专利名称：超富集植物修复铅污染土壤的应用及其方法
技术领域：
本发明涉及污染环境的植物修复技术，特别涉及利用超富集植物修复被重金属污染的土壤的方法。
背景技术：
重金属污染土壤的途径通常有以下两种一是金属矿开采活动造成的环境污染，污染类型主要有坑口周围土壤中矿床矿物在水、气、热等环境因素长期作用下而形成的重金属污染较严重的土壤；采矿废石堆放过程中因淋滤等原因造成的重金属污染土壤；含有较高浓度重金属的矿山含有较高浓度重金属的矿山废水对土壤造成的污染等。二是工业污水灌溉农田引发的重金属污染土壤，云南省滇东南有色金属矿区土壤重金属含量普遍超标，土壤平均铅含量为500-18096mg/kg，超标率达60-100％，污染指数3.47-33.66，土壤铅污染相当严重。鹤庆北衙地区冶炼厂附近山地也受到严重污染，非铅地区农田土壤中铅含量范围为2-100mg/kg，平均10mg/kg，北衙地区农田耕作土壤中铅含量为850.7-4790.1mg/kg，超过非铅土壤均值的127-1388倍。通常用于土壤重金属污染修复的技术有农业生态措施、工程措施和生物措施。农业生态措施包括两方面一是农业生态调控，如调节土壤PH值，土壤水分、氧化-还原电位(Eh)等；二是农艺修复措施，包括改变耕作制度、选种抗污染农作物品种、选择合适形态化肥等。该种方法的主要机理为固化土壤中的重金属，增加土壤对重金属的吸收能力，对减少重金属被作物吸收具有一定作用，有效降低重金属对人类健康的威胁。但是这种方法无法从根本上防治土壤重金属污染。
工程措施包括土壤化学淋洗、电动修复、电热修复、改土法、固化技术等。(1)土壤化学淋洗使用能促进土壤中重金属迁移或溶解的提取剂，使土壤固相结合的重金属转移到土壤液相，再把包含有重金属的液体从土层中抽提出来，进行分离和污水处理的技术。化学淋洗是有效处理难挥发性重金属污染土壤的有效手段之一，选择合适的提取剂是该项技术的关键。但是无论哪种提取剂都存在回收、二次污染等还未解决或完善的技术问题。(2)电动修复利用电极使重金属离子从土壤表面解吸及溶解，定向迁移富集在阴极区域，再抽提去除。该技术目前在德国和美国已进行了大范围的工程试验，特别适合于低渗透性的黏土和淤泥土，经济合理。但是由于土壤系统组分的复杂性，经常出现实际应用与实验结果相反的现象，如土壤的缓冲性能、组分、离子组成、污染金属离子的种类等都会影响电动修复的效果，金属电极本身容易被腐蚀，也会造成土壤的二次污染。(3)电热修复向土壤中通入热蒸汽或用射频加热等方法，对土壤进行加热，将挥发性重金属从土壤颗粒中解析出来，并收集起来进行处理。该技术的不足之处在于土壤有机质和结构水易遭到破坏，驱赶土壤水分需要消耗大量能量。(4)改土法主要包括客土、换土和翻土等措施，客土是向污染土壤中加入大量的干净土壤；换土是将污染土壤直接取走，换入新的未污染土壤；翻土是将污染重的土壤翻至下层。该项措施对小面积土壤污染是行之有效的，但是不适用于大范围土壤污染治理，且对换出去的土壤依然存在妥善处理，避免二次污染的问题。(5)固化技术把受污染土壤与固化剂按一定比例混合，改变土壤的理化性质，通过重金属的吸附或沉淀作用来降低其生物有效性。污染土壤中的有毒金属被固定后，不仅可以在一定程度上缓解重金属对土壤生物和植物的生理毒害，而且可缓解重金属向土壤深层和地下水迁移。该方法具有一定效果，原位固化重金属，大大降低成本，但也有一定局限性只是改变了重金属在土壤中的存在形态，对土壤长期稳定性和对生态系统的影响不甚了解，目前也缺乏这方面的研究。
生物措施是利用某些特定的动、植物和微生物能够较快地吸走土壤中的重金属污染而达到净化土壤的目的。与物理、化学处理技术相比，具有安全、费用低廉、效果好等优点，被称为一种新的环境友好替代技术。(1)微生物修复微生物可吸附积累重金属，改变作物根部微环境，降低土壤中重金属的毒性，提高植物对重金属的吸收、挥发或固定效率。但该技术也面临一定的难题，一方面微生物生物量小，吸收的金属量较少；另一方面因其生物量很小而难于进行后处理。(2)植物修复是利用自然生长植物或遗传工程培育植物修复金属污染土壤的技术总称。这一技术核心是绿色植物的超常作用，以太阳能为驱动力，以其潜在的高效、经济及其生态协调性等优势成为学术界研究的热点。
