專利名稱：一種利用超富集植物短萼灰葉修復(fù)鉛污染土壤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污染環(huán)境的植物修復(fù)技術(shù)，特別涉及利用鉛富集植物修復(fù)被重金屬污染的土壤的方法。
背景技術(shù)：
重金屬污染土壤的途徑通常有以下兩種一是金屬礦開采活動造成的環(huán)境污染，污染類型主要有坑口周圍土壤中礦床礦物在水、氣、熱等環(huán)境因素長期作用下而形成的重金屬污染較嚴(yán)重的土壤；采礦廢石堆放過程中因淋濾等原因造成的重金屬污染土壤；含有較高濃度重金屬的礦山含有較高濃度重金屬的礦山廢水對土壤造成的污染等。二是工業(yè)污水灌溉農(nóng)田引發(fā)的重金屬污染土壤。鉛污染土壤的現(xiàn)象在我國部分地方比較普遍，云南省在某些有色金屬礦區(qū)及冶煉廠周邊地區(qū)也尤為嚴(yán)重，典型的如滇東南有色金屬礦區(qū)土壤中鉛平均含量達(dá)500～18096mg/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過GB15618-1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中為保障農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)和植物正常生長的土壤臨界值，臨界值為≤500mg/kg，超標(biāo)率達(dá)60-100％，污染指數(shù)3.47-33.66，土壤鉛污染相當(dāng)嚴(yán)重。又如北衙地區(qū)農(nóng)田耕作土壤中鉛含量為850.7-4790.1mg/kg，超過非鉛土壤均值的127-1388倍。
鉛是一種積累性毒物。土壤中的鉛能被生物吸收而向生物體轉(zhuǎn)移，人則通過食物鏈攝取鉛。鉛能侵犯神經(jīng)系統(tǒng)，易激動，血象紅細(xì)胞增多，出現(xiàn)失眠、多夢、記憶減退、疲乏，進(jìn)而發(fā)展為狂躁、失明、神志模糊、昏迷，嚴(yán)重導(dǎo)致腦血管缺氧而死亡。鉛及其化合物會導(dǎo)致心悸，且具有致癌和致突變作用。
目前，通常用于土壤重金屬污染修復(fù)的技術(shù)有農(nóng)業(yè)生態(tài)措施、工程措施和生物措施。農(nóng)業(yè)生態(tài)措施包括兩方面一是農(nóng)業(yè)生態(tài)調(diào)控，如調(diào)節(jié)土壤PH值，土壤水分、氧化-還原電位(Eh)等；二是農(nóng)藝修復(fù)措施，該種方法的主要機理為固化土壤中的重金屬，增加土壤對重金屬的吸收能力，對減少重金屬被作物吸收具有一定作用，有效降低重金屬對人類健康的威脅。但是這種方法無法從根本上防治土壤重金屬污染。
工程措施包括土壤化學(xué)淋洗、電動修復(fù)、電熱修復(fù)、改土法、固化技術(shù)等。土壤化學(xué)淋洗是有效處理難揮發(fā)性重金屬污染土壤的有效手段之一，選擇合適的提取劑是該項技術(shù)的關(guān)鍵，但是無論哪種提取劑都存在回收、二次污染等還未解決或完善的技術(shù)問題；電動修復(fù)特別適合于低滲透性的黏土和淤泥土，經(jīng)濟合理，但是由于土壤系統(tǒng)組分的復(fù)雜性，經(jīng)常出現(xiàn)實際應(yīng)用與實驗結(jié)果相反的現(xiàn)象，如土壤的緩沖性能、組分、離子組成、污染金屬離子的種類等都會影響電動修復(fù)的效果，金屬電極本身容易被腐蝕，也會造成土壤的二次污染；電熱修復(fù)的不足之處在于土壤有機質(zhì)和結(jié)構(gòu)水易遭到破壞，驅(qū)趕土壤水分需要消耗大量能量；改土法對小面積土壤污染是行之有效的，但是不適用于大范圍土壤污染治理，且對換出去的土壤依然存在妥善處理，避免二次污染的問題；固化技術(shù)具有一定效果，原位固化重金屬，大大降低成本，但也有一定局限性只是改變了重金屬在土壤中的存在形態(tài)，對土壤長期穩(wěn)定性和對生態(tài)系統(tǒng)的影響不甚了解，目前也缺乏這方面的研究。
