專利名稱：堇菜在修復(fù)鉛、鎘污染土壤和水體的用途及其培植方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及堇菜在修復(fù)鉛、鎘污染土壤和水體的用途及其培植方法，屬于環(huán)境污染治理，特別是土壤或水體中鉛和鎘的污染治理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鑒于土壤重金屬污染的普遍性和嚴(yán)重性，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已紛紛制定相應(yīng)的土壤修復(fù)計(jì)劃。美國(guó)聯(lián)邦政府制定了土壤和地下水修復(fù)計(jì)劃，準(zhǔn)備投資數(shù)百億到上千億美元，1994年，由美國(guó)發(fā)起并成立了“全球土壤修復(fù)網(wǎng)絡(luò)(Global Soil Remediation Net-work)”。
傳統(tǒng)的重金屬污染土壤治理主要采用土壤固化、玻璃化、淋濾法、洗土法、客土法、電化學(xué)法等物理或化學(xué)方法等。這些方法存在著以下缺點(diǎn)(1)成本高，一公頃的重金屬污染土地往往高達(dá)數(shù)千萬(wàn)美圓，而且難以大規(guī)模使用；(2)破壞土壤生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)喪失、土壤生物活性下降和土壤肥力退化，往往需要進(jìn)行二次處理；(3)二次污染，運(yùn)用物理、化學(xué)方法對(duì)重金屬污染土壤修復(fù)的過(guò)程成往往又會(huì)造成對(duì)土壤的再次污染。
因此，從80年代開始，發(fā)達(dá)國(guó)家就非常關(guān)注植物修復(fù)技術(shù)研究，并使其逐步發(fā)展成為當(dāng)今環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域一個(gè)研究熱點(diǎn)，尤其是近年來(lái)越來(lái)越受到政府、學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的高度重視。到目前為止，北美從事環(huán)境生物修復(fù)技術(shù)開發(fā)研究的機(jī)構(gòu)和公司已增長(zhǎng)到兩百多個(gè)。2000年，美國(guó)植物修復(fù)市場(chǎng)銷售達(dá)10000萬(wàn)美元。
在目前植物修復(fù)的國(guó)際研究進(jìn)展來(lái)看，存在的主要問(wèn)題有(1)可供選擇的富集植物品種極少。(2)現(xiàn)有采用的超富集植物的生物量普遍偏低，重金屬的總體去除效率仍然較低。(3)污染土壤中重金屬的生物有效性有待提高。(4)從應(yīng)用的角度來(lái)看，目前發(fā)達(dá)國(guó)家的植物修復(fù)技術(shù)大部分也都處于實(shí)驗(yàn)室和中試階段。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供堇菜在修復(fù)鉛、鎘污染土壤和水體的用途及其培植方法。
本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題可以通過(guò)采取如下措施達(dá)到堇菜在修復(fù)鉛、鎘污染土壤和水體的用途，其特點(diǎn)是1)篩選可以富集鉛、鎘的重金屬超富集植物堇菜；2)將前述堇菜苗移栽在含鉛、鎘的重金屬污染土壤中，或者在含鉛、鎘的重金屬污染水體中設(shè)置浮床，在所述浮床上打孔、將堇菜苗插入小孔中；3)堇菜植株在地上生長(zhǎng)2個(gè)月后土壤中的鉛、鎘重金屬通過(guò)堇菜的根莖被吸收到堇菜的地上部分，收割地上部分、將收獲物移出重金屬污染土壤進(jìn)行安全填埋或焚燒；或者當(dāng)堇菜在水上浮床上生長(zhǎng)1個(gè)月后收獲全株，將收獲物進(jìn)行安全填埋或焚燒；4)收割地上堇菜時(shí)在堇菜根頸上部1～2cm處留茬，堇菜發(fā)芽再生2個(gè)月后再收割其地上部分，如此反復(fù)作業(yè)，直到土壤中的鉛和鎘等重金屬含量在安全范圍內(nèi)即可清除土壤中鉛和鎘等重金屬污染；或者收割水體浮床上的堇菜后再重復(fù)種植前述堇菜，待生長(zhǎng)1個(gè)月后再全株收割，如此反復(fù)，直到水體中的鉛、鎘重金屬含量在安全范圍內(nèi)。
