利用紫花茉莉持續提取汙泥中鋅以及修復土壤鋅汙染的方法
2023-12-02 08:32:41 1
專利名稱：利用紫花茉莉持續提取汙泥中鋅以及修復土壤鋅汙染的方法
技術領域：
本發明涉及環保技術領域，尤其涉及一種利用紫花茉莉(Mirabilis jalapa L.)持續提取汙泥中鋅以及修復土壤鋅汙染的方法。
背景技術：
近年來土壤和汙泥中毒性重金屬的汙染日益成為了一個突出的環境和人類健康問題。脫水汙泥是城市汙水處理後的產物，目前世界上每年產生的幹汙泥量已超過1億t。汙泥中含有豐富的有機質、氮、磷、鉀和植物生長所需的其他營養物質。所以，汙泥的農用化是解決大量城市汙泥的有效途徑之一。隨汙泥中營養成分一起進入土壤的還有重金屬元素，鋅就是其中之一。另外，我國有著豐富的鋅礦產資源，富含鋅礦體的自然風化和相應的露天開採、冶煉等礦業活動，以及大量施用化肥、農藥等化工產品，也導致了我國大面積的土壤鋅等重金屬汙染。過量暴露的鋅直接威脅人居環境及食品安全，若通過食物鏈大量進入人體，具致癌致畸致突變以及幹擾激素內分泌等作用，危及居民健康和家畜安全。
當前，可供治理土壤重金屬汙染的方法主要理化修復法和生物修復法理化法有客土(換土)法、沉澱法、淋洗法、電化法、磁化法。這些物理或化學方法各有其優點，但一般都存在花費高、工程量較大、易造成二次汙染等問題。
生物法有微生物和植物修複方法，微生物生物修復的局部成功僅局限於一些有機汙染物的降解，在處理金屬汙染物，特別是在土壤中並非有效。植物修復(phytoremediation)是一種新興的重金屬汙染原位(in situ)綠色修復技術，作為其核心技術之一的植物提取技術(phytoextraction)，已發展成為環境科學領域的研究與應用熱點，並引起政府、學術界和企業界的高度重視。
從當前國內外植物提取技術研究與實踐進展來看，尚存在並需解決以下問題(1)可供選擇的能富集重金屬鋅的植物品種較少，特別是地域適應性廣的植物極少；(2)被推薦優先使用的超富集植物(hyperaccumulator)，普遍生物量偏低，重金屬的總體去除效率較低，同時還存在異地氣候適應等問題；(3)汙染土壤中重金屬生物有效性(bioavailability)有待提高；(4)從應用來看，發達國家的植物修復技術部分已投入實際應用，並獲得了較好的環境、經濟和社會效益，而我國尚處於起步階段，相關技術還處於實驗室或中試階段。
發明內容
本發明的目的是提供一種利用紫花茉莉(Mirabilis jalapa L.)持續提取汙泥中鋅以及修復土壤鋅汙染的方法。
本發明所用的鋅超富集植物紫花茉莉(Mirabilis jalapa L.)，原產中南美洲，在我國長江以南地區自然生長，較多分布，常年可採集到，其種子或塊根也較易發芽繁殖。該紫花茉莉植物分類學特徵如下1.紫花茉莉為石竹目，紫茉莉科植物，一年生或多年生草本，植株高約1米，莖粗2～4cm，多數有5～6個分枝，節膨大突出，易折斷。根粗肥，圓錐形或紡錘形，外皮暗灰褐色，南方俗稱「入地老鼠」，曬乾後有鱗片狀剝裂，肉眼可見有橫長形皮孔，內部肉質白色、粉質。
2.葉片對生，呈卵形或者廣卵形，長約3～10cm，寬可達3.5cm。
3.花1至數朵聚集成頂生聚傘花序，每朵花基部都有1萼狀苞，呈5裂；花喇叭狀，徑達3.8cm；花萼呈花瓣狀，喇叭形，筒長4～6.5cm，有紫紅色、白色、黃色和雜色等品種，一般在早晨或者晚上開花；花被筒長，在子房上部稍縊縮，頂端5裂；雄蕊5～6，與花被等長或外伸；子房上位，呈卵圓形，有1室，花柱絲狀。
4.瘦果接近球形，有稜，成熟時呈黑色，俗稱「小地雷」，為宿存苞片所包。種子長約0.8cm，內含有豐富的白色粉質胚乳。
