一種聯合強化修復鎘汙染土壤的方法

2023-05-20 03:23:31 1

專利名稱：：一種聯合強化修復鎘汙染土壤的方法
技術領域：
：本發明^及重金屬汙染土壤的植物修復，具體的說是一種利用聯合強化措施修復鎘汙染土壤的方法。
背景技術：
：我國土壤環境中的鎘汙染主要來源於工礦企業排放的廢水、廢氣和廢渣，以及汙水灌溉、汙泥農用等農業生產活動。據2001年農業部對全國24個省巿320個重點汙染區548萬ha農田進行的調查表明，全國汙染區大田類產品中汙染物超標面積佔汙染區農田總面積的20。/。，而Cd汙染農產品超標面積達27.86萬ha[文獻1:中國社會科學院環境與發展研究中心.中國環境與發展評論第l卷[M].北京社會科學文獻出版社，2001:32.]。據報導，江西大餘礦區、瀋陽巿張士灌區、上海的沙川灌區等都是典型的重金屬Cd汙染區，嚴重汙染面積(生產出糧食的Cd含量超過食品衛生標準數倍甚至數十倍)佔10%以上[文獻2:徐愛春，陳益泰.鎘汙染土壤根際環境的調節與植物修復研究進展.中國土壤與肥料，2007,(2)，1-6.]。由此可見，我國土壤鎘汙染不僅面積大，而且汙染程度較重，嚴重威脅到我國的食品和生態安全，已成為一個亟需解決的環境問題。目前，可用於修復土壤重金屬汙染的技術很多，但成本廉價的方法卻並不多見。近年來出現的植物修復(phytoremediation)技術，作為一種原位綠色修復技術，具有費用低廉、不破壞環境、易於為人們所接受等優點，已經成為環境科學領域的研究與應用熱點，並引起學術界、政府和企業界的高度重視。將觀賞植物應用於汙染土壤修複方面的研究剛剛興起，它不但能夠在進行治理汙染同時美化環境，一舉兩得；而且觀賞植物一般不會進入食物鏈，可減少對人體健康的危害。由於很多待修復土壤中目標重金屬活性較低，而已經發現的超富集植物大多生長緩慢，生物量小，而生長迅速、生物量大的富集植物一般很難吸收富集高濃度的重金屬，給實際修復帶來了很多困難。鑑於此，人們探索利用螯合強化技術，即在土壤中添加螯合劑來活化土壤中的重金屬，提高其生物有效性，促進植物吸收重金屬，來提高植物修復的效率。目前螯合強化修復技術已經成為植物修復領域研究最多的方向之一，取得了很大的進展。然而，螯合強化技術也存在著不少問題(l)螯合劑及其與重金屬形成的螯合物一般具有較強的植物毒性，嚴重抑制植物生長，降低生物產量，影響修復效果；(2)螯合劑活化重金屬後，其螯合物不易降解，會引起嚴重的重金屬滲濾現象，造成對地表水和地下水等環境的二次汙染；3(3)目前使用的螯合劑大多是非專一性的，在活化重金屬同時也使一些微量營養元素的淋失量增加，導致土壤肥力下降；(4)螯合劑一般價格較高，其大量使用必然會增加植物修復的成本。如何既保證強化修復的效果，又能減少對植物的毒害，降低修復成本，減輕環境風險，是螯合強化技術現階段急需解決的問題。作為一種生理酸性肥料，銨態氮肥不僅可以通過酸化根際環境活化土壤中的重金屬，促進植物吸收，還能促進植物生長，提高其生物產量，因此常被用於強化重金屬汙染的植物修復。如果能夠將銨態氮肥引入螯合強化技術體系中，一方面通過氮肥的酸化作用來提高螯合劑活化重金屬、促進植物吸收的效率，另一方面通過氮肥的增產作用來緩解螯合劑對植物的毒害，這樣就可以在保證較高修復效率的前提下，減少螯合劑用量，以降低修復成本，減輕環境風險。因此基於銨態氮肥和螯合劑的聯合強化技術是完全可行的。
