专利名称：：一种在化学强化条件下蜀葵修复镉污染土壤的方法
技术领域：
：本发明涉及化学法强化植物修复技术，具体地说是一种在化学强化条件下蜀葵修复镉污染土壤的方法。
背景技术：
：植物提取修复技术的效率在很大程度上取决于对重金属生物有效态的吸收。有效态是指能被该土地上生存的生物(通常为植物)所吸收的那部分重金属。一般来说，重金属在土壤当中的有效态含量较低，使其不能有效地被修复植物吸收和转移，而化学强化法主要是指通过向污染土壤中添加外来物质，或者直接与重金属结合，从而改变重金属的形态及生物有效性等，最终强化植物对重金属的吸收。表面活性剂一螯合剂增效修复技术是20世纪90年代后期开展起来的，其实质是利用表面活性剂对污染物的增溶、增流作用与螯合剂对污染物的螯合作用来去除环境中难溶解、难降解、难利用的有机污染物利用表面活性剂润滑、增溶、分散、洗涤等特性，改变土壤表面电荷和吸收位能，或从土壤表面将重金属置换出来，以络合、螯合物的形式存在于土壤溶液中，加快重金属在土壤溶液中的流动性[文献1:王莉讳，陈玉成，董姗燕.2004.表面活性剂与螯合剂对植物吸收Cd及Cu的影响.西南农业大学学报(自然科学版)，26(6):745-749]。表面活性剂对土壤中污染物的增溶机理主要有两种一种是当其浓度低于CMC时，其疏水端将污染物包裹在表面活性剂分子内，使亲水端向外与土壤颗粒物表面产生排斥作用，同时溶液中的对流、迁移等分子运动提供足够的能量增加非水相的表面积，使非水相脱离土壤颗粒物而起增溶作用；另一种是当表面活性剂浓度大于CMC时形成胶束，污染物通过分配作用进入胶東疏水中心而进入液相，使被吸附污染物进入水相[文献2:DoongRA,Y^V,LeiWG.1998.Surfanctantenhancedremediationofcadmiumcontaminatedsoils.WaterScienceandTechnology,37(8):65-71]。表面活性剂促进植物吸收重金属的作用机理可能与表面活性剂破坏细胞膜透性有关[文献3:陈玉成，熊双莲，熊治延.2004.表面活性剂强化重金属污染植物修复的可行性.生态环境，13(2):243-246]。表面活性剂是一种可溶性、两亲性的特珠脂类化合物，不同于构成生物膜成分的不溶性和具膨胀性的脂类化合物，它在水中有较高的单体溶解度，其两亲性使之能与膜中成分的亲水和亲脂基团相互作用，从而改变膜的结构和透性，促使植物对重金属的吸收。研究发现表面活性剂对土壤中微量重金属阳离子具有增溶作用和增流作用，而且表面活性剂的链越长，其效应越高。螯合诱导技术的基本原理是扰动污染物在土壤液相浓度和固相浓度之间的平衡[文献4:骆永明.2000.强化植物修复的螯合诱导技术及其环境风险.土壤,(2):57-61]。螯合作用具体是指，将一种配位基(I^)加入土壤体系，因与配位基的螯合作用(按1:1螯合反应)游离金属离子(Mn+)的活度低Mn++Lm-^MLn-m，由于离子价数的减少或符号的变化，土壤对金属一配位复合体的吸持强度大大降低，为维持游离金属(Mn+)在溶液和固体颗粒之间的平衡关系，金属从土壤颗粒表面解吸。这种螯合反应的形成常数(亦称为稳定性常数)可定为K产(KCKL'",式中为该金属、配位基和金属-配位体在溶液中的摩尔浓度。一般而言，某种螯合剂与重金属离子形成的螯合物的稳定常数越大，该种螯合剂活化对应重金属的能力越强，土壤溶液中这种重金属浓度也就越高，对于Cd,Cu,Pb,Zn而言，DTPA>EDTA>HEDTA>NTA;对同一配位基来说，通常是Cu>Pb>Zn>Cd。