一种地下土壤污染的植物修复方法与流程

本发明涉及污染环境修复技术领域，尤其涉及一种地下土壤污染的植物修复方法。

背景技术：

经过几十年的工业化进程，大量工厂因为严重污染而被关停。经过调查发现，绝大多数工厂均存在不同程度的污染，而且由于污染时间长、地质地形复杂多样，污染情况更加复杂。受污染的土壤一方面将直接污染地下水，给人们造成用水危机，另一方面污染物随地下水转移，不仅污染地下土壤，而且也可能对地势较低的地表带来严重的生态危机。

根据污染特点，地下土壤受地表污染大约分两类：一类是污染物不受地下水和地形的影响，向污染源正下方渗透，并向四周扩散，形成所谓的“污染晕”；该类污染范围可预测，未出现污染物转移的情况，可通过工程手段去除、修复或者隔离。另一类，是污染物渗入到地下后随着地形、地下水流向出现偏移，形成条状污染带，称为“污染羽”，其特点是地表污染面积小，地表扩散不明显，但随着污染深度的加大，污染物浓度逐渐加大，扩散现象明显，污染面积可能达到地表污染面积的数倍到数十倍。这种污染类型隐秘性强、识别性差，污染严重的区域一般可到大于10m的深度，通过破表等工程修复手段工程量巨大，基本无法进行，而且工程扰动不可避免加剧污染物的扩散。而选择常规生物修复手段同样因为深度大而难以执行。

目前，采用植物修复方法对地下污染土壤进行治理的研究报道较多，例如：

申请公布号为CN104607448A的发明专利申请文献公开了一种修复Cd污染的土壤或水体的方法，该方法采用南黄堇作为植物材料对Cd污染的土壤或水体进行修复，步骤如下：1)将南黄堇幼苗移植到Cd污染的土壤或水体中，在南黄堇之后的生长过程中保持土壤或水体的pH值在5～8之间；2)定期收割南黄堇的地上或水上部分，持续至土壤或水体中的Cd含量达到环境质量要求。该方法可持续提取土壤及水体中的镉，从而清除土壤或水体中的镉污染。

申请公布号为CN102553903A的发明专利申请文献公开了一种修复重金属污染土壤的方法，该方法选择土壤养分和有机质含量较低的重金属污染土壤进行修复；种植修复植物伴矿景天；待到植物长至株高5～10cm时，在植物根圈区分别添加有机废弃物和生物表面活性剂；每隔60d，重复向土壤施加一次生物表面活性剂；修复植物成熟后，收获地上和地下部分，集中处理；测定土壤重金属含量。该方法通过生物表面活性剂将重金属从土壤颗粒上解吸下来，提高重金属的生物有效性。

上述方法主要针对修复植物种类的选择以及配合修复植物的土壤修复剂的研究，对于如何更合理地调整修复植物根系生长情况的研究较少。因此，有必要针对修复植物根系的生长及走向进行研究，以确保植物根系能够更有效处理污染土壤，提高土壤修复效率。

技术实现要素：

本发明提供了一种地下土壤污染的植物修复方法，该方法能够合理地调整修复植物根系生长，提高土壤修复效率。

一种地下土壤污染的植物修复方法，包括：

(1)以污染源为中心，调查周边地下土壤污染环境，模拟污染羽形状特点，确定污染点，进行布井；

(2)向井内放置限塑膜，并向膜内添加栽培基质，将修复植物移栽于栽培基质中；

所述限塑膜为两端开口的中空柱状结构，顶部与地面平齐，底部深入地下土壤污染区域，且高于地下水位0.5～1m，能够周向包围修复植株的根系，限制其横向生长；

(3)栽培修复植物，直至土壤达标。

所述限塑膜采用不透水的材质，能够将修复植物的根系限制在指定范围内。作为优选，所述限塑膜为筒状，且直径为0.6～0.8m，深度≥6m。

作为优选，所述限塑膜的材质为高密度聚乙烯；该材料防渗、防腐，可避免四周水源的渗入且使用时间长。

为提高修复效果，需要充分利用土壤、水份、空气等因素引导根系向深层土壤生长；当根系生长到限塑膜底部时，即会向四外扩散开，形成明显的根际效应；在微生物的参与下降解有机污染物，或通过蒸腾作用直接吸收根系有机污染物，在植物体内降解或通过树叶挥发出去，从而实现对底层污染土壤的原位修复。