發明內容本發明的目的在於提供一種高效、經濟、安全的聯合強化修復鎘汙染土壤的方法。為實現上述目的，本發明的技術內容為在待修復土壤中施入銨態氮肥，然後種植具有很強鎘富集能力的花丼孔雀草，待孔雀草生長至開花或成熟期時，在土壤中添加螯合劑，再生長10-15天後將植物整體移除，從而達到修復鎘汙染土壤的目的，其中螯合劑的添加量為每千克土壤中1.0-2.0mmol,銨態氮肥施用量為每千克土壤中0.94-1.88g。同時可根據土壤中肥力狀況施用適量促進植物生長的磷鉀肥。所述銨態氮肥為硫酸銨((NH4)2S04)，螯合劑為乙二醇雙四乙酸(EGTA)。所述種植孔雀草是指將高5-8cm或含4片展開真葉的孔雀草幼苗移載到鎘汙染土壤中。在鎘汙染土壤中種植的孔雀草採用室外栽培，定期澆水，使土壤含水量保持在田間持水量的60-80%。在鎘汙染土壤上釆用複種的方式種植孔雀草，即在第一茬長到開花或成熟期時，將植物整體從汙染土壤上移出，再種植第二茬，重複上述過程，直至土壤中的鎘含量達到環境安全標準。本發明所具有的優點(1)本發明在螯合強化修復的基礎上，配合肥料強化措施，既保證了較高的修復效率，又降低了修復成本和環境風險；(2)本發明選用的孔雀草對鎘的耐性和富集能力強，栽培管理非常容易，且生長速度快，具有很好的觀賞價值，在修復鎘汙染土壤的同時，可以起到美化環境的作用，具有良好的環境效益；(3)本發明釆用植物原位強化修復鎘汙染土壤的措施，與傳統的汙染土壤治理方法相比，具有投資少、工程量小、技術要求不高等優點。圖1為實施例2中在不同處理下對孔雀草地上部生物量的檢測圖。圖2為實施例2中在不同處理下對孔雀草地上部鎘含量的檢測圖。圖3為實施例2中在不同處理下對孔雀草地上部鎘提取量和提取效率的示意圖。具體實施方式實施例1常見的銨態氮肥有硫酸銨、氯化銨等，為了挑選一種合適的氮肥用於聯合強化修復，進行了本實驗。實驗地點在中國科學院瀋陽應用生態研究所的網室內，該場地在瀋陽巿中心，實驗場地周圍沒有汙染源，是重金屬未汙染區。盆栽試驗土壤為釆自瀋陽巿張士灌區的鎘汙染土壤，土壤類型為草甸棕壤，其基本理化性質為pH值5.89，有機質含量1.75%,總Cd含量5.09mg/kg。本實驗共設5個處理，分別為CK(對照未施入氮肥),；(NH4)2S042個梯度SI(0.2g/kgN)、S2(0.4g/kgN);腿4(312個梯度Cl(0.2g/kgN)、C2(0.4g/kgN);每個處理重複3次。所有處理施用0.05g/kgP和0.063g/kgK(KH2P04)作為底肥。將供試土壤風乾過4mm篩後，以固體形式拌入氮肥和底肥，充分混勾後裝入塑料盆(0=20cm,#=15cm)中，每盆裝土2.5kg,平衡l個月待用。同時進行花弁育苗，將土壤、河沙、蛭石按照7:2:1的重量份數比例混勻裝入穴盤中，點播孔雀草種子，保持土壤溼潤。20-30天後，苗高5-8cm，含4片真葉，選取長勢一致的苗移入處理盆中，每盆2棵。每日根據盆中土壤水分狀況，澆入適量自來水，使土壤含水量經常保持在田間持水量的60-80%左右。植物生長45天後收穫植株。將收穫樣品分為根、莖、葉3部分，分別用自來水充分衝洗以去除粘附於植物樣品上的泥土和汙物，然後再用去離子水衝洗，瀝去水分，在85'C殺青1小時；然後在65'C下烘乾至衡重，稱量乾重後粉碎備用。植物樣品釆用HN03-HC10,法消化(二者體積比為3:1),用原子吸收分光光度計測定其中的Cd含量。實驗結果如下參見表1可知，孔雀草對兩種氮肥的反應完全不同。施用(NH4)2S04顯著提高了孔雀草的地上部生物量，使其地上部鎘含量略微升高，但是作用並不明顯，最終兩個水平(NH4)2S04的處理都顯著提高了孔雀草的地上部鎘提取量和提取效率，分別為對照的2.06、2.35倍。而施用NH4Cl對孔雀草的生長具有很強的抑制作用，在C2處理下，多次移栽孔雀草均枯萎死掉，最終沒有能夠收穫植物，而C1處理地上部生物量也顯著下降，僅為對照的41.3%,這可能與氯化銨肥料中含有高濃度的氯離子，而孔雀草對氯較為敏感有關。雖然施用NH4C1使孔雀草地上部鎘含量有所提高，但是由於其抑制生長的作用，孔雀草地上部鎘提取量和提取效率都顯著低於對照。綜合比較這兩種氮肥的強化效果，選擇(NH4)2S04作為下一步聯合強化修復的強化劑。5另外，由表l可知，在土壤中鎘含量為5.09mg/kg時，孔雀草地上部鎘含量為14.98-20.69mg/kg,富集係數遠大於1,表現出很強的鎘富集能力，在修復鎘汙染土壤方面具有較大的應用潛力。