涉及堇菜在修复铅、镉污染土壤和水体的用途及其培植方法，属于环境污染治理，特别是土壤或水体中铅和镉的污染治理技术领域。

背景技术

鉴于土壤重金属污染的普遍性和严重性，一些发达国家已纷纷制定相应的土壤修复计划。美国联邦政府制定了土壤和地下水修复计划，准备投资数百亿到上千亿美元，1994年，由美国发起并成立了“全球土壤修复网络(Global Soil Remediation Net-work)”。

传统的重金属污染土壤治理主要采用土壤固化、玻璃化、淋滤法、洗土法、客土法、电化学法等物理或化学方法等。这些方法存在着以下缺点：(1)成本高，一公顷的重金属污染土地往往高达数千万美圆，而且难以大规模使用；(2)破坏土壤生态环境，导致土壤结构丧失、土壤生物活性下降和土壤肥力退化，往往需要进行二次处理；(3)二次污染，运用物理、化学方法对重金属污染土壤修复的过程成往往又会造成对土壤的再次污染。

因此，从80年代开始，发达国家就非常关注植物修复技术研究，并使其逐步发展成为当今环境科学领域一个研究热点，尤其是近年来越来越受到政府、学术界和企业界的高度重视。到目前为止，北美从事环境生物修复技术开发研究的机构和公司已增长到两百多个。2000年，美国植物修复市场销售达10000万美元。

在目前植物修复的国际研究进展来看，存在的主要问题有：(1)可供选择的富集植物品种极少。(2)现有采用的超富集植物的生物量普遍偏低，重金属的总体去除效率仍然较低。(3)污染土壤中重金属的生物有效性有待提高。(4)从应用的角度来看，目前发达国家的植物修复技术大部分也都处于实验室和中试阶段。

技术内容

本发明需要解决的技术问题是提供堇菜在修复铅、镉污染土壤和水体的用途及其培植方法。

本发明的技术问题可以通过采取如下措施达到：堇菜在修复铅、镉污染土壤和水体的用途，其特点是：

1)筛选可以富集铅、镉的重金属超富集植物堇菜；

2)将前述堇菜苗移栽在含铅、镉的重金属污染土壤中，或者在含铅、镉的重金属污染水体中设置浮床，在所述浮床上打孔、将堇菜苗***小孔中；

3)堇菜植株在地上生长2个月后土壤中的铅、镉重金属通过堇菜的根茎被吸收到堇菜的地上部分，收割地上部分、将收获物移出重金属污染土壤进行安全填埋或焚烧；或者当堇菜在水上浮床上生长1个月后收获全株，将收获物进行安全填埋或焚烧；

4)收割地上堇菜时在堇菜根颈上部1～2cm处留茬，堇菜发芽再生2个月后再收割其地上部分，如此反复作业，直到土壤中的铅和镉等重金属含量在安全范围内即可清除土壤中铅和镉等重金属污染；或者收割水体浮床上的堇菜后再重复种植前述堇菜，待生长1个月后再全株收割，如此反复，直到水体中的铅、镉重金属含量在安全范围内。

如前所述用途的堇菜的培植方法，其特点是：

土壤培植法：

1)在温室或温暖、湿润的环境中培育幼苗，土壤的pH值为5～8；

2)育苗6周后移栽至大田，保持行距10cm、株距5cm，当植株在地上成活后清除田间杂草，中耕、松土，施用氮肥，移苗2个月后首次收割，然后每两个月可以连续收割，越冬前一个月停止收割，施肥、灌溉，保证堇菜安全越冬。

水体中培植法：

1)将Pb、Cd大于10毫克/千克的重金属污染水体引入面积较大的水池，水深保持在0.5m左右，水面固定厚度为2～3cm左右的聚氯乙烯泡沫板，在聚氯乙烯泡沫板上打孔，直径1～1.5cm，孔距5cm×5cm，将生长至5～6周龄的堇菜幼苗***孔中，调节水体pH值为6左右；

2)将堇菜幼苗移植在前述孔中，向水体施用可溶性氮肥，促进植株生长，生长1个月后收获全株。

如前所述的堇菜在修复铅、镉污染土壤和水体的用途，其特点还有：

1)将生长期为5～6星期的堇菜苗移栽在含Pb大于1000、Cd大于50毫克/千克的重金属污染土壤中，行距10cm，株距5cm；或者在含Pb、Cd大于10毫克/千克的重金属污染水体中设置浮床，在所述浮床上打孔、孔直径1～1.5cm、孔距5cm×5cm，将生长至5～6星期的堇菜幼苗***小孔中；

