一种评价植物修复放射性核素污染土壤潜力的新方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及放射性核素污染土壤的修复，特别涉及放射性核素污染土壤的植物修 复。
【背景技术】
[0002] 随着我国国防和核电的快速发展，对天然铀的需求在日益增加，这就要求加大铀 矿开采和冶炼的规模，这使得越来越多的土壤遭到了放射性核素的污染。放射性核素污染 土壤具有放射性核素浓度低、面积广、处理量大等特点。虽然采用客土法、原位覆盖法、固化 法、稳定化法、电动修复法、土壤淋洗法、螯合剂浸取法等物理和化学方法，虽可取得较好的 效果，但其处理成本高、易造成二次污染，同时还需采用专门的设备，配备专业技术人员对 其进行操作、维护和管理，因而只适用于小面积的重度放射性核素污染土壤的处理，而且常 常会导致土壤结构破坏、土壤生物活性下降和土壤肥力退化等问题。因此，研宄高效、廉价 的修复铀矿冶放射性核素污染土壤的方法是我国铀矿冶最紧迫的任务之一。
[0003] 与传统的物理和化学修复方法相比，生物修复法具有环境友好、技术难度小、投资 少、成本低、操作简便、无二次污染等特点。尤其是植物修复法，以阳光为能源，节省人力物 力，处理设施小，成本低，适合大规模的应用；有利于土壤生态系统的保持；对污染地景观 有美学价值，对环境基本没有破坏作用，易为公众所接受，且有可能通过资源化取得经济效 益，是一种最具潜力的铀矿冶放射性核素污染土壤的高效、廉价修复方法。然而，筛选适合 当地环境的具有修复功能的植物物种，是植物修复的一项重要基础性工作。
[0004] 目前，评价一种植物是否具有修复放射性核素污染土壤的潜力，主要有两个指标： 生物富集量和生物富集系数。生物富集量是指目标放射性核素在植物体内某一部位的浓 度，可以反映植物对放射性核素的富集程度的高低或富集能力的强弱；生物富集系数是指 植物某一部位的目标放射性核素浓度与土壤中相应的放射性核素浓度之比，它在一定程度 上反映了土壤-植物系统中放射性核素迀移的难易程度。
[0005] 然而，评价一种植物是否可用于植物修复，植物中目标放射性核素的浓度不是唯 一的决定因素。尽管这种植物中目标放射性核素浓度非常高，但是，如果其生物量非常小的 话，它对土壤中目标放射性核素的去除能力也将很低，因而它不适合用于植物修复。植物的 生物量是评价一种植物用于植物修复的一个重要的评价因子，采用植物中目标放射性核素 的浓度与植物生物量的乘积，表示一种植物对污染土壤中目标放射性核素的去除能力更加 合理。由于先前的评价指标生物富集量和生物富集系数没有考虑植物的生物量这个因子， 因此，亟需根据影响植物修复的三个因素，植物的生物量、植物中放射性核素的浓度和污染 土壤中放射性核素的浓度，提出评价植物修复放射性核素污染土壤潜力的新方法。
【发明内容】
[0006] 针对上述情况，本发明的目的是提供一种评价植物修复放射性核素污染土壤潜力 的新方法。本发明根据植物的生物量、植物中放射性核素的浓度和放射性核素污染土壤中 放射性核素的浓度这三个影响放射性核素污染土壤植物修复效果的因子，提出了一个新的 植物修复系数，它被定义为植物地上部分的生物量与其中放射性核素的浓度的乘积再除以 土壤中放射性核素的浓度。采用此植物修复系数评价一种植物修复放射性核素污染土壤的 潜力，具有简单、直观、结果合理等多重优点。其具体步骤包括： (1) 采集植物和土壤样； (2) 测定植物各个部位的生物量； (3) 测定植物各个部位放射性核素的浓度； (4) 测定土壤中放射性核素的浓度； (5) 计算植物修复系数，评价修复潜力； 其进一步的措施是： 所述采集植物和土壤样的具体做法是：选好采样地点，对生长在放射性核素污染土壤 中的优势植物进行采集，每种植物采集6株；采用带有聚丁烯套的长30. 