一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅汙染土壤或水體的方法
2023-06-14 04:26:11 2
一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅汙染土壤或水體的方法
【專利摘要】本發明涉及治理環境汙染的植物修復技術，特別涉及利用超富集植物治理重金屬汙染土壤或水體的方法，具體的說是一種利用超富集植物藎草（Arthraxonhispidus(Thunb.)Makino）治理銻、砷、鉛及鋅汙染土壤或水體的方法。本發明通過在含銻、砷、鉛及鋅汙染土壤或水體中種植藎草，利用其在生長發育過程中對銻的超富集能力及對鋅、鉛及砷的高富集能力，將土壤或水體中的銻、砷、鉛及鋅向其地上部分轉移，當藎草植株長到成熟時期，將其地上部分收割並從汙染土壤或水體中移走，再在銻、砷、鉛及鋅汙染土壤或水體中重複上述種植及收割並移走藎草的操作過程，直至土壤或水體銻、砷、鉛及鋅的含量達到環境質量標準，從而達到去除土壤或水體中的銻、砷、鉛及鋅汙染的目的。
【專利說明】一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅汙染土壤或水體的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及治理汙染環境的植物修復技術，特別涉及利用超富集植物治理重金屬汙染土壤或水體的方法。
【背景技術】
[0002]土壤和水體重金屬汙染是全球所面臨的重大環境問題之一。據國家環保部的調查顯示，我國重金屬汙染土壤面積至少有2000萬公頃，水體重金屬汙染問題也十分突出，江河湖庫底質的汙染率高達80.1%。因重金屬造成的水體和土壤汙染已對我國的生態環境、食品安全、人體健康和農業可持續發展構成了嚴重的威脅。
[0003]我國礦產以伴生礦居多，在採礦工業區和冶煉工業區周圍排出的重金屬「三廢」常常形成情況複雜的汙染，對人體、生物及環境造成巨大危害。銻是一種分布廣泛的有毒有害重金屬元素，在巴塞爾公約中將銻列為危險廢物。銻對人體及生物的危害巨大，可與體內某些酶的巰基相結合，破壞組織新陳代謝，損害心、肝、腎及神經系統。銻的粉塵及煙霧對皮膚黏膜有刺激作用，可引起皮炎及口腔、鼻黏膜炎症。銻及其化合物用途廣泛，主要用於生產陶瓷，玻璃，電磁，油漆，煙火材料，合金，驅蟲劑，阻燃劑等，其廣泛開採及使用導致汙染問題日益突出。砷是一種致癌致畸的有毒元素，常和重金屬礦產伴生。砷在工農業生產中應用非常廣泛，砷和含砷金屬的開採、冶煉，用砷或深化合物作原料的玻璃、顏料、原藥、紙張的生產以及煤的燃燒等過程，都可產生含砷廢水、廢氣和廢渣，對環境造成汙染。鉛也是一種有毒有害的重金屬元素，屬於危險廢物，在環境中可以長期積累，進入食物鏈後具有生物積累和生物放大作用，對人體和生物的神經系統、生殖系統等造成巨大危害。鋅是人體和生物的必需元素，但鋅過量會造成汙染，鋅礦開採、冶煉加工、機械製造以及鍍鋅、儀器儀表、有機會合成和造紙等工業的排放，使土壤和水體受到汙染。
[0004]目前治理銻、砷、鉛及鋅等重金屬汙染土壤的方法很多，主要有物理修復技術，化學修復技術，生物修復技術。生物修復技術主要有植物修復技術和微生物修復技術。
[0005]植物修復技術就是利用植物來治理汙染了的環境，即利用植物及其根際圈微生物體系的吸收、揮發和轉化及降解等作用機理來清除汙染環境中的汙染物質。廣義的植物修復包括利用植物淨化空氣，利用植物及其根際圈微生物淨化汙水和治理汙染土壤，主要包括重金屬、放射性核素及有機汙染物等。狹義的植物修復主要指利用植物及根際圈微生物體系清潔汙染土壤，包括無機和有機汙染物。而通常所說的植物修復主要指利用超富集植物的提取作用出去汙染土壤中的重金屬，即通過重複種植和收穫超富集植物將汙染土壤中的重金屬濃度降到可接受水平。植物修復技術具有費用低、效果好、可操作性強、不破壞土壤和水體基本結構與功能、不引起二次汙染、保持水體、美化環境等優點，是一種很有潛力的汙染治理技術。