2)当植株在地上成活后，适时清除田间杂草，生长2个月后收割地上部分，将收获物移出重金属污染土壤进行安全填埋或焚烧；或者在水体中可以施加一定的氮肥，以促使堇菜加快生长，当堇菜在水上浮床上生长1个月后收获全株，将收获物进行安全填埋或焚烧。

如前所述用途的堇菜，其特点是：

1)为多年生草本，无地上茎，高7～10cm，具长而明显的主根、根茎缩短、生白色须根，2～4个植株丛生于根茎顶端，每个植株叶多数，均基生，呈莲坐状；

2)叶片正面暗绿，背面粉绿，卵状披针形，长2cm，宽3cm，基部心型、长卵形，渐尖，叶缘锯齿状，叶缘顶端暗红色腺点，叶柄长3-5cm，果期显著伸长，翼明显，向下渐窄；托叶浅绿色，披针形，长1cm左右，1/3左右与叶柄合生；

3)花稀少，紫色，闭花较多，花期3～4月，花梗有棱，与叶近等长，幼果期向地弯曲，成熟后直立；花梗近中部两个互生(近对生)的托叶，狭披针形，长0.7～1cm；

4)果实长球形，柱头柱状弯曲，宿存，顶端微凹，药隔附属物棕灰色，长约花药2倍，指甲状护住花药，果期4～6月；

5)种子褐色，着生端纺锤形，对面端球形，种长约1mm；

6)在自然生长状况下，该堇菜地上部分植物体内铅含量(干重)大于1500毫克/千克，同时镉含量大于1000毫克/千克。

本发明具有以下突出效果：

1、由于本发明所利用的量大的堇菜是一种超富集重金属的植物，主通过其根系同时大量吸收土壤、水体中铅和镉，并具有向上输送和转运到地上部的特点，收割地上部并将其移走，则可从土壤中和水体中带走大量的铅、镉，从而达到从污染土壤、水体中快速清除铅、镉污染物的目的。

2、由于本发明中堇菜体内的镉富集量是国际镉的超富集植物含量(100毫克/千克)的十倍，堇菜地上部分植物体内铅含量大于1500毫克/千克，镉含量大于1000毫克/千克，因此具有成本低、经济效益显著的特点。

3、本发明不破坏土壤生态环境，能使土壤保持好的结构和肥力状态，通过对植物的集中处理，不会造成二次污染。

优选实施例

实施例1：

温室育苗，当堇菜生长至5～6周龄时，移栽幼苗在含Pb大于1000，Cd大于50毫克/千克的重金属污染土壤中，行距10cm，株距5cm。由于堇菜苗较小，喜温暖、湿润的环境，幼苗期管理需要注意保湿、防寒，并施加氮肥。当植株成活后，适时清除田间杂草，生长2个月后收割地上部分，将收获物移出重金属污染土壤进行安全填埋或焚烧。收割时最好人工作业，在堇菜根颈上部1～2cm处留茬。收获后立即浇灌，追施氮肥5～10千克/亩。以后当堇菜生长2个月则连续收割地上部，在冬季来临前一个月停止收割，注意保温，以使堇菜能够安全越冬。经测定，收获的堇菜地上植物体内铅含量大于3000毫克/千克，镉含量大于2000毫克/千克。反复收割堇菜地上部多茬后，土壤中铅、镉含量将不断减少，最终使污染土壤的含铅、镉量降低到正常土壤水平，以达到最终消除土壤污染的目的。

实施例1中堇菜适宜在冬季来临前一个月停止收割，注意保温，以使堇菜能够安全越冬。经测定，收获的堇菜地上植物体内铅含量大于3000毫克/千克，镉含量大于2000毫克/千克。反复收割堇菜地上部多茬后，土壤中铅、镉含量将不断减少，最终使污染土壤的含铅、镉量降低到正常土壤水平，以达到最终消除土壤污染的目的。

实施例2

在含Pb、Cd大于10毫克/千克的重金属污染水体中设置浮床(水面固定厚度为2～3cm左右的聚氯乙烯泡沫板)，在聚氯乙烯泡沫板上打孔，直径1～1.5cm，孔距5cm×5cm，将生长至5～6周龄的堇菜幼苗***小孔。由于堇菜幼苗细小，可以在其根颈处缠绕一定的脱脂棉，防止幼苗掉入水体。在水体中可以施加一定的氮肥，以促使堇菜加快生长。生长1个月后收获全株，将收获物进行安全填埋或焚烧。如此反复。在水体净化过程中，堇菜生长良好，没有显现受重金属毒害症状，堇菜茎叶的铅可富集达到3000毫克/千克，镉富集量大于2000毫克/千克。从幼体到成体，堇菜茎叶中富集的铅、镉也呈线性增长。水体中铅、镉含量将不断减少，最终使污染水体的含铅、镉量降低到正常水体水平，以达到最终消除水体污染的目的。