生物措施是利用某些特定的動、植物和微生物能夠較快地吸走土壤中的重金屬污染而達(dá)到凈化土壤的目的。與物理、化學(xué)處理技術(shù)相比，具有安全、費用低廉、效果好等優(yōu)點，被稱為一種新的環(huán)境友好替代技術(shù)。但微生物修復(fù)也面臨一定的難題，一方面微生物生物量小，吸收的金屬量較少；另一方面因其生物量很小而難于進(jìn)行后處理；植物修復(fù)是利用自然生長植物或遺傳工程培育植物修復(fù)金屬污染土壤的技術(shù)總稱。這一技術(shù)核心是綠色植物的超常作用，以太陽能為驅(qū)動力，以其潛在的高效、經(jīng)濟及其生態(tài)協(xié)調(diào)性等優(yōu)勢成為學(xué)術(shù)界研究的熱點。
超積累植物(Hyperaccmulator)也叫超富集植物，是指能超量吸收和積累重金屬的植物，這一定義最初是由Baker和Brooks等提出的。超積累植物應(yīng)同時具備三個特征一是植物地上部，如莖或葉，金屬含量是普通植物在同一生長條件下的10-500倍，其臨界含量為1000mg/kg；二是植物地上部分重金屬含量大于根部該種金屬含量；三是植物的生長沒有出現(xiàn)明顯的毒害癥狀。生活在重金屬污染程度較高土壤上地上部生物量沒有顯著減少是超積累植物區(qū)別于普通植物的一個重要特征，這是超積累植物所具有的區(qū)別于普通植物的超強忍耐性的表現(xiàn)特征之一。而對于普通植物而言，雖有些植物在這種情況下也能生存生長，但其地上部分生物量往往會明顯降低，通常表現(xiàn)為植株矮小，有的生物學(xué)特性還會改變，如葉子，花色變色等。由于土壤中鉛的移動性較弱，且容易以硫酸鹽或磷酸鹽形式被土壤膠體或植物根際吸附固定，不利于植物吸收。因此，目前有關(guān)植物吸收富集鉛及耐鉛脅迫的研究較少。國外已報道的鉛超積累植物，有遏藍(lán)菜屬(Thlaspi rotundilolium)、燕麥草(Arrhenatherum elatius)、愛遏藍(lán)菜(Thlaspi caerulescens)等約14種。國內(nèi)報道了土荊介(Chenopodiumambrosioides)、綠葉莧菜(Amaranthus tricolor)、紫穗槐(Sophora japonica)和羽葉鬼針草(Bidens maximowicziana)等4種鉛超積累植物。另外，東南景天(S.alfredii)和酸膜(Rumex acetosa)等植物對土壤中的鉛也有一定的吸收富集作用。但已發(fā)現(xiàn)的鉛超累積植物大多生物量較小，生長緩慢，極大地限制了它們在修復(fù)鉛污染土壤方面的實際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種費用低廉，可操作性強，不破壞土壤理化性質(zhì)，不引起二次污染，對修復(fù)鉛污染土壤有良好效果的超富集植物修復(fù)鉛污染土壤的方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的方法如下一種利用超富集植物短萼灰葉修復(fù)鉛污染土壤的方法，其方法是在含污染物鉛的土壤上播種植物短萼灰葉種子，播種后4-5個月，當(dāng)植物長到株高100-120cm時，將植物地上部分收割并從污染土壤上移走，通過短萼灰葉的根系吸收污染土壤中的鉛，并將鉛轉(zhuǎn)移至短萼灰葉的地上部器官，再移走植物地上部分從而實現(xiàn)除去土壤中污染物鉛的目的。