超积累植物(Hyperaccmulator)也叫超富集植物，是指能超量吸收和积累重金属的植物，这一定义最初是由Baker和Brooks等提出的。超积累植物应同时具备三个特征一是植物地上部(茎或叶)金属含量是未受到污染或者轻度污染的环境下其它植物在同一生长条件下的10-500倍，铅(Pb)的临界含量为1000mg/kg；二是植物地上部分重金属含量大于根部该种金属含量；三是植物的生长没有出现明显的毒害症状。生活在重金属污染程度较高土壤上地上部生物量没有显著减少是超积累植物区别于普通植物的一个重要特征。这是超积累植物所具有的区别于普通植物的超强忍耐性的表现特征之一。而对于普通植物而言，虽有些植物在这种情况下也能生存生长，但其地上部分生物量往往会明显降低，通常表现为植株矮小，有的生物学特性还会改变，如叶子，花色变色等。具备上述三个特征，且植物体内的铅(Pb)含量大于1000mg/kg的，为超富集植物。土壤铅的移动性较弱，容易以硫酸盐或磷酸盐形式被土壤胶体或植物根际吸附固定，不利于植物吸收。因此，目前有关植物富集铅的研究较少，国内外已报道的铅超积累植物约14种，如遏蓝菜属(Thlaspi rotundilolium)、燕麦草(Arrhenatherum elatius)、爱遏蓝菜(Thlaspi caerulescens)等。但是已发现的铅超累积植物大多生物量小，且生长缓慢，极大地限制了它在修复污染土壤方面的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种费用低廉，可操作性强，不破坏土壤理化性质，不引起二次污染，具有良好效果的利用超富集植物对铅的转移来修复铅污染土壤，超富集植物修复铅污染土壤的应用。
本发明的另一目的是提供这种超富集植物修复铅污染土壤的应用的的方法。
本发明所述的超富集植物修复铅污染土壤的应用，是将植物蓖麻种植在铅污染的土壤上。
为了实现上述应用，本发明采用的方法如下一种利用超富集植物修复铅污染土壤的方法，所利用的植物为蓖麻，其方法是在含污染物铅的土壤上种植蓖麻，通过蓖麻的根系吸收污染土壤中的铅，并将铅转移至蓖麻的茎和叶等地上部器官，当植物长到花开期或成熟期时，将植物地上部分从污染土壤上移走，从而实现除去土壤中污染物铅的目的所述的利用超富集植物修复铅污染土壤的方法，在含污染物铅的土壤上种植植物蓖麻，是在铅污染的土壤上直接播种。按株距×行距＝0.4-0.5m×0.8-1.0m播种，种植密度为13000-20000株/hm2。
所述的利用超富集植物修复铅污染土壤的方法，所述在含污染物铅的土壤上种植蓖麻，可采用复种的方式，即在第一茬蓖麻长到开花期时，将植物整体从污染土壤上移走，再种植第二茬，重复上述过程，直至彻底除去土壤中超标的铅。
所述的利用超富集植物修复铅污染土壤的方法，在含污染物铅的土壤上种植蓖麻之前，在土壤中施入农家肥作基肥，施用量根据土壤肥力的不同，一般控制在10000-20000kg/hm2，在不具备施有机肥的地方可用普钙代替，施用量为300-750kg/hm2，一次性施入，在蓖麻生长过程中用尿素进行追肥，其用量为280-350kg/hm2，使地上面部分的蓖麻植物量增加，从而提高对污染土壤中铅的提取率。
所述的利用超富集植物修复铅污染土壤的方法，在植物长到开花期或成熟期进行收割，收割后可用以焚烧发电，回收金属、堆肥、压缩填埋的方法进行处理。
在云南省鹤庆北衙地区进行了大量的试验研究，据资料非铅异常土壤中铅含量为2-100mg/kg，平均10mg/kg；受铅污染的农田耕作土壤中铅含量为850.7-4790.1mg/kg，超过非铅异常土壤铅含量均值的84-478倍；污染源下风向山地土壤中铅含量高达4157.3-6810mg/kg，受到严重污染。检测该地区受铅污染的作物，主要粮食水稻和玉米铅含量最高达17.5mg/kg和16.1mg/kg，青菜和蒜苗为160.5mg/kg和120.3mg/kg，而蓖麻的铅含量高达2029.5mg/kg。蓖麻体内富集的铅是同一受污染地区在同种生长条件下其它作物最高含铅量的13-126倍，体现出蓖麻在受到铅严重污染土壤的超富集作用；同时非铅异常的蓖麻体内铅含量一般为15-100mg/kg，而在受铅污染土壤上生长的蓖麻发挥出其对铅超富集的能力，体内铅含量达到原来的20-135倍。