如前所述用途的堇菜的培植方法，其特點(diǎn)是土壤培植法1)在溫室或溫暖、濕潤(rùn)的環(huán)境中培育幼苗，土壤的pH值為5～8；2)育苗6周后移栽至大田，保持行距10cm、株距5cm，當(dāng)植株在地上成活后清除田間雜草，中耕、松土，施用氮肥，移苗2個(gè)月后首次收割，然后每?jī)蓚€(gè)月可以連續(xù)收割，越冬前一個(gè)月停止收割，施肥、灌溉，保證堇菜安全越冬。
水體中培植法1)將Pb、Cd大于10毫克/千克的重金屬污染水體引入面積較大的水池，水深保持在0.5m左右，水面固定厚度為2～3cm左右的聚氯乙烯泡沫板，在聚氯乙烯泡沫板上打孔，直徑1～1.5cm，孔距5cm×5cm，將生長(zhǎng)至5～6周齡的堇菜幼苗插入孔中，調(diào)節(jié)水體pH值為6左右；2)將堇菜幼苗移植在前述孔中，向水體施用可溶性氮肥，促進(jìn)植株生長(zhǎng)，生長(zhǎng)1個(gè)月后收獲全株。
如前所述的堇菜在修復(fù)鉛、鎘污染土壤和水體的用途，其特點(diǎn)還有1)將生長(zhǎng)期為5～6星期的堇菜苗移栽在含Pb大于1000、Cd大于50毫克/千克的重金屬污染土壤中，行距10cm，株距5cm；或者在含Pb、Cd大于10毫克/千克的重金屬污染水體中設(shè)置浮床，在所述浮床上打孔、孔直徑1～1.5cm、孔距5cm×5cm，將生長(zhǎng)至5～6星期的堇菜幼苗插入小孔中；2)當(dāng)植株在地上成活后，適時(shí)清除田間雜草，生長(zhǎng)2個(gè)月后收割地上部分，將收獲物移出重金屬污染土壤進(jìn)行安全填埋或焚燒；或者在水體中可以施加一定的氮肥，以促使堇菜加快生長(zhǎng)，當(dāng)堇菜在水上浮床上生長(zhǎng)1個(gè)月后收獲全株，將收獲物進(jìn)行安全填埋或焚燒。
如前所述用途的堇菜，其特點(diǎn)是1)為多年生草本，無(wú)地上莖，高7～10cm，具長(zhǎng)而明顯的主根、根莖縮短、生白色須根，2～4個(gè)植株叢生于根莖頂端，每個(gè)植株葉多數(shù)，均基生，呈蓮坐狀；2)葉片正面暗綠，背面粉綠，卵狀披針形，長(zhǎng)2cm，寬3cm，基部心型、長(zhǎng)卵形，漸尖，葉緣鋸齒狀，葉緣頂端暗紅色腺點(diǎn)，葉柄長(zhǎng)3-5cm，果期顯著伸長(zhǎng)，翼明顯，向下漸窄；托葉淺綠色，披針形，長(zhǎng)1cm左右，1/3左右與葉柄合生；3)花稀少，紫色，閉花較多，花期3～4月，花梗有棱，與葉近等長(zhǎng)，幼果期向地彎曲，成熟后直立；花梗近中部?jī)蓚€(gè)互生(近對(duì)生)的托葉，狹披針形，長(zhǎng)0.7～1cm；4)果實(shí)長(zhǎng)球形，柱頭柱狀彎曲，宿存，頂端微凹，藥隔附屬物棕灰色，長(zhǎng)約花藥2倍，指甲狀護(hù)住花藥，果期4～6月；5)種子褐色，著生端紡錘形，對(duì)面端球形，種長(zhǎng)約1mm；6)在自然生長(zhǎng)狀況下，該堇菜地上部分植物體內(nèi)鉛含量(干重)大于1500毫克/千克，同時(shí)鎘含量大于1000毫克/千克。
本發(fā)明具有以下突出效果1、由于本發(fā)明所利用的量大的堇菜是一種超富集重金屬的植物，主通過(guò)其根系同時(shí)大量吸收土壤、水體中鉛和鎘，并具有向上輸送和轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部的特點(diǎn)，收割地上部并將其移走，則可從土壤中和水體中帶走大量的鉛、鎘，從而達(dá)到從污染土壤、水體中快速清除鉛、鎘污染物的目的。
2、由于本發(fā)明中堇菜體內(nèi)的鎘富集量是國(guó)際鎘的超富集植物含量(100毫克/千克)的十倍，堇菜地上部分植物體內(nèi)鉛含量大于1500毫克/千克，鎘含量大于1000毫克/千克，因此具有成本低、經(jīng)濟(jì)效益顯著的特點(diǎn)。
