专利名称：EDTA辅助蔬菜作物修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法
技术领域：
本发明涉及重金属复合污染土壤的蔬菜作物修复，具体的说是一种利用强化措施 修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法。
背景技术：
重金属污染问题在我国日益严重，据统计，目前我国约有1.3万hm2耕地受 到Cd、Pb等重金属污染，因重金属污染导致粮食减产达1000万t[文献1:杨淑静，张 爱平，杨世绮，等.农业非点源污染现状分析及国内外研究进展[J].中国农业气 象，2009, 30:82-85]。土壤中重金属被植物吸收后抑制其生长，造成作物减产甚至绝收，并 最终通过食物链进入人体危害健康[文献2 Maeda S，Kawachi T, Unami K. Controlling wasteloads from pointand nonpoint sources to river byGIS-aid-ed epsilon robust optimization mode[J]. Journal of Hydro-EnvironmentResearch, 2010,4( 1):27-36;文献 3 :Singh Vijay P. Computer Models of Watershed Hydrology[M]. Highlands Ranch, Colorado, USA: Water Resources Publications, 1995]。在自然界中， 重金属污染很少单独存在于某一环境中，通常是多种污染物进入环境并共存，即多种重金 属元素复合污染[文献4:奚旦立.环境工程手册环境监测卷[M].北京高等教育出 版社，1998:683-684 ;文献5 :重庆市统计局，国家统计局重庆调查总队.重庆统计年鉴， 2009[K],北京中国统计出版社，2009]。20世纪60年代以来，Cd、Pb等重金属复合污染 已引起国内外学者的广泛关注，研究表明，多种重金属元素共存时，其复合作用可大大改变 单一重金属对植物的毒性作用[文献6:曹彦龙，李崇明，郭劲松，等.重庆三峡库区农 业非点源污染来源分析及负荷计算[J].重庆建筑大学学报，2007，29 (4): 1-5]。因此，研究 重金属复合污染土壤的修复对复合污染的治理具有一定意义，可为复合污染的治理提供科 学理论依据及参考。
目前，可用于修复土壤重金属污染的技术很多，但成本低廉的方法却不多见。近年 来出现的植物修复(phytoremediation)技术,作为一种原位绿色修复技术,具有费用低廉、 不破坏环境、易于为人们所接受等优点，已成为环境科学领域的研究与应用热点。将蔬菜 用于重金属土壤的修复，通过按季节轮作种植，既可修复土壤重金属污染，又可保证蔬菜品 质，在获得环境效应的同时保证经济效益，一举两得。
近年来，土壤重金属污染的植物修复以其费用低廉、不破坏场地结构、美化环境、 易于为社会所接受等优点而得到重视。但由于很多待修复土壤中目标重金属活性较低，而 已发现的富集植物大多生长缓慢，生物量小，而生长迅速、生物量大的富集植物一般很难吸 收富集高浓度的重金属，给实际修复带来很多困难。(本段文字，放在背景技术中，易引起技 术启示，因此放入到发明内容中，)发明内容
本发明的目的在于提供一种高效、经济、安全的强化措施修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法。为实现上述目的，本发明的技术内容为在待修复土壤中按季节轮作种植具有Cd-Cu-Pb富集能力的蔬菜作物苋菜、胡萝卜，待苋菜、胡萝卜生长至成熟期时，在土壤中添加螯合剂EDTA，再生长10-15天后将蔬菜作物整体移除，从而达到修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的目的，目前螯合剂的使用，给修复重金属污染土壤带来诸多优点(1)通过投加螯合剂可活化污染土壤中重金属活性，更易于植物富集土壤中的重金属。(2)螯合剂的施加，提高了植物修复污染土壤的效率，降低修复成本。(3) 土壤中施加螯合剂还促进了植物的吸收，利于植物的生产，提高其产量。其中螯合剂的添加量为每千克土壤中2. 5-7. 5mmol/kg土。同时可根据土壤中肥力状况施用适量促进植物生长的氮磷钾肥。所述螯合剂为乙二胺四乙酸(EDTA)。所述种植苋菜、胡萝卜是指将高2-4cm或含2-3片展开真叶的苋菜、胡萝卜幼苗移栽到Cd-Cu-Pb复合污染土壤中。