一种酸性矿区重金属污染土壤的生物联合修复方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及土壤修复技术领域，更具体地，涉及一种酸性矿区重金属污染土壤的 生物联合修复方法。
【背景技术】
[0002] 随着经济的快速增长，工业的迅速发展以及农业的现代化，土壤污染问题日益严 重，尤其是重金属污染已成为普遍的环境问题，并受到越来越多的关注。我国的土壤重金 属污染主要来源于污灌、污泥施用、矿山开采以及金属冶炼等。有研究表明，我国耕地土壤 重金属污染发生的概率为16. 67%，在土壤重金属污染元素中，由Cd元素引起污染的概率最 高，为25. 20%。Cd为植物非必需元素，对大多数植物有明显的毒害作用，会引起植物生理生 化方面的紊乱，阻碍其正常生长，甚至致其死亡；Cd对人类的危害同样不容忽视，联合国环 境规划署（UNEP)将其列为12种具有全球性意义的危险化学物质的首位，FA0/WH0将Cd列 为第三位有限研究食品污染物。其中主要原因在于：Cd在土壤中有较强的移动性，从而更 容易被植物吸收，且极易在人体内累积。Cd在人体中蓄积时间久，难被降解和排泄，毒性强。 因此，治理重金属污染土壤，尤其是重金属Cd污染耕地的问题刻不容缓。
[0003] -般来说，土壤重金属污染治理方法可以归纳为热力法、生物学、农业工程学、物 理、化学处理等方法：物理方法修复时间最短，但其修复成本很高，且会破坏土壤的自然性 状，同时还可能影响到地下水的安全；化学方法修复的成本较低且操作较为简便，但极易造 成土壤的二次污染；而生物学方法，如植物修复虽然存在植物的筛选、目标植物的生物量以 及对复合污染的修复效率等问题，但与传统治理方法相比，植物修复有其在技术、经济及其 生态协调上的优势。此外，多种方法联合也是重金属污染土壤修复方法发展的一个趋势，其 中生物联合修复为其中最经济和环保的修复方法之一。生物联合修复方法通常由植物、动 物以及微生物等组合而成，其中植物一般采用超富集植物，动物一般为蚯蚓、线虫等，微生 物一般为活化重金属或者能够促进植物吸收重金属的菌种。
[0004] 目前生物修复重金属污染土壤有两个方向，一个是将重金属固化，通过减少作物 对其的吸收而降低其对人体健康的风险；另一个是将重金属活化，并通过植物吸收将重金 属从土壤中迀移出来。从粮食安全和改善土壤环境质量的角度来看，前者只能暂时解决眼 前问题，后者才为长远之计。在植物修复方法中，目前大多使用超富集植物，但超富集植物 在重金属污染土壤上种植时存在植株矮小，植株生物量低，生长缓慢，区域性分布较强，修 复效率不高等问题。为避免以上的局限性，植物修复也可选用一些生物量大且对重金属有 一定吸附作用的植物。这些植物体内重金属含量没有达到超富集植物的标准，但因其生物 量远大于超富集植物的生物量，所以植物体内累积的重金属绝对量反而比超富集植物的累 积量要大。
[0005] 酸性矿区重金属污染土壤存在质量环境恶劣的问题，不适宜直接种植作物。因此， 在进行植物修复之前，需要先对矿区污染土壤进行初步的土壤改良，目前还没有有效的针 对矿区重金属污染土壤的修复方案。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是克服现有技术存在的上述问题，提供一种酸性矿区 重金属污染土壤的生物联合修复方法。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的： 一种酸性矿区重金属污染土壤的生物联合修复方法，选择受矿区酸性废水污染导致重 金属含量超标的土壤，选取表层的重金属污染土壤，将籽粒苋幼苗移栽至混有粉碎秸杆的 重金属污染土壤中，待籽粒苋稳定生长后，接种蚯蚓至重金属污染土壤中，培养45~60d后 将籽粒苋移除。
[0008] 蚯蚓，籽粒苋在现有技术中都可用于重金属的吸收，但针对不同环境下的土壤，研 究合适的修复方案才能真正达到土壤修复的目的，本发明所述方法是将蚯蚓、籽粒苋和秸 杆三者联合对污染土壤进行修复，添加秸杆，一方面可以改善土壤的酸性状况与质地，另一 方面为蚯蚓提供食物，供养其生活下去；添加蚯蚓可活化土壤中的重金属，提高籽粒苋对重 金属的吸附效率，从而促进重金属转移至籽粒苋中。