Claims (5)

1、堇菜在修复铅、镉污染土壤和水体的用途，其特征是：

1)筛选可以富集铅、镉的重金属超富集植物堇菜；

2)将前述堇菜苗移栽在含铅、镉的重金属污染土壤中，或者在含铅、镉的重金属污染水体中设置浮床，在所述浮床上打孔、将堇菜苗***小孔中；

3)堇菜植株在地上生长2个月后土壤中的铅、镉重金属通过堇菜的根茎被吸收到堇菜的地上部分，收割地上部分、将收获物移出重金属污染土壤进行安全填埋或焚烧；或者当堇菜在水上浮床上生长1个月后收获全株，将收获物进行安全填埋或焚烧；

4)收割地上堇菜时在堇菜根颈上部1～2cm处留茬，堇菜发芽再生2个月后再收割其地上部分，如此反复作业，直到土壤中的铅和镉等重金属含量在安全范围内即可清除土壤中铅和镉等重金属污染；或者收割水体浮床上的堇菜后再重复种植前述堇菜，待生长1个月后再全株收割，如此反复，直到水体中的铅、镉重金属含量在安全范围内。

2、如权利要求1所述用途的堇菜的培植方法，其特征是：

1)在温室或温暖、湿润的环境中培育幼苗，土壤的pH值为5～8；

2)育苗6周后移栽至大田，保持行距10cm、株距5cm，当植株在地上成活后清除田间杂草，中耕、松土，施用氮肥，移苗2个月后首次收割，然后每两个月可以连续收割，越冬前一个月停止收割，施肥、灌溉，保证堇菜安全越冬。

3、如权利要求1所述用途的堇菜的培植方法，其特征是：

1)将Pb、Cd大于10毫克/千克的重金属污染水体引入面积较大的水池，水深保持在0.5m左右，水面固定厚度为2～3cm左右的聚氯乙烯泡沫板，在聚氯乙烯泡沫板上打孔，直径1～1.5cm，孔距5cm×5cm，将生长至5～6周龄的堇菜幼苗***孔中，调节水体pH值为6左右；

2)将堇菜幼苗移植在前述孔中，向水体施用可溶性氮肥，促进植株生长，生长1个月后收获全株。

4、如权利要求1所述的堇菜在修复铅、镉污染土壤和水体的用途，其特征是：

1)将生长期为5～6星期的堇菜苗移栽在含Pb大于1000、Cd大于50毫克/千克的重金属污染土壤中，行距10cm，株距5cm；或者在含Pb、Cd大于10毫克/千克的重金属污染水体中设置浮床，在所述浮床上打孔、孔直径1～1.5cm、孔距5cm×5cm，将生长至5～6星期的堇菜幼苗***小孔中；

2)当植株在地上成活后，适时清除田间杂草，生长2个月后收割地上部分，将收获物移出重金属污染土壤进行安全填埋或焚烧；或者在水体中可以施加一定的氮肥，以促使堇菜加快生长，当堇菜在水上浮床上生长1个月后收获全株，将收获物进行安全填埋或焚烧。

5、如权利要求1所述用途的堇菜，其特征是：

1)为多年生草本，无地上茎，高7～10cm，具长而明显的主根、根茎缩短、生白色须根，2～4个植株丛生于根茎顶端，每个植株叶多数，均基生，呈莲坐状；

2)叶片正面暗绿，背面粉绿，卵状披针形，长2cm，宽3cm，基部心型、长卵形，渐尖，叶缘锯齿状，叶缘顶端暗红色腺点，叶柄长3-5cm，果期显著伸长，翼明显，向下渐窄；托叶浅绿色，披针形，长1cm左右，1/3左右与叶柄合生；

3)花稀少，紫色，闭花较多，花期3～4月，花梗有棱，与叶近等长，幼果期向地弯曲，成熟后直立；花梗近中部两个互生(近对生)的托叶，狭披针形，长0.7～1cm；

4)果实长球形，柱头柱状弯曲，宿存，顶端微凹，药隔附属物棕灰色，长约花药2倍，指甲状护住花药，果期4～6月；

5)种子褐色，着生端纺锤形，对面端球形，种长约1mm；

6)在自然生长状况下，该堇菜地上部分植物体内铅含量(干重)大于1500毫克/千克，同时镉含量大于1000毫克/千克。