鎘汙染土壤的植物原位修複方法

2023-06-16 16:23:06

專利名稱：鎘汙染土壤的植物原位修複方法
技術領域：
本發明涉及鎘汙染土壤的修復和治理方法。
背景技術：
鎘汙染已成為一個嚴重的環境問題。在有色金屬採冶和使用含鎘原料的工業企業，每年都有大量鎘通過「三廢」排到環境之中，而排到環境中的鎘有82％-94％進入土壤，其中相當部分為農業土壤，我國土壤鎘汙染面積日益嚴重，一些汙灌區農田土壤中鎘含量高達130mg/kg，比自然土壤高出數百倍。工礦企業排放的廢水、廢氣、汙泥及其它含鎘物是鎘進入土壤的主要來源。鎘在環境中具有穩定、積累和不易消除的特點，通過食物鏈富積對人體產生慢性中毒。長期大量攝入鎘會影響鈣和磷的代謝，引起腎、骨和肝的病理變化，誘發骨質疏鬆、骨軟化和腎結石等疾病。腎皮質是鎘作用的主要靶部位，腎皮質鎘積累過多將導致腎機能失調，鎘引起的腎小管功能障礙和腎小球濾過率下降，同時長時間暴露在含鎘的環境中將導致惡性腫瘤、呼吸系統病、消化系統病等。
目前，較為成熟的且用於土壤重金屬汙染修復的物理化學技術有客土技術、淋洗技術、熱處理技術、電解技術、固化技術、玻璃化技術。這些物理化學修復技術，各有其優點，但都存在工程量大，費用昂貴，難以展開大規模汙染土壤的改良，同時容易造成二次汙染以及導致土壤結構破壞，土壤活性下降和土壤肥力退化等生態問題。植物修復技術是一種運用植物來清除土壤汙染物的新方法。與傳統修復技術相比，植物修復技術具有費用低廉，不破壞環境，易為人們所接受等優點，越來越引起土壤—植物—環境界的重視。