所述的利用超富集植物短萼灰葉修復(fù)鉛污染土壤的方法，在含污染物鉛的土壤上種植植物短萼灰葉，播種前，用50-60℃溫水浸種半小時，晾干后播種，播種期為每年的3月至4月，株距×行距＝50-130cm×60-130cm，每公頃播種量4-7kg。
所述的利用超富集植物短萼灰葉修復(fù)鉛污染土壤的方法，所述在含污染物鉛的土壤上種植短萼灰葉，播后4-5個月后，株高100-120cm時可刈割，留茬45-60cm，當(dāng)年可割1-2次，第二三年可割2-3次，利用年限3-4年，再種植第二茬，重復(fù)上述過程，直至徹底除去土壤中超標(biāo)的鉛。
所述的利用超富集植物短萼灰葉修復(fù)鉛污染土壤的方法，在植物收割后可用以焚燒發(fā)電，回收金屬、堆肥、壓縮填埋的方法進(jìn)行處理。
短萼灰葉，豆科灰葉屬的一個種，學(xué)名Tephrosia candida DC.。又名山毛豆、灰葉豆。多年生小灌木。原產(chǎn)亞洲熱帶地區(qū)。分布于熱帶和亞熱帶地區(qū)。廣東省主要作為幼齡橡膠園、柑桔園的綠肥覆蓋作物和幼齡咖啡園的蔭蔽樹。云南、廣西、福建等地亦有栽培。株高1-3m，枝有棱，密生褐色或灰色絨毛。奇數(shù)羽狀復(fù)葉，葉面無毛，葉背密生白色平貼長柔毛?？偁罨ㄐ蝽斏蛞干?，長15-20cm；花冠長約2cm；莢果長7-10cm，寬約8mm，密生褐色平貼絲毛；有種子10-15粒。每千克種子約5萬粒。適應(yīng)性強，耐酸、耐瘠、耐旱，喜光，喜熱，亦能忍受0℃左右的低溫，在南亞熱帶和熱帶地區(qū)都能生長，尤其在干熱河谷區(qū)顯示出優(yōu)勢。短萼灰葉萌生力強，秋季砍伐第二年底就可恢復(fù)原貌，可多次砍伐利用。在自然狀態(tài)下生長，無需特殊管理，無需特殊控制土壤的酸堿性，對土壤要求不嚴(yán)，在云南大部分地區(qū)用于紅壤邊坡種植。
只有能夠大量吸收并富集鉛的植物才能被用于修復(fù)鉛污染的土壤，因此，在超積累植物品種的篩選過程中，植物體內(nèi)的鉛含量是最關(guān)鍵的指標(biāo)。根據(jù)試驗結(jié)果，短萼灰葉體內(nèi)鉛含量最高達(dá)5000-6000mg/kg，對鉛具有較強的吸收富集能力，且由根部向地上部轉(zhuǎn)移鉛的能力也較強，植物地上部分重金屬含量大于根部該種金屬含量，且短萼灰葉的生物量沒有減少，生長沒有出現(xiàn)明顯的毒害癥狀，在受鉛污染環(huán)境中較為常見，生長狀況較好，具有廣泛的適應(yīng)性。
在鶴慶北衙地區(qū)進(jìn)行了大量的試驗研究，據(jù)資料非鉛異常土壤中鉛含量為2-100mg/kg，平均10mg/kg；受鉛污染的農(nóng)田耕作土壤中鉛含量為850.7-4790.1mg/kg，超過非鉛異常土壤鉛含量均值的84-478倍；污染源下風(fēng)向山地土壤中鉛含量高達(dá)4157.3-6810mg/kg，受到嚴(yán)重污染。檢測該地區(qū)受鉛污染的作物，主要糧食水稻和玉米鉛含量最高達(dá)17.5mg/kg和16.1mg/kg，青菜和蒜苗為160.5mg/kg和120.3mg/kg，而短萼灰葉的鉛含量高達(dá)2231.6mg/kg。短萼灰葉體內(nèi)富集的鉛是同一受污染地區(qū)在同種生長條件下其它作物最高含鉛量的14-138倍，是同一地區(qū)非鉛異常土壤作物鉛含量的446-1116倍，非鉛異常土鉛含量為2-5mg/kg，體現(xiàn)出短萼灰葉在受到鉛嚴(yán)重污染土壤的超富集作用；同時非鉛異常的短萼灰葉體內(nèi)鉛含量一般為8-20mg/kg，而在受鉛污染土壤上生長的短萼灰葉發(fā)揮出其對鉛超富集的能力，體內(nèi)鉛含量達(dá)到原來的200多倍。