表1不同施肥處理下孔雀草地上部鎘累積特徵tableseeoriginaldocumentpage6一實施例2實驗地點和供試土壤、植物與實施例l相同。共設7個處理，分別為CK(對照未施入氮肥)；(NH4)2S042個梯度Nl(0.2g/kgN)、N2(0.4g/kgN);EGTA2個梯度El(lmmol/kg)、E2(2mmol/kg);聯合處理N1+E1，N2+E1;每個處理重複3次。螯合劑EGTA施入時間待孔雀草移栽45天後，以溶液形式在土壤表層的根區附近一次性添加上述設置的相應濃度的EGTA，處理15天後收穫植物，樣品處理同實施例1。實驗結果如下圖1給出了不同處理下孔雀草的地上部生物量。方差分析表明，與對照(CK)相比，氮肥處理N1、N2以及聯合處理NREl、N2+El均顯著提高了孔雀草地上部生物量(屍<0.05),增幅為1.65-1.80倍，只是聯合處理略低於氮肥處理。而EGTA處理則降低了孔雀草地上部生物量，特別是E2，使地上部生物量顯著下降(P<0.05),增幅為2.39-2.87倍，而且聯合處理還略高於EGTA處理。氮肥處理N1、N2僅使地上部Cd含量略有提高，作用並不顯著。圖3給出了不同處理下孔雀草的地上部Cd提取量和提取效率。聯合處理N1+E1、N2+E1的Cd提取量和提取效率最高，分別為對照的5.39、5.98倍，不僅顯著高於E1處理，還比E2處理提高1.93-2.14倍；EGTA處理的Cd提取量和提取效率略高於氮肥處理，二者比對照處理增加2.26-2.80倍。由上述實驗結果可知，銨態氮肥(NH4)2S04和螯合劑EGTA的聯合處理，不僅可以緩解螯合劑對植物的毒害，顯著提高其地上部生物量，還可以提高螯合劑促進植物吸收的能力，最終使植物的提取修復效率大幅提高，明顯高於高劑量的螯合劑處理。因此，基於銨態氣肥與螯合劑的強化修復措施，既提高了修復效率，又減少了螯合劑用量，降低了修復成本和環境風險，具有較大的應用價值。權利要求1.一種聯合強化修復鎘汙染土壤的方法，其特徵在於在待修復土壤中施入銨態氮肥，然後種植孔雀草，最後在土壤中添加螯合劑，從而達到修復鎘汙染土壤的目的，所述銨態氮肥為硫酸銨，螯合劑為乙二醇雙四乙酸。2.按權利要求1所述的聯合強化修復鎘汙染土壤的方法，其特徵在於:所述添加螯合劑時間為:孔雀草生長至開花或成熟期;在土壤中添加螯合劑後,待孔雀草生長10-15天後將植物整體移除。3.按權利要求1所述的聯合強化修復鎘汙染土壤的方法，其特徵在於:所述螯合劑的添加量為每千克土壤中1.0-2.0mmol,銨態氮肥施用量為每千克土壤中0.94-1.88g。4.按權利要求1所述的聯合強化修復鎘汙染土壤的方法，其特徵在於所述種植孔雀草是指將高5-8cm或含4片展開真葉的孔雀草幼苗移載到鎘;虧中5.按權利要求1所述的聯合強化修復鎘汙染土壤的方法，其特徵在於在鎘汙染土壤中種植的孔雀草採用室外栽培，定期澆水，使土壤含水量保持在田間持水量的60-80%。6.按權利要求1所述的聯合強化修復鎘汙染土壤的方法，其特徵在於在鎘汙染土壤上釆用複種的方式種植孔雀草，即在第一茬長到開花或成熟期時，將植物整體從汙染土壤上移出，再種植第二茬，重複上述過程，直至土壤中的鎘含量達到環境安全標準。全文摘要本發明涉及重金屬汙染土壤的植物修復，具體的說是一種利用聯合強化措施修復鎘汙染土壤的方法。該方法是在待修復土壤中施入銨態氮肥，然後種植孔雀草，待孔雀草生長至開花或成熟期時，在土壤中添加螯合劑，再生長10-15天後將植物整體移除，從而達到修復鎘汙染土壤的目的。本發明通過施用酸性肥料，不僅可以明顯緩解螯合劑對植物的毒害，還可以顯著提高螯合劑的強化修復效果，從而加速鎘汙染土壤的植物修復過程。本發明具有修復成本低、修復效率高、可操作性強、環境風險小等優點，且可以在治理汙染土壤的同時美化環境。文檔編號B09C1/00GK101462117SQ20071015903公開日2009年6月24日申請日期2007年12月19日優先權日2007年12月19日發明者於志國,劉維濤,周啟星,林王申請人:中國科學院瀋陽應用生態研究所