[0006]植物修復技術的前提是找到對某種或某些重金屬具有特殊吸收富集能力的超富集植物。超富集植物也叫超積累植物，這一定義最初是由Books提出的，當時是用來命名莖中鎳的含量大於1000 mg/kg的植物。現在超富集植物的概念已經擴大到植物多所有金屬元素的超富集現象，即能超富集一種金屬元素或同時能富集幾種金屬元素的植物，超富集通常指對重金屬的吸收累積量超過一般植物的100倍。目前國際上有關衡量超富集植物的常用標準有三個:一是臨界含量特徵，即植物地上部分(主要指莖或葉)富集的重金屬量是普通植物在同一生長條件下的100倍以上，銻、砷及鉛的臨界濃度均為1000 mg kg—1，鋅的臨界濃度為10000 mg kg_S二是轉移特徵，轉運係數(即植物地上部分(主要指莖或葉)重金屬含量與其根部重金屬含量的比值)大於I。三是耐性特徵，是指植物對重金屬具有較強的耐性，植物能正常生長。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅汙染土壤或水體的方法。該方法具有能同時去除多種汙染物、費用低、效果好、可操作性強、不破壞土壤或水體基本結構與功能、不引起二次汙染、保持水體、美化環境等優點。
[0008]為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案。
[0009]本發明通過在含銻、砷、鉛及鋅汙染的土壤或水體中種植藎草，利用其在生長發育過程中對銻的超富集能力，對砷、鉛及鋅的高富集能力，將土壤或水體中的銻、砷、鉛及鋅向植物地上部分轉移，當藎草種植到植株成熟時期，將整個植株或其地上部分收割並從汙染土壤或水體中移走，再在銻、砷、鉛及鋅汙染土壤或水體中重複上述種植及收割並移走藎草的操作過程，直至土壤或水體中銻、砷、鉛及鋅含量達到環境質量標準，從而達到去除土壤或水體中的鋪、砷、鉛及鋅汙染的目的。
[0010]本發明所用植物為禾本科寒草屬植物寒草，英文名為Arthraxon hispidus(Thunb.) Makino0
[0011]藎草作為超富集銻植物在我國尚屬首次發現，在國際上亦未見過相關報導。採集於我國某銻汙染區的藎草所富集銻的量符合國際上有關超富集植物的衡量標準；其地上部分銻含量高達1336 mg kg'超過其臨界濃度；根部銻含量為35 mg kg_\轉運係數大於I ;對銻有較強的耐性，植物能夠正常生長。
[0012]藎草不僅能對銻有超富集能力，而且對砷、鉛及鋅的富集能力也很高，是普通植物富集砷、鉛及鋅能力的幾十倍以上，可同時用於治理銻、砷、鉛及鋅汙染。
[0013]藎草形態特徵:一年生，杆細弱，無毛，基部傾斜，高30-60 cm，具多節，常分枝，基部節著地易生根。葉鞘短於節間，生短硬疣毛；葉舌膜質，長0.5-1 _，邊緣具纖毛；葉片卵狀披針形，長2-4 cm，寬0.8-1.5 cm，基部心形，抱莖，除下部邊緣生疣基毛外餘均無毛。總狀花序細弱，長1.5-4 cm, 2-10枚呈指狀排列或簇生於杆頂；總狀花序軸節間無毛，長為小穗的2/3-3/4。無柄小穗卵狀披針形，呈兩側壓扁，長3-5 mm，灰綠色或帶紫；第一穎草質，邊緣膜質，包住第二穎2/3，具7-9脈，脈上粗糙至生疣基硬毛，尤以頂端及邊緣為多，先端銳尖；第二穎近膜質，與第一穎等長，舟形，脊上粗糙，具3脈而2側脈不明顯，先端尖；第一外稃長圓形，透明膜質，先端尖，長為第一穎的2/3 ;第二外稃與第一外稃等長，透明膜質，近基部伸出一膝曲的芒；芒長6-9 mm,下幾部扭轉；雄蕊2 ;花葯黃色或帶紫色,長0.7-1mm。穎果長圓形，與稃體等長。有柄小穗退化僅到針狀刺，柄長0.2-1毫米。花果期9_11月。分布於全國各地及舊大陸的溫暖區域，變異性甚大，主要生於山坡草地陰溼處。