5 cm、直径为5 cm 的S形不锈钢钻具，在植物生长对应的采样点上采集土壤样品； 所述测定植物各个部位的生物量的具体做法是：先用自来水冲洗附着在植物样品的叶 及根的表面的土壤，然后用去离子水洗干净，将根、茎、叶、花、果实分开。让其自然风干2周 后，在105°C的烘箱内烘干24 h，恒质量后，再采用电子天平称取茎、叶和果实的质量； 所述测定植物各个部位放射性核素的浓度的具体做法是:采用植物粉碎机将烘干至恒 质量后的植物的茎、叶和果实进行粉碎，经过63 Mm的尼龙筛后，准确称取50~100 mg的 样品，置于聚四氟乙烯烧杯中，加入2 mL浓度为68%的HNO3，密封放置过夜，然后放置于电 热板上敞开加热，在150°C下蒸至近干，冷却后再加入2 mL浓度为68%的HNO3和0.2 mL 浓度为38%的HF，放入内衬钢套加盖密封，置于烘箱中在190°C下加热20 h，稍冷后，再次放 置于电热板上蒸至近干，加入I mL浓度为500 ng/mL的Rh内标液，最后加入0.5 mL浓度 为40%的HNO3和3 mL的H2O,于130°C下密闭加热3 h，冷却，最后，将消解液用双重蒸馏 水定容至10 mL，采用电感耦合等离子体质谱测定其中放射性核素的浓度； 所述测定土壤中放射性核素的浓度的具体做法是:除去采集到的放射性核素污染土壤 样品中的植物残根和石砾，将每个采样点的土壤充分混匀，用四分法取I kg带回实验室，自 然风干2个星期，然后在105° C烘干24 h，恒质量后，采用玛瑙研钵将土壤进行研磨，经过 63 Mm的尼龙筛后，取50~100 mg的样品置于聚四氟乙稀烧杯中，加入2 mL浓度为68% 的HNO3，密封放置过夜，然后放置于电热板上敞开加热，在150°C下蒸至近干，冷却后加入2 mL浓度为68%的HNO3和0. 2 mL浓度为38%的HF，放入内衬钢套加盖密封，置于烘箱中在 190°C下加热20 h，稍冷后，再次放置于电热板上蒸至近干，加入I mL浓度为500 ng/mL的 Rh内标液，最后加入0. 5 mL浓度为40%的HNO3和3 mL的H2O,于130°C下密闭加热3 h， 冷却，最后，将消解液用双重蒸馏水定容至50 mL，采用电感耦合等离子体质谱测定其中放 射性核素的浓度； 所述计算植物修复系数，评价修复潜力的具体做法是：才用以下公式（1)计算各种植 物对放射性核素的植物修复系数，根据植物修复系数的大小评价一种植物对放射性核素污 染土壤的修复潜力，
【主权项】
1. 一种评价植物修复放射性核素污染土壤潜力的新方法，根据植物的生物量、植物中 放射性核素的浓度和放射性核素污染土壤中放射性核素的浓度这三个因素影响植物修复 放射性核素污染土壤的效率的因子，提出植物修复系数，其特征在于，植物修复系数定义为 植物的地上部分生物量与其中放射性核素的浓度的乘积除以土壤中放射性核素的浓度，根 据植物修复系数的大小评价一种植物修复放射性核素污染土壤的潜力，评价方法具体步骤 包括： (1) 植物和土壤的采集； (2) 测定植物各个部位的生物量； (3) 测定植物各个部位放射性核素的浓度； (4) 测定土壤中放射性核素的浓度； (5) 计算植物修复系数及评价修复潜力。
2. 根据权利要求1所述的一种评价植物修复放射性核素污染土壤潜力的新方法，其特 征在于，所述的植物和土壤样品的采集是：选好采样地点后，对生长在放射性核素污染土壤 中的优势植物进行采集，每种植物采集6株；在植物生长对应的采样点上采用S形，带有聚 丁烯套的长30. 5cm，直径为5 cm的不锈钢钻具采集土壤样品。