作为优选，所述栽培基质沿纵向分为若干层，从上至下，栽培基质的含沙量逐层降低，有机质含量逐层增加。

更优选，所述栽培基质分为五层，从上至下，各层的含砂量依次为75～95％、55～65％、35～45％、25～34％、5～15％，有机质含量依次为5～15％、16～25％、26～35％、36～45％、46～55％。

上述栽培基质的层次设计有利于植物根系的生长且不断地向深层土壤延伸。

此外，作为优选，向所述限塑膜的内部竖直穿插用于为栽培基质提供水和空气的输送管；便于向植物根系浇水，同时利用根系向水性引导根系向更深地土层生长；在植物生长前期，主要用来浇水，在植物正常存活，根系自主吸水后，此输送管主要作为通气管，有助于满足植物根系对空气的需要。

作为优选，所述输送管上开设有若干输送孔。

作为优选，所述输送管上等间隔设置输送孔。

作为优选，所述输送管的同一高度上设置若干个等孔径的输送孔。

进一步地，所述输送管的直径为10～15cm；所述输送孔的直径为0.8～1.0cm。所述输送管直接插入至与限塑膜平齐的底部。

为了避免栽培基质进入输送管的输送孔中，在输送管的外周包裹一层10目的不锈钢丝网(孔径为2mm)。另外，在填入栽培基质时，所有栽培基质的含水量均为75～85％，有利于植物的存活，也可避免粉质材料通过小孔进入输送孔中。

修复植物的种植初期，需要定时向地表浇水，待植物成功存活后通过输送管进行浇水，经常观测植物生长情况，及时补充水分，保证植物正常存活。

植物存活后，需要将限塑膜顶部进行封口处理，以避免雨水从顶部进入。作为优选，所述限塑膜的顶部设有防渗膜，防渗膜上开设有供输送管穿过的开口。

作为优选，所述污染点的确定方法包括：选取所述污染羽的深度在6～10m以内的区域，从该区域内确定污染点。

作为优选，所述修复植物为杨树或柳树。此类树木的根系扎入土壤较深，选着树龄两年以上的树种，易于存活、吸水且去污能力强。

具体地，所述杨树为新疆杨或灰杨；所述柳树为Salix fragilis L.或Salix nigra。

根据种植植物树冠的大小，在植物生长不相互影响的前提下，尽可能密集地的种植植物，作为优选，所述修复植物的株距为5～8m。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明根据污染羽的特点，在特定污染点上种植修复植物，并在修复植物外周设置了限塑膜，使修复植物能够更合理地向地下污染的待修复区域生长，提高了修复效率，实现了高效地土壤原位修复目的。

附图说明

图1为地下土壤污染区域示意图；

图2为针对地下土壤污染的植物修复的示意图；

其中，1、修复植株；2、限塑膜；3、栽培基质；4、输送管；5、输送孔；6、防渗膜；

A为地上部；B为地下部净土区域；E为地下部污染土壤区域；H为地下水饱和带。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步解释。

实施例1

以杨树(新疆杨)为修复植物，进行试验。

一种地下土壤污染的植物修复方法，具体包括以下步骤：

(1)以污染源为中心，对周边土壤中的污染物种类、深度和浓度进行调查，根据污染物调查结果，通过Surfer软件膜拟制作三维污染羽的形状特点，(如图1所示)。

(2)选择污染羽深度为6～10m以内范围的污染点，开挖直径为0.7m，深度高于地下水位0.5～1m的深井。

(3)向井内放置两端开口的中空筒状结构的高密度聚乙烯限塑膜，使限塑膜外壁贴靠深井内壁，并使限塑膜顶部与地面平齐，底部伸入至深井底部。

(4)向限塑膜内添加含水量均为80％的栽培基质，其中，栽培基质沿纵向分为等高度的五层，从上至下，各层的含黄砂量依次为80％、60％、40％、30％、10％，有机质(粪肥)含量依次为10％，20％，30％，40％，50％；其余组分为普通粘土。

(5)再将两年以上树龄的杨树移栽至栽培基质中，种植深度在1.5～2m之间，株距为6m，进行栽培。

(6)栽培期间，向限塑膜的内部竖直穿插一根用于为栽培基质提供水和空气的输送管，输送管上开设有等间隔设置的输送孔，且同一高度上设置有若干个等孔径的输送孔，输送管直径为12cm、输送孔直径为0.8cm.