[0014]本發明所述的種植藎草是指可採用土培和水培兩種栽培方式。土培方式即採用土壤作為植物生長發育所需的環境介質的栽培方式，將植物種子直接播種或將植物幼苗直接栽培在土壤中，並在種植過程中提供植物正常生長發育所需的光照、溫度、水分等條件及其生長發育所需的營養物質，以保證植物能正常生長發育；植物生長發育所需營養物質由土壤環境所含營養物質直接提供，或通過人工施肥添加外源營養物質的方式提供，氮、磷、鉀等營養物質的添加量為0.01-0.5 g kg_s植物生長發育所需水分由自然降水方式提供，或通過人工灌溉方式提供，水分在20%-100%田間持水量範圍內；植物生長發育所需光照和溫度由室外自然條件提供，溫度在5-40 °C範圍內。水培方式即採用水體作為植物生長發育所需的環境介質的栽培方式，將植物幼苗栽培於水體中，植物通過根部與水體接觸，通過支撐介質穩固在水體上，並在種植過程中提供植物正常生長發育所需光照、溫度、水分等條件及生長發育所需營養物質，以保證植物能正常生長發育；利用浮床作為植物固定在水體中的支撐介質，植物根部通過浮床上鑽的小孔直接與水體接觸；植物生長發育所需營養物質由水體環境所含營養植物直接提供，或通過人工施肥添加外源營養物質的方式提供，氮、磷、鉀等營養物質的添加量為0.01-0.5 g kg_S植物生長發育所需水分由水體自身提供；植物生長發育所需光照和溫度由室外自然條件提供，溫度在10-40 °C範圍內。
[0015]本發明所述的種植藎草是指可利用藎草種子繁殖方式或可利用藎草匍匐莖莖節處萌發的腋芽進行營養繁殖方式。
[0016]本發明所述的土壤或水體是指含有銻、砷、鉛及鋅單一汙染或複合汙染的土壤或水體。
[0017]本發明所述藎草來源於我國某銻、砷、鉛及鋅汙染區，可利用其種子進行繁殖或可利用自然生長在銻汙染區的藎草幼苗進行栽培或可利用其匍匐莖莖節處萌發的腋芽進行營養繁殖形成新的藎草植株幼苗進行栽培。藎草種子的繁殖溫度要求在10-40 °C範圍內，水分要求在20%-100%田間持水量範圍內，播種深度要求為0-2 cm範圍內。將藎草種子直接播種在銻、砷、鉛及鋅汙染土壤中，或將幼苗期的藎草栽培在銻、砷、鉛及鋅汙染土壤或有浮床為固定支撐介質的水體中。
[0018]本發明所述收割並移走藎草是指將藎草種植到植株成熟時期，將其整個植株或其地上部分收割，並從汙染土壤或水體中移走；再在銻、砷、鉛及鋅汙染土壤或水體中重複上述種植及收割並移走藎草的操作過程，直至土壤中銻、砷、鉛及鋅的含量達到環境質量標準，從而達到去除土壤或水體中的銻、砷、鉛及鋅汙染的目的。
[0019]本發明有以下顯著優點。
[0020]1.本發明所採用的植物藎草是一種超富集銻植物，在我國尚屬首次發現，在國際上亦未見過相關報導。該植物不僅能對銻有超富集能力，而且對砷、鉛及鋅的富集能力也很高，是普通植物富集砷和鋅能力的幾十倍以上，可同時用於治理銻、砷、鉛及鋅汙染。該植物對環境的適應能力強，生長範圍廣，容易種植，為研究銻、砷、鉛及鋅汙染植物修復技術提供了寶貴的植物資源。
[0021]2.本發明所述的一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅汙染土壤或水體的方法，具有能同時去除多種汙染物、費用低、效果好、可操作性強、不破壞水體或土壤基本結構與功能、不引起二次汙染、保持水土、美化環境等優點。
[0022]3.本發明所述的一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅汙染土壤或水體的方法，可大面積推廣應用。
【具體實施方式】
[0023]在某銻汙染區進行試驗研究，該汙染區土壤中銻、砷、鉛及鋅的平均含量分別為85、96、280、3200 mg kg—1，利用該銻汙染區自然生長的藎草幼苗進行種植，溫度在10-40 V範圍內，水分在20%-100%田間持水量範圍內；當藎草植株長到成熟時期，將其整個植株收害!]，並從汙染土壤中移走。經分析測定，成熟的藎草植株地上部分銻、砷、鉛及鋅的平均含量分別達1336、316、1120、370 mg kg_\根部銻、砷、鉛及鋅的平均含量分別為35、28、890、57 mg kg—1，轉運係數均大於I。植物對銻、砷、鉛及鋅有較強的耐性，植物生長正常，株高達50-60 cm。該試驗表明，藎草對銻具有超富集能力，對砷、鉛及鋅具有高富集能力，可用於治理鋪、砷、鉛及鋅汙染土壤或水體。