3、本發(fā)明不破壞土壤生態(tài)環(huán)境，能使土壤保持好的結(jié)構(gòu)和肥力狀態(tài)，通過(guò)對(duì)植物的集中處理，不會(huì)造成二次污染。
優(yōu)選實(shí)施例實(shí)施例1溫室育苗，當(dāng)堇菜生長(zhǎng)至5～6周齡時(shí)，移栽幼苗在含Pb大于1000，Cd大于50毫克/千克的重金屬污染土壤中，行距10cm，株距5cm。由于堇菜苗較小，喜溫暖、濕潤(rùn)的環(huán)境，幼苗期管理需要注意保濕、防寒，并施加氮肥。當(dāng)植株成活后，適時(shí)清除田間雜草，生長(zhǎng)2個(gè)月后收割地上部分，將收獲物移出重金屬污染土壤進(jìn)行安全填埋或焚燒。收割時(shí)最好人工作業(yè)，在堇菜根頸上部1～2cm處留茬。收獲后立即澆灌，追施氮肥5～10千克/畝。以后當(dāng)堇菜生長(zhǎng)2個(gè)月則連續(xù)收割地上部，在冬季來(lái)臨前一個(gè)月停止收割，注意保溫，以使堇菜能夠安全越冬。經(jīng)測(cè)定，收獲的堇菜地上植物體內(nèi)鉛含量大于3000毫克/千克，鎘含量大于2000毫克/千克。反復(fù)收割堇菜地上部多茬后，土壤中鉛、鎘含量將不斷減少，最終使污染土壤的含鉛、鎘量降低到正常土壤水平，以達(dá)到最終消除土壤污染的目的。
實(shí)施例1中堇菜適宜在冬季來(lái)臨前一個(gè)月停止收割，注意保溫，以使堇菜能夠安全越冬。經(jīng)測(cè)定，收獲的堇菜地上植物體內(nèi)鉛含量大于3000毫克/千克，鎘含量大于2000毫克/千克。反復(fù)收割堇菜地上部多茬后，土壤中鉛、鎘含量將不斷減少，最終使污染土壤的含鉛、鎘量降低到正常土壤水平，以達(dá)到最終消除土壤污染的目的。
實(shí)施例2在含Pb、Cd大于10毫克/千克的重金屬污染水體中設(shè)置浮床(水面固定厚度為2～3cm左右的聚氯乙烯泡沫板)，在聚氯乙烯泡沫板上打孔，直徑1～1.5cm，孔距5cm×5cm，將生長(zhǎng)至5～6周齡的堇菜幼苗插入小孔。由于堇菜幼苗細(xì)小，可以在其根頸處纏繞一定的脫脂棉，防止幼苗掉入水體。在水體中可以施加一定的氮肥，以促使堇菜加快生長(zhǎng)。生長(zhǎng)1個(gè)月后收獲全株，將收獲物進(jìn)行安全填埋或焚燒。如此反復(fù)。在水體凈化過(guò)程中，堇菜生長(zhǎng)良好，沒(méi)有顯現(xiàn)受重金屬毒害癥狀，堇菜莖葉的鉛可富集達(dá)到3000毫克/千克，鎘富集量大于2000毫克/千克。從幼體到成體，堇菜莖葉中富集的鉛、鎘也呈線性增長(zhǎng)。水體中鉛、鎘含量將不斷減少，最終使污染水體的含鉛、鎘量降低到正常水體水平，以達(dá)到最終消除水體污染的目的。
權(quán)利要求
1.堇菜在修復(fù)鉛、鎘污染土壤和水體的用途，其特征是1)篩選可以富集鉛、鎘的重金屬超富集植物堇菜；2)將前述堇菜苗移栽在含鉛、鎘的重金屬污染土壤中，或者在含鉛、鎘的重金屬污染水體中設(shè)置浮床，在所述浮床上打孔、將堇菜苗插入小孔中；3)堇菜植株在地上生長(zhǎng)2個(gè)月后土壤中的鉛、鎘重金屬通過(guò)堇菜的根莖被吸收到堇菜的地上部分，收割地上部分、將收獲物移出重金屬污染土壤進(jìn)行安全填埋或焚燒；或者當(dāng)堇菜在水上浮床上生長(zhǎng)1個(gè)月后收獲全株，將收獲物進(jìn)行安全填埋或焚燒；4)收割地上堇菜時(shí)在堇菜根頸上部1～2cm處留茬，堇菜發(fā)芽再生2個(gè)月后再收割其地上部分，如此反復(fù)作業(yè)，直到土壤中的鉛和鎘等重金屬含量在安全范圍內(nèi)即可清除土壤中鉛和鎘等重金屬污染；或者收割水體浮床上的堇菜后再重復(fù)種植前述堇菜，待生長(zhǎng)1個(gè)月后再全株收割，如此反復(fù)，直到水體中的鉛、鎘重金屬含量在安全范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述用途的堇菜的培植方法，其特征是1)在溫室或溫暖、濕潤(rùn)的環(huán)境中培育幼苗，土壤的pH值為5～8；2)育苗6周后移栽至大田，保持行距10cm、株距5cm，當(dāng)植株在地上成活后清除田間雜草，中耕、松土，施用氮肥，移苗2個(gè)月后首次收割，然后每?jī)蓚€(gè)月可以連續(xù)收割，越冬前一個(gè)月停止收割，施肥、灌溉，保證堇菜安全越冬。