在Cd-Cu-Pb复合污染土壤中种植的苋菜、胡萝卜采用室外栽培，定期浇水，使土壤含水量保持在田间持水量的609^80%。在Cd-Cu-Pb复合污染土壤上采用轮作的方式种植苋菜、胡萝卜作物，即在第一茬苋菜作物长到成熟期时，在土壤中添加螯合剂EDTA，再生长10-15天后，将苋菜整体从污染土壤上移出，再种植第二茬胡萝卜作物，胡萝卜生长至成熟期时，在土壤中添加螯合剂EDTA，再生长10-15天后，将胡萝卜作物整体移除，重复上述过程，直至土壤中的重金属Cd-Cu-Pb含量达到环境标准值。本发明所具有的优点( I)本发明在蔬菜作物修复土壤的基础上，配合螯合剂EDTA强化措施，既保证了较高的修复效率，又降低了修复成本和环境风险。(2)本发明选用的苋菜、胡萝卜对Cd、Cu、Pb的耐性和富集能力均较强，栽培管理较易，且生长速度快，又能保证蔬菜作物的品种，在修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的同时具有良好的环境、经济效益。(3)本发明采用植物原位强化修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的措施，与传统的污染土壤治理方法相比，具有投资少、工程量小、技术要求不高等优点。
具体实施例方式实施例1盆栽试验地点在常州市武进区水稻研究所的网室内，该场地在武进区农场，实验场地周围没有污染源，是重金属、有机物未污染区。盆栽试验土壤采自常州市武进区水稻研究所内无污染区的表层土壤((T20cm)。实验共设定了 4个浓度，分别为对照(CK，不投加Cd、Cu、Pb)及3个不同的Cd、Cu、Pb 投加浓度实验，Cd 投加浓度2. Omg/kg (Tl)、6. Omg/kg (T2)、10. Omg/kg (T3), Cu 投加浓度800mg/kg (Tl)、2400mg/kg (T2)、4000mg/kg (T3), Pb 投加浓度lOOOmg/kg (Tl)、3000mg/kg (T2)、5000mg/kg (T3)，分别为我国土壤环境质量标准(GB15618，，195)三级标准的2、6、10倍，投加的重金属形态为CdCl2 2. 5H20, CuSO4 5H20, Pb (NO3) 2，分别加入到土壤中，充分混匀，平衡半年后待用。本实验于春天开始，苋菜种子在室内进行育苗。将苋菜种子置于预装沙土的育苗盒中，沙土 =1:3，待幼苗长到2-3片展开真叶时，选择生长 一致的幼苗分别移栽入各处理盆中。每盆各载3株苗，重复3次。根据盆中土壤缺水情况，不定期浇自来水(水中不含Cd、 Cu、Pb)，使土壤含水量经常保持在田间持水量的609Γ80%左右，待植物成熟后进行收获，再种植第二茬作物胡萝卜，胡萝卜的处理同苋菜。
实验结果
表I给出了不同Cd、Cu、Pb浓度处理条件下，苋菜、胡萝卜地上部生物量的变化。 方差分析表明，与对照相比，觅菜、胡萝卜在W添加浓度为2. 0mg/kg、6. Omg/kg, Cu添加浓度为800mg/kg、2400mg/kg, Pb添加浓度为1000mg/kg、3000mg/kg的处理中，地上部生物量均未显著下降(p>0. 05),表现出较强的耐性。但在Cd、Cu、Pb投加浓度很高时，即CM添加浓度为10. Omg/kg, Cu添加浓度为4000mg/kg,Pb添加浓度为5000mg/kg,觅菜、胡萝卜地上部生物量均显著下降(P〈0. 05)，说明苋菜、胡萝卜对Cd、Cu、Pb复合污染的耐性虽然较强但是还是有一定的限度。
蔬菜体内Cd、Cu、Pb含量的测定结果表明(表1)，在Cd 2. Omg/kg、Cu 800mg/kg、 Pb 1000mg/kg污染水平下，觅菜地上部Cd、Cu、Pb含量分别为1. 24mg/kg、198. 45mg/kg、 210. 23mg/kg ;胡萝卜地上部 Cd,Cu,Pb 含量分别为 0. 16mg/kg、223. 45mg/kg、185. 61mg/kg ； 在 Cd 6. Omg/kg> Cu 2400mg/kg> Pb 3000mg/kg 污染水平下，觅菜地上部 Cd、Cu、Pb 含量分别为1. 65mg/kg、533. 56mg/kg、638. 92mg/kg ;胡萝卜地上部 Cd、Cu、Pb 含量分别为 0. 19mg/ kg、635. 53mg/kg、463. 49mg/kg ;在 Cd 10. Omg/kg、Cu 4000mg/kg、Pb 5000mg/kg 污染水平下，觅菜地上部Cd、Cu、Pb含量分别为1. 87mg/kg、635. 385mg/kg、714. 24mg/kg ;胡萝卜地上部Cd、Cu、Pb含量分别为0. 21mg/kg、723. 58mg/kg、621. 