在滇東南有色礦區(qū)土壤試驗表明，土壤中鉛污染超標(biāo)率大于50％的地區(qū)，當(dāng)在土壤鉛含量為291.2-2802mg/kg范圍內(nèi)種植的短萼灰葉體內(nèi)含鉛量高達(dá)1600mg/kg，體現(xiàn)出對中度和輕度鉛污染土壤的超富集修復(fù)能力。
本發(fā)明通過超富集植物短萼灰葉吸收提取土壤中的鉛，永久性地解決土壤污染問題，修復(fù)鉛污染土壤，具有能耗較低、費用低廉，可操作性強，不破壞環(huán)境理化性質(zhì)，不引起二次污染，能大大減少運行費用，可以大面積在污染土壤上使用。實驗證明短萼灰葉是一種超富集植物，本發(fā)明利用短萼灰葉對鉛金屬的超富集提取作用，通過在鉛污染土壤上種植這種超積累植物，能夠在穩(wěn)定污染土壤，減少土壤風(fēng)蝕，水蝕及不引起地下水二次污染的同時，使污染土壤得到修復(fù)，可以永久性地解決土壤鉛污染的問題，對環(huán)境擾動小，是可靠的、環(huán)境相對安全的技術(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，既不破壞污染現(xiàn)場土壤結(jié)構(gòu)，對土壤及種植條件要求不高，具有廣泛性和可操作性；又大大降低了修復(fù)費用。
具體實施例方式
實施例1某鉛污染土壤中的鉛含量平均值為800mg/kg，將短萼灰葉種子用50℃溫水浸種半小時，晾干后于3月播種，按株距×行距＝50×60cm栽到該土壤中，每公頃播種量為7kg，任其自然生長，5個月后，株高120cm時首次收割其地上部，留茬60cm，經(jīng)分析測定，地上部中鉛含量為1500mg/kg，土壤中的鉛含量平均值由原來的600mg/kg降低到450mg/kg，相當(dāng)于使土壤中的鉛含量減少了20％。收割物送廢物填埋場安全填埋，所種植的短萼灰葉當(dāng)年可割1次，第二三年可割2-3次，利用年限3-4年，再種植第二茬，重復(fù)上述過程，直至徹底除去土壤中超標(biāo)的鉛。
實施例2將短萼灰葉種子用60℃溫水浸種半小時，晾干后于4月播種，按株距×行距＝60×100cm栽到被鉛污染的土壤中，每公頃播種量為4kg，任其自然生長，4個月后，株高100cm時首次收割其地上部，留茬50cm，收割物送廢物填埋場安全填埋，所種植的短萼灰葉當(dāng)年可割2次，第二三年可割2-3次，利用年限3-4年，再種植第二茬，重復(fù)上述過程，直至徹底除去土壤中超標(biāo)的鉛。
實施例3某鉛污染土壤中的鉛含量平均值為1000mg/kg，按實施例1的方法將短萼灰葉種植兩年后，經(jīng)分析測定，地上部中鉛含量為2200mg/kg，地上部對土壤中的鉛的吸收富集量隨其生長期增長而增多，土壤中的鉛含量有不斷恢復(fù)正常土壤中的鉛含量水平(＜100mg/kg)的趨勢，從而比較經(jīng)濟有效地達(dá)到了消除土壤中鉛污染的目的。
實施例4將短萼灰葉種子用55℃溫水浸種半小時，晾干后于4月播種，按株距×行距＝100×100cm栽到被鉛污染的土壤中，每公頃播種量為5kg，任其自然生長，4個月后，株高100cm時首次收割其地上部，留茬45cm，收割物采收種子后，送廢物填埋場安全填埋，所種植的短萼灰葉當(dāng)年可割2次，第二三年可割2-3次，利用年限3-4年，再種植第二茬，重復(fù)上述過程，直至徹底除去土壤中超標(biāo)的鉛。