可见，运用螯合诱导技术强化植物提取修复的成功与否与螯合剂类型的选择密切相关。螯合剂诱导植物修复的效应已被大量实践所证实，其中，已有的试验结果显示，DTPA和EDTA在增加植物吸收Pb量方面最有效[文献5:GrcmanH，Velikonja-BoltaS，VodnikD,etal.2001.EDTAenhancedheavymetalphytoextraction:metalaccumulation,leachingandtoxicity.PlantandSoil,235:105-114],而EGTA则对Cd最有效[文献6:BlaylockMJ,SaltDE,DushenkovS，etal.1997.EnhancedaccumulationofPbinIndianmustardbysoil-appliedchelatingagents.EnvironmentalScienceandTechnology,31:860-865]。
发明内容本发明的目的在于提供一种在化学强化条件下蜀葵修复镉污染土壤的方法。为了实现上述目的，本发明釆用的技术方案如下修复镉污染土壤的方法在每千克受镉污染土壤中施加0.5-2.0腿ol螯合剂和0.5-2.0mmol表面活性剂，而后种植蜀葵，从而实现去除土壤中过量镉的目的，其中螯合剂为乙二醇双四乙酸(EGTA),表面活性剂为十二烷基硫酸钠(SDS)。所述乙二醇双四乙酸和十二烷基硫酸钠均以固体形式和镉一起施加到土壤中。在镉污染土壤中种植蜀葵是釆用室外栽培，将幼苗期的蜀葵移植到含有乙二醇双四乙酸和十二烷基硫酸钠的镉污染土壤中，定期浇水，使土壤含水量保持在田间持水量的75-85%。在镉污染土壤上种植蜀葵后，蜀葵从污染土壤中吸收镉并向地上部转移，当蜀葵生长至开花期时，将植物从污染土壤上移除，再种植第二茬蜀葵，重复上述搡作，直至土壤中的镉含量达到环境安全标准。本发明所具有的优点'釆用本发明积累重金属镉的方法显著提高了蜀葵地上部积累Cd的总量，有效地强化了蜀葵修复Cd污染土壤的效率。本发明为原位修复污染土壤技术，不破坏场地，对土壤的扰动小，耗资较少，技术操作比较简单，容易在大范围内实施。在治理Cd污染土壤的同时又美化了环境，易于为社会接受。釆用本发明修复土壤，收获的蜀葵可以作为观赏花卉(商品)进行出售，在获得经济效益的同时，自动获得对生物量的无成本处理(千家万户可以把使用过的花卉扔到各自的垃圾箱，随着垃圾的处理，就解决了生物量的处理)。因此，大规模栽培，意味着大规模修复，同时也意味着通过商品交换取得更大的经济效益。当然，如果不考虑成本，可以进行集中处理，或者卫生填埋，或者进行资源化加工处理，回收其中的镉，从而也能创造一些经济效益。图l为土壤中含Cd为30mgkg-i时在本发明化学强化条件下蜀葵的地上部干重示意图。图2为土壤中含Cd为30mgkg-时在本发明化学强化条件下蜀葵的地上部和根部Cd浓度示意图。图3为土壤中含Cd为30mgkg-'时在本发明化学强化条件下蜀葵的地上部Cd总量示意图。图4为土壤中含Cd为100mgkg-i时在本发明化学强化下蜀葵的地上部干重示意图。图5为土壤中含Cd为100mgkg-i时在本发明化学强化下蜀葵的地上部和根部Cd浓度示意图。图6为土壤中含Cd为100mgkg—i时在本发明化学强化下蜀葵的地上部Cd总量示意图。具体实施例方式实施例1:针对30mgkg-iCd污染土壤的化学强化实验实验设计与实验条件实验设计如表l所示。