15mg/kg。可以看出，觅菜、胡萝卜具有较强的富集Cd、Cu、Pb的能力，但是没有达到Cd、Cu、Pb超富集植物的标准，可以通过外加螯合剂EDTA，强化其修复Cd、Cu、Pb复合污染土壤的能力。蔬菜收获后反复用自来水冲洗干净，最后用去离子水漂洗3次，用吸水纸把表面水吸干，鲜样在85°C下烘干后，研磨过0.129_筛，将蔬菜样品瓶装备用。称取105°C下烘干至恒重的样品0. 5g左右置于锥形瓶中，加5mL水润湿，再加浓硝酸3mL和高氯酸2mL，低温加热消解，待溶液减少体积至2 3mL 时，提高消解温度至溶液沸腾，沸腾4(T50min后，待容器内植物粉末变成白色固体或粘稠状液体时停止加热，使之冷却。冷却后的锥形瓶内加入lmL10%的硝酸溶液，并加适量水，低温加热使锥形瓶内固体溶解，呈透明状液体,然后通过定量滤纸过滤,并定容至50mL，使成待测液，用原子吸收光谱仪进行Cd、Cu、Pb的测定。
表I盆栽梯度实验蔬菜内Cd、Cu、Pb含量(mg/kg)及地上部生物量(g/盆)
权利要求
1.一种修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法，其特征在于在Cd-Cu-Pb复合污染土壤中轮作种植苋菜、胡萝卜，然后在土壤中添加螯合剂，从而达到修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的目的。
2.根据权利要求1所述的修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法，其特征在于所述螯合剂为乙二胺四乙酸(EDTA)。
3.根据权利要求1所述的修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法，其特征在于所述螯合剂EDTA的添加量为每千克土壤中2. 5-7. 5mmol。
4.根据权利要求1所述的修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法，其特征在于所述种植的蔬菜作物是指将高2-4cm或含2-3片展开真叶的苋菜、胡萝卜幼苗移栽到Cd-Cu-Pb复合污染土壤中。
5.根据权利要求1所述的修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法，其特征在于在Cd-Cu-Pb复合污染土壤中种植的作物，采用室外栽培，定期浇水，使土壤含水量保持在田间持水量的60% 80%。
6.根据权利要求1所述的修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法，其特征在于在Cd-Cu-Pb复合污染土壤中按季节轮作种植蔬菜作物苋菜、胡萝卜，即在第一茬苋菜长到成熟期时，在土壤中添加螯合剂EDTA，再生长10-15天后，将植物整体从复合污染土壤上移出，再种植第二茬作物胡萝卜，胡萝卜生长至成熟期时，在土壤中添加螯合剂EDTA，再生长10-15天后，将胡萝卜作物整体移除，重复上述过程，直至土壤中的Cd-Cu-Pb含量达到环境安全标准。
7.根据权利要求6所述的修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法，其特征在于所述的在Cd-Cu-Pb复合污染土壤中添加螯合剂EDTA，对于同一种蔬菜作物，螯合剂EDTA分两次加入，在蔬菜成熟后、收获前分别施加一次EDTA，第二次投加在第一次投加后一周进行，蔬菜在第一次处理后2周收获。
全文摘要
本发明涉及重金属复合污染土壤的蔬菜修复，具体的说是一种利用强化措施修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的方法。该方法是在待修复土壤中按季节轮作种植蔬菜作物苋菜、胡萝卜，待苋菜、胡萝卜生长至成熟期时，在土壤中添加螯合剂EDTA，再生长10-15天后将蔬菜整体移除，从而达到修复Cd-Cu-Pb复合污染土壤的目的。本发明通过施入EDTA，不仅可以活化土壤中重金属污染物，还可以显著提高蔬菜作物对Cd-Cu-Pb的修复效果，从而加速Cd-Cu-Pb复合污染土壤的植物修复过程。本发明具有修复成本低、修复效率高、可操作性强、环境风险小等优点，且可在治理复合污染土壤的同时保证蔬菜品质。
文档编号B09C1/00GK102989752SQ20121051366
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者李定龙, 赵洁, 杨彦, 王宗庆, 胡浩 申请人:常州大学, 常州水木环保科技有限公司