【權利要求】
1.一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅汙染土壤或水體的方法，其特徵在於:在含銻、砷、鉛及鋅汙染的土壤或水體中種植藎草，利用其自然生長過程中對銻的超富集能力及對砷、鉛及鋅的高富集能力，將土壤或水體中的鋪、砷、鉛及鋅向植物地上部分轉移，當藎草長到成熟時期，將其地上部分或整個植株收割並從汙染土壤或水體中移走，再在銻、砷、鉛及鋅汙染土壤或水體中重複上述種植及收割並移走藎草的操作過程，直到土壤或水體中鋪、砷、鉛及鋅含量達到環境質量標準，從而達到治理土壤或水體中鋪、砷、鉛及鋅汙染的目的。
2.根據權利要求1所述的一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅汙染土壤或水體的方法，其特徵在於:所述種植藎草是指可採用土培方式種植，即採用土壤作為植物生長發育所需的環境介質，將植物種子直接播種或將植物幼苗直接栽培在土壤中，並在種植過程中提供植物正常生長發育所需光照、溫度、水分等條件及其生長發育所需營養物質，以保證植物能正常生長發育；植物所需營養物質由土壤環境所含營養植物提供，或通過人工施肥添加外源營養物質的方式提供，氮、磷、鉀等營養物質的添加量為0.01-0.5 g kg—1;植物所需水分由自然降水方式提供，或通過人工灌溉方式提供，水分在20%-100%田間持水量範圍內；植物生長發育所需光照和溫度由室外自然條件提供，溫度在10-40 °C範圍內。
3.根據權利要求1所述的一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅汙染土壤或水體的方法，其特徵在於:所述種植藎草是指可採用水培方式種植，即採用水體作為植物生長發育所需的環境介質，將植物幼苗直接栽培在水體環境中，植物通過根部與水體接觸，通過支撐介質穩固在水體上，並在種植過程中提供植物正常生長發育所需光照、溫度、水分等條件及生長發育所需營養物質，以保證植物能正常生長發育；利用浮床作為植物固定在水體中的支撐介質，植物根部通過浮床上鑽的小孔直接與水體接觸；植物所需要營養植物由水體環境所含營養植物提供，或通過人工施肥添加外源營養物質的方式提供，氮、磷、鉀等營養物質的添加量為0.01-0.5 g/kg，植物所需水分由水體自身提供；植物生長所需光照和溫度由室外自然條件提供，溫度在10-40 °〇範圍內。
4.根據權利要求1所述的一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅汙染土壤或水體的方法，其特徵在於:所述藎草來源於我國某銻、砷、鉛及鋅汙染區，可利用其種子進行繁殖或利用自然生長在銻、砷、鉛及鋅汙染區的藎草幼苗進行栽培或可利用其匍匐莖莖節處萌發的腋芽進行營養繁殖形成新的藎草植株幼苗進行栽培，將藎草種子直接播種在銻、砷、鉛及鋅汙染土壤中，或將藎草幼苗直接栽培於汙染土壤或水體中。
5.根據權利要求1所述的一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅汙染土壤或水體的方法，其特徵在於:將藎草種植到植株成熟時期，將其整個植株或其地上部分收割，並從汙染土壤或水體中移走；再在銻、砷、鉛及鋅汙染土壤或水體中重複上述種植及收割並移走藎草的操作過程，直至土壤中銻、砷、鉛及鋅含量達到環境質量標準，從而達到治理銻、砷、鉛及鋅汙染土壤或水體的目的。
6.根據權利要求1所述的一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅汙染土壤或水體的方法，其特徵在於:所述土壤或水體是指含有銻、砷、鉛及鋅單一汙染或複合汙染的土壤或水體。
【文檔編號】B09C1/00GK104174638SQ201310201011
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月27日 優先權日:2013年5月27日
【發明者】袁藝寧, 盧明 申請人:袁藝寧, 盧明