本發明所用紫花茉莉(Mirabilis jalapa L.)，自然條件下其重金屬鋅富集特徵如下紫花茉莉地上部重金屬鋅的富集為328mg/kg(幹基)，地下部為76mg/kg(幹基)，地上部大於地下部，由於每造可收穫地上部生物量達11250kg/hm2(幹基)，故指標達富集水平。
紫花茉莉雖然具有以上特性，但是長期以來，並未加以應用。尤其是持續性地提取模式，更是一個空白領域。
本發明通過種植紫花茉莉，持續提取並活化土壤或汙泥中的鋅，同時向上運輸和轉運到達地上部，待地上部形成一定的生物量，定期收割地上部，保留地下部，則可進行持續提取，持續轉移土壤中大量的鋅，從而經過一段時間的提取，最後連地下塊根一起收穫，從而清除土壤或汙泥中鋅的汙染。
本發明方法的具體步驟如下(1)控制鋅汙染的土壤或含鋅汙泥pH於5.0～7.5之間；可視生長介質實際酸鹼度，通過施用酸性或鹼性肥料(如石灰)加以調節；(2)每年2～3月份，將生長至3～5片葉的紫花茉莉植株幼苗移栽或用種子、塊根直播到已按前述要求調節pH的鋅汙染的土壤或施入含鋅汙泥的土地中；
所述紫花茉莉植株幼苗可選用自然生長在我國長江以南的，直接移栽幼苗到鋅汙染的土壤或施含鋅汙泥的土地裡。
也可採收其種子和塊根進行直播或育苗移栽。用種子育苗時，種子萌發及幼苗培育的條件為將紫花茉莉種子於水中浸泡24小時，放置暗處發芽5～7天後，在土壤中育苗，空氣相對溼度70～90％，溫度18～25℃；塊根育苗條件為將紫花茉莉塊根埋於砂中，每天淋透水份，空氣相對溼度60～80％，溫度15～23℃。
(3)每年冬季11～12月份定期收割地上部一次，收割地上部時留茬2～3節，收割的紫花茉莉地上部可進行統一處理，如在垃圾填埋區安全填埋或焚燒；第二年留在地下的塊根長出新芽，掉落地裡的種子出苗後適當間苗，讓紫花茉莉持續生長，持續收割紫花茉莉地上部，直到土壤或施汙泥土地中的鋅達安全標準。
本發明在技術上的突出特點在於採用了持續提取模式，解決了紫花茉莉實際應用中的條件控制等技術難題，使該技術的實際應用成為可能，並建立了修復模式系綠色原位修復，因此具有以下突出效果1.本發明所選用的紫花茉莉，可超富集重金屬鋅，應用於植物提取汙染土壤或汙泥鋅，成本低，修復效率高，潛在經濟效益可觀；且容易繁殖、易形成大生物量，抗病蟲害、多年生長等特點，適合於汙染土壤或汙泥鋅的植物提取；2.按照本發明方法的持續提取模式，簡化了修復土壤或汙泥鋅汙染的程序，適合於推廣應用；3.本發明建立的修復模式系綠色原位修復，所收穫的地上部進行集中安全填埋或焚燒，不會造成二次汙染，同時修復進程不會破壞土壤生態環境，並有助於改善土壤因重金屬汙染而引起的土壤退化和生產力下降，恢復並提高土壤生物多樣性，對汙泥鋅的提取可使其達農用化排放標準。
具體實施例方式
以下通過實施例對本發明作進一步說明。
實施例1土壤修復於2-3月將紫花茉莉種子撒播於平整的大田苗圃，覆蓋細砂或泥土，空氣相對溼度70～90％，溫度20℃。待紫花茉莉幼苗生長至3～5片葉，移栽入重金屬汙染土壤，土壤重金屬鋅本底含量≥250mg/kg，保持土壤pH至6～7.5，行距1米，株距0.5米。生長10個月收穫地上部，留茬2～3節。第一次收穫的紫花茉莉，經測定地上部重金屬鋅含量≥328mg/kg(乾重)，紫花茉莉持續生長、持續提取土壤鋅，持續收割紫花茉莉地上部，土壤中的鋅含量不斷減少，直到汙染土壤鋅含量減少到正常土壤水平，土壤鋅汙染消除。
實施例2土壤修復於2-3月將紫花茉莉種子撒播於重金屬汙染土壤中，覆蓋細砂或泥土，空氣相對溼度70～90％，溫度20℃。土壤重金屬鋅本底含量≥250mg/kg，保持土壤pH至6～7.5。待紫花茉莉幼苗生長至3～5片葉，保持行距1米，株距0.5米。生長10個月收穫地上部，留茬2～3節。第一次收穫的紫花茉莉，經測定地上部重金屬鋅含量≥328mg/kg(乾重)，紫花茉莉持續生長、持續提取土壤鋅，持續收割紫花茉莉地上部，土壤中的鋅含量不斷減少，直到汙染土壤鋅含量減少到正常土壤水平，土壤鋅汙染消除。