其中，实验投加的Cd形态为CdCl22.5H20,为分析纯试剂。实验用土壤釆自中国科学院沈阳生态站(地理位置为东经123°41'、北炜41°31')休耕地(为无污染区)表土(0~20cm),土壤类型为草甸棕壤，土壤理化性质为pH值6.59,有机质1.19%，总氮0.S5gkg",有效磷8.9611^]^-1,有效钾95.21mgkg"。表1土壤中Cd浓度为30mgkg—时的各化学强化处理组成及浓度Cd(mgkg")SDS(mmolkg-1)EGTA(mmolkg-1)5ocj刀<pooo刀ooooooooo"1234567KAAAAAAA2006年4月，将供试土壤风干并过4.0mm筛后，按照浓度设计与相应量的试剂混合，装入塑料盆(O=20cm，H=15cm)中，每盆2.5kg,平衡一个月待用。同时，进行花卉的育苗，具体方法为将花卉种子置于预装沙土的育苗盒中，沙/土1:3,待幼苗长出5~6片叶子后移栽到上述处理土中。选择生长一致的幼苗分别移栽入各处理的盆中。根据植株大小，每盆各栽3棵苗，各重复间栽入的苗数一致。盆栽实验地点设在中国科学院沈阳生态所露天网室内，该场地在沈阳巿中心，海拔约50m,实验场地周围没有污染源，是重金属未污染区，属温带半湿润大陆性气候。根据盆中土壤水份情况，不定期浇自来水(水中未检测出Cd),使土壤含水量经常保持在田间持水量的75~85%。植物在Cd污染土壤中生长4个月后收获植株。样品分析和数据分析将收获的植物样分成根、茎和叶3部分，用自来水充分冲洗以去除粘附于植物样品上的泥土和污物，然后再用去离子水冲洗，沥去水分，于105。C下杀青20min，然后在70。C下烘至恒重。烘干后的植物样品粉碎备用。土壤样品风干后过100目筛备用。植物及土壤样品均釆用HN0rHC104法消化(二者体积比为1:3)。原子吸收分光光度计法测定植物及土壤样中的重金属含量，原子吸收分光光度计为日立180-80型，其Cd的波长为228.8nm。所得数据釆用ExcelXP及DPS进行处理，所列结果为平均值士标准偏差。实验仕果.^整;生长过程中，蜀葵没有表现出受重金属Cd毒害的症状，具有较强的耐性。如图l所示，与对照处理CK1相比，各化学强化处理使蜀葵的地上部干重均增加，可见EGTA和SDS的加入促进了蜀葵的生长，尤其对于TA4处理，生物量增加了66.0%,差异是明显的(P<0.05),此时为单一EGTA强化处理。如图2所示，蜀葵的地上部重金属Cd浓度均大于根部的，即转移系数大于l;并且地上部重金属Cd浓度均大于相应的土壤中Cd浓度，即富集系数大于1。另外，化学强化处理条件下蜀葵的地上部Cd浓度与对照处理CK1相比均显著增加(P<0.05),其中，TA6和TA7处理的地上部Cd浓度分别为119.l和131.9mgkg-、已超过了Cd超积累植物的临界含量标准值lOOmgkg-1,此时的根部重金属浓度分别为50.9和67.5mgkg-、综合耐性分析的结果，适宜浓度的EGTA和SDS复合强化处理可使生长在该土壤中的蜀葵具备Cd超积累植物的基本特征。应用超积累植物进行重金属污染土壤修复即植物提取修复的最终目的是希望在收获修复植物时其地上部能够积累尽可能多的重金属，因为地上部是较容易收获和处理的部位。如图3所示，各化学强化处理条件下，蜀葵的地上部积累的Cd总量与对照处理相比均显著增加(P<0.05)，即蜀葵从土壤中提取的Cd总量增加，可见，EGTA和SDS的加入可有效地提高蜀葵植物提取修复Cd污染土壤的效率，最大Cd提取量(TA7)为对照处理的3.95倍。