[0009] 另外，本发明上述修复方法中，投放蚯蚓的时间与次数是与籽粒苋配合的。也就是 说，根据土壤受重金属污染的情况，若通过一次"秸杆、蚯蚓和籽粒苋联合修复"尚未达到修 复目标，可以根据实际情况，再进行一次或多次相同的联合修复措施。此外，蚯蚓在这里只 是投入而不翻出。再次，本发明选用的蚯蚓的存活时间一般为半年到一年，蚯蚓死后其身体 极易被分解，其体内的重金属虽会回到土壤中，但因为这部分金属被蚯蚓活化，更容易被籽 粒苋吸收，所以说，也是完成了蚯蚓在修复方法中的用途。
[0010] 优选地，本发明所述重金属为铜、锌、铅、镉中的一种或多种。
[0011] 优选地，所述重金属污染土壤中粉碎秸杆的添加量为土重的1~5%。具体地，所述 粉碎秸杆是经过将秸杆风干粉碎后获得。
[0012] 优选地，所述艇蝴的接种密度为90~100g/m2。
[0013] 更优选地，所述蚯蚓的种类为赤子爱胜蚓。
[0014] 优选地，为了保证移栽入重金属污染土壤的籽粒苋能够正常生长，需要使籽粒苋 稳定生长一段时间，适应重金属污染土壤的环境，所述籽粒苋稳定生长所需时间为2~7天 (具体视情况而定）；需要注意的是，当籽粒苋移栽入重金属污染土壤中后，要一直保持籽粒 苋生长所需的水分。
[0015] 优选地，籽粒苋的种植密度为（20~25cm) X (20~25cm)。
[0016] 更优选地，籽粒苋选用25cm X 25cm的种植密度。
[0017] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： (1)本发明是一种利用资源再生、环境友好型的重金属污染土壤修复方法。可以避免 传统的化学修复方法带来的二次污染问题，伴随物理方法产生的耗能高、投入高等问题；此 外，本发明采用我国最常用的农业废弃物一一秸杆，价格便宜，来源广泛，极易获取。将秸杆 当做土壤改良剂施入土中不仅可避免焚烧秸杆带来的资源浪费，污染大气等问题，还可以 改善土壤的理化性状，为提高籽粒苋的修复效率做铺垫。
[0018] (2)本发明采用生物联合修复方法，比单纯的植物修复效率要高。由于酸性矿区污 染土壤的pH值普遍较低，养分贫乏，土壤结构较差，直接种植籽粒苋会阻碍其正常的生理 生长，导致其植株矮小，植株体内积累的重金属含量低，实现不了植物修复的效果。采用本 发明的生物联合修复方法可有效地促进籽粒苋生长，并通过其增加的生物量来提高对土壤 重金属的迀移率。
[0019] (3)本发明除改善土壤质量，还可以有效降低土壤重金属含量。通过添加秸杆可以 初步改善土壤质量环境，提高土壤pH值，增加土壤养分并改善土壤结构；通过添加蚯蚓可 以提高土壤重金属的生物有效性，促进籽粒苋对土壤重金属的吸收，并最终达到降低土壤 重金属含量的目的。
[0020] 采用蚯蚓、秸杆和籽粒苋联合修复的方式，较传统植物修复方式，既提高了修复效 率，又可显著改善土壤质量，该方法对我国受重金属Cd污染的酸性土壤的修复有广阔的应 用价值。
【附图说明】
[0021] 图1为不同处理对籽粒苋株高的影响，其中，CK :空白；P :籽粒苋；PE :籽粒苋+赤 子爱；PL :籽粒苋+壮尾；SPL :籽粒苋+秸杆+壮尾；SPE :籽粒苋+秸杆+赤子爱：SA :籽粒 苋+秸杆，下同。
[0022] 图2为不同处理对籽粒苋收获时株高的影响；图中数据为平均值，重复数n=3 ;同 列不同字母表示处理间差异显著（P〈〇. 05)，下同。
[0023] 图3为不同处理对籽粒苋地上部干重的影响。
[0024] 图4为不同处理对籽粒苋地上部Cd含量的影响。
[0025] 图5为不同处理对整株籽粒苋Cd含量的影响。
[0026] 图6为不同处理对籽粒苋Cd迀移率的影响。
[0027] 图7为不同处理对土壤Cd含量的影响。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合说明书附图和具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本 发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的简单 修改或替换，均属于本发明的范围；若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术 人员所熟知的常规手段。
[0029] 土壤化学性质的测定参照《土壤农化分析(第三版)》（鲍士旦，2000)和《土壤农 业化学分析方法》（鲁如坤，1999)。土壤pH值的测定选用pH计电位法（1:2.5 土水比）； 土壤有机碳用K2Cr2O7外加热氧化法；土壤总氮用半微量凯氏法；土壤溶解有机碳（DOC)用