修复植物的种植初期，定时向地表浇水直至植物移栽成功，植物存活后，通过防渗膜将限塑膜顶部进行封口，防渗膜上开设有供输送管穿过的开口，再通过输送管进行灌水，每次灌水量为20L，第1个月每天一次，第2个月每周两次，第3-4个月每周1次，之后视树木的成活状况酌情灌水，使树木能够正常存活。在不进行灌水时，输送管作为通气管路为栽培基质提供空气。

(7)依据步骤(6)，持续栽培修复植物杨树，直至土壤达标。

根据上述种植方法，修复植物种植1年左右即可存活，2～3年内其根系即可达到污染区域的边缘。当所种植的杨树根系达到污染区域以后，植物根系即可从深层土壤中获取水分，并将土壤中的污染物吸收转运至植物地上部，通过检测地上部枝叶、茎部及地下部根系中污染物的含量，判断重金属和有机污染物的含量。

植物种植的场地为典型工业污染场地，污染物包括镉、锌、铅和铜等重金属、三氯乙烯、硝基苯、苯系物、多氯联苯、多环芳烃；经检测，其中，镉浓度为19mg/kg，锌浓度为950mg/kg，铅浓度为740mg/kg，铜浓度为460mg/kg；三氯乙烯和硝基苯的平均浓度为81mg/kg和149mg/kg；苯系物的平均污染浓度为45.3mg/kg；多氯联苯的平均污染浓度为69.6mg/kg；多环芳烃的平均污染浓度为15.4mg/kg。

检测杨树对地下污染土壤中重金属和有机质的吸收情况。

具体检测方法如下：取修复植物栽种第3年的叶片、茎部和根系，测定叶片、茎和根系中各重金属元素及有机物的含量(用酸液完全消解后通过ICP-OES测定)，了解杨树种植的第3年对地下污染土壤中重金属和有机质的吸收情况，结果如表1所示。下列指标的测定方法，如无特殊指明均采用常规测定方法。

表1杨树对土壤常见污染物的吸收、去除效果

注：上述重金属修复过程中，杨树未表现毒害效应。

实施例2

以柳树(Salix nigra)为修复植物，进行试验，具体修复方法及测定方法均与实施例1相同，结果如表2所示。

表2柳树对土壤常见污染物的吸收、去除效果

注：上述重金属修复过程中，柳树未表现毒害效应。

从通过上述结果可以明确种植杨树和柳树在种植后的第3年对重金属和有机污染物有明显的提取效果，而且根、茎、叶对污染物的积累能力各不相同。对于重金属主要体现在植物的积累，而部分有机污染物在植物根系、植物体内均可能发生降解作用，部分可挥发污染物可通过叶片的蒸腾作用。

以重金属污染为例，在一棵干重为150kg的杨树或柳树内，重金属分布在树干和每年脱落的叶片两个部分，树干对重金属的提取效果如表3所示。除树干、树根对重金属的提取外，每年脱落的叶片也积累了大量重金属，以每棵树每年产生10～30kg的树叶计算，则10年会产生100-300kg的叶片，其重金属去除量与一棵150kg的树干去除量相当。

表3每棵杨树、柳树对重金属的提取效果

从上述结果可以看出，柳树和杨树对有机污染的去除作用复杂、多样，目标污染物包括农药、三氯乙烯、多环芳烃、多氯联苯等。植物根系有助于维持微生物群落结构的多样性，显著提高有机污染物的可降解性。

因此，大部分容易降解的低分子有机物质均在植物根系的微生物作用下降解并被植物作为养料利用，少量的难降解有机物质随植物根系吸收水分进入植物体，然后部分通过蒸腾、体内降解等作用排放或分解有机污染物，极少量有机质残留在植物体内。

通过限制植物根系的活动范围能够有效增加植物根系与地下水的接触面积，增强植物根系吸收和降解污染物的能力。根据上述研究数据，向污染羽中种植深根树种——柳树、杨树，能够有效地降解或吸收地下水中的有机污染重和重金属，显著降低地下水中污染物的含量，对场地深层污染土壤植物修复提供了新的方法。