發明內容
本發明目的是提供一種投資少，無二次汙染，治理鎘汙染土壤的植物原位修複方法。
本發明目的是通過在被鎘汙染土壤上直接種植東南景天，由東南景天根系大量吸收鎘並向上運輸和轉運到地上部，收割地上部並將其轉移到其它地方集中進行無害化處理，而從土壤環境中帶走大量的鎘，實現鎘汙染土壤的植物原位修復的。
本發明提供的鎘汙染土壤的植物原位修複方法，步驟如下
以傳統農耕法將東南景天種植到鎘汙染土壤中，施用氮磷鉀肥和有機肥，促進東南景天根系的生長；在生長3-4個月或生長到30-40cm高度之後首次收割地上部，以後每生長3個月收割一次，收割時地上部留莖2-3cm高，並將收割的地上部轉移到其他地方集中進行無害化處理。
東南景天(Sedum alfredii Hance)為多年生草本植物，莖、葉肉質狀；根狀莖橫走，葉互生，下部葉常脫落。試驗表明東南景天與一般植物不同，它是一種鎘超積累植物，對土壤中高含量的鎘有很強的忍耐、吸收和積累能力，鎘含量範圍在247～381mg/kg。營養液培養試驗進一步證明，東南景天對生長介質中鎘有很強的忍耐和積累能力，當生長介質中鎘濃度為400μmol/L時，東南景天莖和葉片鎘含量達到最高值，分別為4511mg/kg和3317mg/kg。田間條件下，地上部乾重可達3219kg/ha，含鎘為181mg/kg，即使在鎘濃度很低時，東南景天葉片和莖中鎘的含量也很高，因此它可以修復重度汙染和輕度汙染的土壤。通過種植東南景天大量吸收鎘，可實現鎘汙染土壤的快速治理。
東南景天可以生長在pH值5-8的土壤環境裡，適應性廣，在我國大部分地區都可以用來修復重金屬汙染土壤。在實施過程中，還可以結合農藝措施，如使用有機肥，改良土壤理化性質，促進動東南景天根系生長，提高生物量，加速東南景天對鎘的吸收和和向地上部的轉運，提高修復效率。
東南景天為多年生草本植物，第一年移栽後生長比較緩慢，首次收割在生長3-4個月之後，以後每生長3個月收割一次或東南景天生長到30-40cm高度收割一次，收割時地上部，留莖2-3cm高。因此在利用東南景天修復鎘汙染土壤時，要注意收割的時間和每次莖留高度，以免影響修復和治理的效果。
東南景天無性繁殖(以株芽為主)的速率很快，在較短的生長期內即可形成良好的地面覆蓋，其蓋度幾乎可達100％。另一方面，東南景天還具有適於刈割的特點，當其它環境條件較為適宜時，一年內可刈割收穫該植物地上部3～4茬。每年東南景天對土鑲鎘的清除量將高達1.80kg/ha。同時東南景天地上部高達40釐米，適合規模化、機械化操作。
收割的東南景天應轉移到其它地方集中處理或進行資源化加工處理。並可以回收其中的鎘，避免產生二次汙染，同時可直接產生經濟效益。
本發明通過種植東南景天修復鎘土壤，利用東南景天對鎘的吸收和向地上部的轉運，通過收割地上部生物量，達到從土壤環境中帶走鎘汙染物的目的。該方法與傳統的汙染土壤治理方法相比，投資少，工程量小，管理技術要求不高，不破壞土壤理化性質，無二次汙染，而且可以保持水土，美化環境。是一種應用範圍廣、投資少、維護成本低、操作簡單的「綠色修復技術」。本發明解決了鎘汙染土壤的修復和治理問題，具有良好的社會效益、經濟效益和環境效益，在鎘汙染土壤修復中具有廣闊的應用前景。
具體實施例方式
實施例1在不同鎘汙染水平的土壤中移栽東南景天，施用氮磷鉀肥，生長期間按傳統的農作物管理方法進行管理，移栽後4個月收穫地上部分。經測定，在21.0mg/kg汙染水平下，東南景天的乾物產量為2141kg/ha，地上部鎘含量為148mg/kg，從土壤中帶走的鎘為0.32kg/ha，在13.0mg/kg汙染水平下，東南景天的乾物產量為2586kg/ha，地上部鎘含量為153mg/kg，從土壤中帶走的鎘為0.39kg/ha。可以看出，東南景天在不同汙染水平下對土壤鎘的清除能力沒有顯著差異，可以應用於不同程度鎘汙染土壤的修復。
實施例2在含鎘21.15mg/kg的鎘汙染土壤中移栽東南景天，第一次移栽後4個月收穫地上部分，收穫後進行補苗，3個月後進行第二次收穫，施用氮磷鉀肥和有機肥，生長期間按傳統的農作物管理方法進行管理。經測定，第一次收穫後，東南景天的乾物產量為1277kg/ha，地上部鎘含量為193mg/kg，從土壤中帶走的鎘為0.21kg/ha。第二次收穫後，東南景天的產量為3219kg/ha，地上部鎘含量為181mg/kg，從土壤中帶走鎘為0.58kg/ha。兩次收穫后土壤鎘含量由21.15mg/kg變化為20.37mg/kg，相當於土壤中的總鎘減少3.69％，以後每生長3個月收割一次或東南景天生長到30-40cm高度收割一次，土壤中的鎘含量不斷減少，從而達到從土壤環境中清除鎘汙染物的目的，最終實現鎘汙染土壤的修復。
實施例3在含鎘40.3mg/kg，不同pH值的鎘汙染土壤中移栽東南景天，施用氮磷鉀肥，生長期間按傳統的農作物管理方法進行管理，移栽後4個月收穫地上部分。經測定，在5.0水平下，東南景天的乾物產量為2325kg/ha，地上部鎘含量為453mg/kg，從土壤中帶走的鎘為1053g/ha；在pH值5.5水平下，東南景天的乾物產量為1845kg/ha，地上部鎘含量為477mg/kg，從土壤中帶走的鎘為880g/ha；在pH值6.3水平下，東南景天的乾物產量為1635kg/ha，地上部鎘含量為442mg/kg，從土壤中帶走的鎘為723g/ha。可以看出，東南景天在不同pH水平下對土壤鎘的清除能力不同，酸性條件下清除能力較高，在鹼性條件下，可以通過施用酸性物質如酸性有機肥來調節。
權利要求
1.鎘汙染土壤的植物原位修複方法，其特徵是以傳統農耕法將東南景天種植到鎘汙染土壤中，施用氮磷鉀肥和有機肥，促進東南景天根系的生長；在生長3-4個月或生長到30-40cm高度之後首次收割地上部，以後每生長3個月收割一次，收割時地上部留莖2-3cm高，並將收割的地上部轉移到其他地方集中進行無害化處理。
全文摘要
本發明涉及鎘汙染土壤的植物原位修複方法。在被鎘汙染區域，直接種植植物東南景天，通過東南景天根系吸收土壤中大量的鎘，並向上運輸及轉運到地上部，當植株生長到30－40cm或3－4個月後收割地上部並將其移走，則可從土壤中帶走大量的鎘，從而達到快速治理鎘汙染土壤的目的。該方法投資少，工程量小，不破壞土壤理化性質，無二次汙染，且可以保持水土，美化環境。
文檔編號C05G3/04GK1555672SQ20041001565
公開日2004年12月22日 申請日期2004年1月5日 優先權日2004年1月5日
發明者楊肖娥, 李廷強, 葉海波 申請人:浙江大學