实施例2:针对IOOmgkg-1Cd污染土壤的化学强化实验实验设计如表2所示，实验条件以及样品和数据分析与实施例l相同。表2土壤中Cd浓度为100mgkg-'时的各化学强化处理组成及浓度<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>实验结果:对于10Qmgkg-td污染处理，蜀葵除植株高度比没有投加重金属Cd的处理稍矮外，没有表现出明显受重金属Cd毒害的症状。如图4所示，与对照处理CK2相比，TB1、TB2、TB4和TB5的地上部干重均明显增加(P<0.05),可见，适宜浓度的EGTA和SDS的加入可促进100mgkg—污染土壤中蜀葵的生长。如图5所示，除TB2和TB3处理外，其余化学强化处理的地上部重金属Cd浓度均高于根部的，即转移系数大于l,并且地上部重金属Cd浓度均大于相应的土壤中Cd浓度，即富集系数大于l;尤其是，这些化学强化处理的地上部Cd浓度与对照处理相比均明显增加(P<0.05),超过了Cd超积累植物的临界含量标准值。因此，此时的蜀葵也具备了Cd超积累植物的基本特征。如图6所示，除TB3和TB7处理外，其余化学强化处理的蜀葵地上部积累的Cd总量与对照处理相比均显著增加(P<0.05),可见，尽管Cd污染水平已达到了lOOmgkg—、适宜浓度的EGTA和SDS的加入也可有效地提高蜀葵植物提取修复Cd污染土壤的效率，最大Cd提取量(TB5)为对照处理的2.27倍。实施例3与实施例1不同之处在于在每千克受镉污染土壤中施加0.5mmolEGTA和1隱olSDS，而后种植蜀葵，从而实现去除土壤中过量镉的目的。实施例4与实施例l不同之处在于在每千克受镉污染土壤中施加2mmolEGTA和0.5腿olSDS，而后种植蜀葵，从而实现去除土壤中过量镉的目的。权利要求1.一种在化学强化条件下蜀葵修复镉污染土壤的方法，其特征在于在每千克受镉污染土壤中施加0.5-2.0mmol螯合剂和0.5-2.0mmol表面活性剂，而后种植蜀葵，从而实现去除土壤中过量镉的目的，其中螯合剂为乙二醇双四乙酸，表面活性剂为十二烷基硫酸钠。2.按权利要求1所述的在化学强化条件下蜀葵修复镉污染土壤的方法，其特征在于所述乙二醇双四乙酸和十二烷基硫酸钠均以固体形式和镉一起施加到土壤中。3.按权利要求1所述的在化学强化条件下蜀葵修复镉污染土壤的方法，其特征在于在镉污染土壤中种植蜀葵是釆用室外栽培，将幼苗期的蜀葵移植到含有乙二醇双四乙酸和十二烷基硫酸钠的镉污染土壤中，定期浇水，使土壤含水量保持在田间持水量的75-85%。4.按权利要求1所述的在化学强化条件下蜀葵修复镉污染土壤的方法，其特征在于在镉污染土壤上种植蜀葵后，蜀葵从污染土壤中吸收镉并向地上部转移，当蜀葵生长至开花期时，将植物从污染土壤上移除，再种植第二茬蜀葵，重复上述搡作，直至土壤中的镉含量达到环境安全标准。全文摘要本发明涉及化学法强化植物修复技术，具体地说是一种在化学强化条件下蜀葵修复镉污染土壤的方法。具体为在每千克受镉污染土壤中施加0.5-2.0mmol螯合剂乙二醇双四乙酸和0.5-2.0mmol表面活性剂十二烷基硫酸钠，而后种植蜀葵，从而实现去除土壤中过量镉的目的。采用本发明方法可有效地强化植物提取修复的效率，在治理污染的同时又美化了环境。文档编号A01G1/00GK101497079SQ20081001035公开日2009年8月5日申请日期2008年2月3日优先权日2008年2月3日发明者刘家女,周启星申请人:中国科学院沈阳应用生态研究所