3. 根据权利要求1所述的一种评价植物修复放射性核素污染土壤潜力的新方法，其特 征在于，所述的测定植物各个部位的生物量具体是:采集的植物样品先用自来水冲洗附着 在叶或根表面的土壤，然后用去离子水洗干净，将根、茎、叶、花、果实分开，自然风干2个星 期后，然后在105 °C的烘箱内烘干24 h，质量恒定后，再采用电子天平称取茎、叶和果实的 质量。
4. 根据权利要求1所述的一种评价植物修复放射性核素污染土壤潜力的新方法，其特 征在于，所述的测定植物各个部位放射性核素的浓度具体是:采用植物粉碎机将烘干至恒 质量后的植物的茎、叶和果实进行粉碎，经过63 Mm的尼龙筛后，准确称取50~100 mg的 样品于聚四氟乙烯烧杯中，加入2 mL 68%的HNO3，密封放置过夜，然后放置于电热板上敞开 加热，在150 °C下蒸至近干，冷却后加入2 mL 68%的HNO3和0.2 mL 38%的HF，放入内衬 钢套加盖密封，置于烘箱中在190 °C下加热20 h，稍冷后，再次放置于电热板上蒸至近干， 加入I mL 500 ng/mL Rh内标液，最后加入0· 5 mL 40%的HNO3和3 mL的H2O,于130 °C 下密闭加热3 h，冷却，最后，将消解液用双重蒸馏水定容至10 mL，采用电感耦合等离子体 质谱测定其中放射性核素的浓度。
5. 根据权利要求1所述的一种评价植物修复放射性核素污染土壤潜力的新方法，其特 征在于，所述的测定土壤中放射性核素的浓度具体是:采集到的放射性核素污染土壤样品， 除去植物残根和石砾后，将每个采样点的土壤充分混匀，用四分法取I kg带回实验室，自然 风干2个星期，然后在105° C烘干24 h，恒质量后，采用玛瑙研钵将土壤进行研磨，经过63 Mm的尼龙筛后，取50~100 mg的样品于聚四氟乙稀烧杯中，加入2 mL 68%的HNO3，密封 放置过夜，然后放置于电热板上敞开加热，在150 °C下蒸至近干，冷却后加入2 mL 68%的 HNO3和0.2 mL 38%的HF，放入内衬钢套加盖密封，置于烘箱中在190 °C下加热20 h，稍冷 后，再次放置于电热板上蒸至近干，加入I mL 500 ng/mL Rh内标液，最后加入0.5 mL 40% 的HNO3和3 mL的4〇,于130 °C下密闭加热3 h，冷却，最后，将消解液用双重蒸馏水定容 至50 mL，采用电感耦合等离子体质谱测定其中放射性核素的浓度。
6.根据权利要求1所述的一种评价植物修复放射性核素污染土壤潜力的新方法，其特 征在于，所述的计算植物修复系数、评价修复潜力具体是：根据公式（1)计算各种植物对放 射性核素的植物修复系数，根据植物修复系数的大小评价一种植物对放射性核素污染土壤 的修复潜力，
以述公式中，植物的地上部分包括种子、茎和叶组织，植物地上部分的目标核素的浓 度，指的是种子、茎和叶组织中目标核素的平均浓度，土壤中目标放射性核素的浓度指的是 待修复放射性核素污染土壤的平均浓度。
【专利摘要】本发明涉及一种评价植物修复放射性核素污染土壤潜力的新方法。提出植物修复系数，定义为植物的地上部分生物量与其中放射性核素的浓度的乘积除以土壤中放射性核素的浓度，根据植物修复系数的大小评价一种植物修复放射性核素污染土壤的潜力。本方法综合考虑植物地上部分的生物量、植物地上部分放射性核素的浓度和污染土壤中放射性核素的浓度三个因素，用来评价一种植物修复放射性核素污染土壤的潜力更加合理。与现有的评价方法相比，具有简单、直观、结果合理的优点。
【IPC分类】B09C1-00
【公开号】CN104741370
【申请号】CN201510171334
【发明人】丁德馨, 胡南, 赵维超, 李乐, 李广悦, 王永东, 胡劲松, 李昌武
【申请人】南华大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月13日