3.如權(quán)利要求1所述用途的堇菜的培植方法，其特征是1)將Pb、Cd大于10毫克/千克的重金屬污染水體引入面積較大的水池，水深保持在0.5m左右，水面固定厚度為2～3cm左右的聚氯乙烯泡沫板，在聚氯乙烯泡沫板上打孔，直徑1～1.5cm，孔距5cm×5cm，將生長(zhǎng)至5～6周齡的堇菜幼苗插入孔中，調(diào)節(jié)水體pH值為6左右；2)將堇菜幼苗移植在前述孔中，向水體施用可溶性氮肥，促進(jìn)植株生長(zhǎng)，生長(zhǎng)1個(gè)月后收獲全株。
4.如權(quán)利要求1所述的堇菜在修復(fù)鉛、鎘污染土壤和水體的用途，其特征是1)將生長(zhǎng)期為5～6星期的堇菜苗移栽在含Pb大于1000、Cd大于50毫克/千克的重金屬污染土壤中，行距10cm，株距5cm；或者在含Pb、Cd大于10毫克/千克的重金屬污染水體中設(shè)置浮床，在所述浮床上打孔、孔直徑1～1.5cm、孔距5cm×5cm，將生長(zhǎng)至5～6星期的堇菜幼苗插入小孔中；2)當(dāng)植株在地上成活后，適時(shí)清除田間雜草，生長(zhǎng)2個(gè)月后收割地上部分，將收獲物移出重金屬污染土壤進(jìn)行安全填埋或焚燒；或者在水體中可以施加一定的氮肥，以促使堇菜加快生長(zhǎng)，當(dāng)堇菜在水上浮床上生長(zhǎng)1個(gè)月后收獲全株，將收獲物進(jìn)行安全填埋或焚燒。
5.如權(quán)利要求1所述用途的堇菜，其特征是1)為多年生草本，無(wú)地上莖，高7～10cm，具長(zhǎng)而明顯的主根、根莖縮短、生白色須根，2～4個(gè)植株叢生于根莖頂端，每個(gè)植株葉多數(shù)，均基生，呈蓮坐狀；2)葉片正面暗綠，背面粉綠，卵狀披針形，長(zhǎng)2cm，寬3cm，基部心型、長(zhǎng)卵形，漸尖，葉緣鋸齒狀，葉緣頂端暗紅色腺點(diǎn)，葉柄長(zhǎng)3-5cm，果期顯著伸長(zhǎng)，翼明顯，向下漸窄；托葉淺綠色，披針形，長(zhǎng)1cm左右，1/3左右與葉柄合生；3)花稀少，紫色，閉花較多，花期3～4月，花梗有棱，與葉近等長(zhǎng)，幼果期向地彎曲，成熟后直立；花梗近中部?jī)蓚€(gè)互生(近對(duì)生)的托葉，狹披針形，長(zhǎng)0.7～1cm；4)果實(shí)長(zhǎng)球形，柱頭柱狀彎曲，宿存，頂端微凹，藥隔附屬物棕灰色，長(zhǎng)約花藥2倍，指甲狀護(hù)住花藥，果期4～6月；5)種子褐色，著生端紡錘形，對(duì)面端球形，種長(zhǎng)約1mm；6)在自然生長(zhǎng)狀況下，該堇菜地上部分植物體內(nèi)鉛含量(干重)大于1500毫克/千克，同時(shí)鎘含量大于1000毫克/千克。
全文摘要
本發(fā)明涉及堇菜在修復(fù)鉛、鎘污染土壤和水體的用途及其培植方法，其特點(diǎn)是篩選可以富集鉛、鎘的重金屬超富集植物堇菜，將生長(zhǎng)期為5～6星期的堇菜苗移栽在含Pb大于1000、Cd大于50毫克/千克的重金屬污染土壤中，或者在含Pb、Cd大于10毫克/千克的重金屬污染水體中設(shè)置浮床，在所述浮床上打孔，將生長(zhǎng)至5～6星期的堇菜幼苗插入小孔中。由于本發(fā)明所利用的量大的堇菜是一種超富集重金屬的植物，主通過(guò)其根系同時(shí)大量吸收土壤、水體中鉛和鎘，并具有向上輸送和轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部的特點(diǎn)，收割地上部并將其移走，則可從土壤中和水體中帶走大量的鉛、鎘，從而達(dá)到從污染土壤、水體中快速清除鉛、鎘污染物的目的。
文檔編號(hào)B09C1/00GK1465449SQ0213431
公開日2004年1月7日 申請(qǐng)日期2002年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月5日
發(fā)明者束文圣, 藍(lán)崇鈺, 劉威 申請(qǐng)人:束文圣, 藍(lán)崇鈺, 劉威