實施例5將短萼灰葉種子用60℃溫水浸種半小時，晾干后于4月播種，按株距×行距＝130×130cm栽到被鉛污染的土壤中，每公頃播種量為4kg，任其自然生長，4個月后，株高100cm時首次收割其地上部，留茬55cm，收割物送廢物填埋場安全填埋，所種植的短萼灰葉當(dāng)年可割2次，第二三年可割2-3次，利用年限3-4年，再種植第二茬，重復(fù)上述過程，直至徹底除去土壤中超標(biāo)的鉛。
權(quán)利要求
1.一種利用超富集植物短萼灰葉修復(fù)鉛污染土壤的方法，其特征在于其方法是在含污染物鉛的土壤上播種植物短萼灰葉種子，播種后4-5個月，當(dāng)植物長到株高100-120cm時，將植物地上部分收割并從污染土壤上移走。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超富集植物短萼灰葉修復(fù)鉛污染土壤的方法，其特征在于在播種前，用50-60℃溫水浸種半小時，晾干后播種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超富集植物短萼灰葉修復(fù)鉛污染土壤的方法，其特征在于播種期為每年的3月至4月。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超富集植物短萼灰葉修復(fù)鉛污染土壤的方法，其特征在于株距×行距＝50-130cm×60-130cm，每公頃播種量4-7kg。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超富集植物短萼灰葉修復(fù)鉛污染土壤的方法，其特征在于所述的收割短萼灰葉，留茬45-60cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超富集植物短萼灰葉修復(fù)鉛污染土壤的方法，其特征在于種植的短萼灰葉當(dāng)年可割1-2次，第二三年可割2-3次，利用年限3-4年，再種植第二茬。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超富集植物短萼灰葉修復(fù)鉛污染土壤的方法，其特征在于在植物收割后可用以焚燒發(fā)電，回收金屬、堆肥、壓縮填埋的方法進(jìn)行處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及污染環(huán)境的植物修復(fù)技術(shù)，特別涉及利用鉛富集植物修復(fù)被重金屬污染的土壤的方法。本發(fā)明所利用的植物為豆科植物短萼灰葉(Tephrosiacandida DC)，其方法是在含污染物鉛的土壤上播種植物短萼灰葉種子，播種后4－5個月，當(dāng)植物長到株高100－120cm時，將植物地上部分收割并從污染土壤上移走。本發(fā)明通過超富集植物短萼灰葉吸收提取土壤中的鉛，永久性地解決土壤污染問題，修復(fù)鉛污染土壤，具有能耗較低、費用低廉，可操作性強，不破壞環(huán)境理化性質(zhì)，不引起二次污染，能大大減少運行費用，可以大面積在污染土壤上使用。
文檔編號B09C1/10GK1899716SQ200610011078
公開日2007年1月24日 申請日期2006年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月27日
發(fā)明者劉曉海, 高云濤, 賀彬, 王志蕓, 寧平, 曾向東, 王偉, 陳同斌, 廖曉勇, 董琨, 文斌 申請人:云南省環(huán)境科學(xué)研究院