實施例3汙泥鋅提取於2-3月將紫花茉莉塊根埋於砂中，每天淋透水份，空氣相對溼度60～80％，溫度20℃。待幼苗生長至3～5片葉，移栽於施用汙泥後鋅含量為250mg/kg的土壤，保持土壤pH 5～6；行距1米，株距0.5米。生長10個月，收穫地上部，留茬2～3節。經測定，收穫的紫花茉莉地上部重金屬鋅含量≥328mg/kg(乾重)；紫花茉莉持續提取鋅，持續收割紫花茉莉地上部，施入土體中的汙泥鋅含量不斷減少，直到鋅含量減少到正常水平，汙泥鋅達農用化排放標準。
實施例4汙泥鋅提取於2-3月將紫花茉莉塊根埋於施用汙泥後鋅含量為250mg/kg的土壤中，保持土壤pH 5～6，覆蓋細砂，每天淋透水份，空氣相對溼度60～80％，溫度20℃。待幼苗生長至3～5片葉，保持行距1米，株距0.5米。生長10個月，收穫地上部，留茬2～3節。經測定，收穫的紫花茉莉地上部重金屬鋅含量≥328mg/kg(乾重)；紫花茉莉持續提取鋅，持續收割紫花茉莉地上部，施入土體中的汙泥鋅含量不斷減少，直到鋅含量減少到正常水平，汙泥鋅達農用化排放標準。
權利要求
1.一種利用紫花茉莉持續提取汙泥中鋅以及修復土壤鋅汙染的方法，具體步驟包括(1)控制鋅汙染的土壤或含鋅汙泥pH於5.0～7.5之間；(2)每年2～3月份，將紫花茉莉植株植入已按前述要求調節pH的鋅汙染的土壤或施入含鋅汙泥的土地中或用種子、塊根直播到已按前述要求調節pH的鋅汙染的土壤或施入含鋅汙泥的土地中；(3)每年冬季11～12月份定期收割地上部一次，收割地上部時留茬2～3節，收割的紫花茉莉地上部可進行統一處理，如在垃圾填埋區安全填埋或焚燒；第二年留在地下的塊根長出新芽，掉落地裡的種子出苗後適當間苗，讓紫花茉莉持續生長，持續收割紫花茉莉地上部，直到土壤或施汙泥土地中的鋅達安全標準。
2.按照權利要求1所述的利用紫花茉莉持續提取汙泥中鋅以及修復土壤鋅汙染的方法，其特徵在於所述步驟(2)中是選用自然生長在我國長江以南的紫花茉莉植株，將生長至3～5片葉的紫花茉莉植株幼苗直接移栽幼苗到已按步驟(1)要求調節pH的鋅汙染的土壤或施入含鋅汙泥的土地裡。
3.按照權利要求1所述的利用紫花茉莉持續提取汙泥中鋅以及修復土壤鋅汙染的方法，其特徵在於所述步驟(2)中用紫花茉莉種子育苗時，種子萌發及幼苗培育的條件一般為將紫花茉莉種子於水中浸泡24小時，放置暗處發芽5～7天後，在土壤中育苗，空氣相對溼度70～90％，溫度18～25℃。
4.按照權利要求1所述的利用紫花茉莉持續提取汙泥中鋅以及修復土壤鋅汙染的方法，其特徵在於所述步驟(2)中塊根育苗條件為將紫花茉莉塊根埋於砂中，每天淋透水份，空氣相對溼度60～80％，溫度15～23℃。
5.按照權利要求1至4之一所述的利用紫花茉莉持續提取汙泥中鋅以及修復土壤鋅汙染的方法，其特徵在於所述步驟(1)中通過施用酸性或鹼性肥料調節土壤的pH。
全文摘要
本發明涉及一種利用紫花茉莉(Mirabilisjalapa L.)持續提取汙泥中鋅以及修復土壤鋅汙染的方法。本方法主要利用能富集鋅重金屬的紫花茉莉，吸收並活化汙染土壤中的鋅，同時向上運輸和轉運到達地上部，待紫花茉莉地上部形成一定的生物量，定期收割地上部(一年收割一次)，保留地下部塊根，收割地上部時留茬2～3節，第二年塊根以及掉落的種子將發芽生長，則可進行持續提取。本發明建立了一種持續提取模式，可持續轉移汙染土壤或施入土體的汙泥中大量的鋅，直到土壤或汙泥中的鋅含量達環境安全標準。
文檔編號B09C1/10GK101074143SQ20061003548
公開日2007年11月21日 申請日期2006年5月16日 優先權日2006年5月16日
發明者黃慶, 柯玉詩 申請人:廣東省農業科學院土壤肥料研究所