在滇东南有色矿区土壤试验表明，土壤中铅污染超标率大于50％的地区，当在土壤铅含量为291.2-2802mg/kg范围内种植的蓖麻体内含铅量高达1500mg/kg，是其它作物的10-200倍，体现出对铅的超富集能力。
只有能够大量吸收并富集铅的植物才能被用于修复铅污染的土壤，因此，在超积累植物品种的筛选过程中，植物体内的铅含量是最关键的指标。根据试验结果，蓖麻(Kicinus communis L.)体内铅含量达2029.5mg/kg，经试验证明，在铅轻度污染的土地上种蓖麻和粮食，蓖麻的铅含量是粮食的2200倍，在铅中度污染的土地上种蓖麻和粮食，蓖麻的铅含量是粮食的110倍，在轻度污染的土地上种蓖麻和蔬菜，蓖麻的铅含量是蔬菜的400倍，可见蓖麻对铅具有较强的吸收富集能力，且由根部向地上部转移铅的能力也较强，植物地上部分重金属含量大于根部该种金属含量，且蓖麻的生物量没有减少，生长没有出现明显的毒害症状，具有良好的修复能力。
本发明通过超富集植物蓖麻吸收提取土壤中的铅，永久性地解决土壤污染问题，修复铅污染土壤，具有能耗较低、费用低廉，可操作性强，不破坏环境理化性质，不引起二次污染，能大大减少运行费用，可以大面积在污染土壤上使用。实验证明蓖麻是一种超富集植物，本发明利用蓖麻对铅金属的超富集提取作用，通过在铅污染土壤上种植这种超积累植物，能够在稳定污染土壤，减少土壤风蚀，水蚀及不引起地下水二次污染的同时，使污染土壤得到修复，可以永久性地解决土壤铅污染的问题，对环境扰动小，是可靠的、环境相对安全的技术，与现有技术相比，既不破坏污染现场土壤结构，培肥地力，又大大降低了修复费用。
具体实施例方式
实施例1一种利用超富集植物修复铅污染土壤的方法，选用在云南地区常用的蓖麻种子，TCO-202，1995年由云南省农科院油料所引入，在云南栽培属多年生品种。播种前在土壤中施入农家肥作基肥，施用量根据土壤肥力的不同，一般控制在10000kg/hm2，在不具备施有机肥的地方可用普钙代替，施用量为300kg/hm2，一次性施入。按株距×行距＝0.5m×1m播种，种植密度为19995株/hm2。按大田管理的方法，播种浇灌一次，当年生蓖麻生育期不进行整枝和打顶，冬天进行相同的冬春管理，在1月30日左右，距地面40cm处进行砍伐。第二年宿生蓖麻在3月中旬蓖麻分枝为20cm左右时进行整枝，每株留健壮的3-4个分枝。尿素追肥分两次施入，施用量共300kg/hm2，其中苗肥占1/3，穗肥占2/3，苗肥在6-7片真叶时追肥，穗肥在主穗开花时追肥。第而二年不施肥，只作冬春管理，进行砍伐和整枝。收割后可用堆肥、压缩填埋的方法进行处理。
实施例2一种利用超富集植物修复铅污染土壤的方法，选用在云南地区常用的蓖麻种子，TCO-202，1995年由云南省农科院油料所引入，在云南栽培属多年生品种。播种前在土壤中施入农家肥作基肥，施用量根据土壤肥力的不同，一般控制在20000kg/hm2，在不具备施有机肥的地方可用普钙代替，施用量为750kg/hm2，一次性施入。按株距×行距＝0.5m×1m播种，种植密度为19995株/hm2。按大田管理的方法，播种浇灌一次，当年生蓖麻生育期不进行整枝和打顶，冬天进行相同的冬春管理，在1月30日左右，距地面40cm处进行砍伐。第二年宿生蓖麻在3月中旬蓖麻分枝为20cm左右时进行整枝，每株留健壮的3-4个分枝。尿素追肥分两次施入，施用量共450kg/hm2，其中苗肥占1/3，穗肥占2/3，苗肥在6-7片真叶时追肥，穗肥在主穗开花时追肥。第而二年不施肥，只作冬春管理，进行砍伐和整枝。收割后可用堆肥、压缩填埋的方法进行处理。
实施例3一种利用超富集植物修复铅污染土壤的方法，选用在云南地区常用的蓖麻种子，TCO-202，1995年由云南省农科院油料所引入，在云南栽培属多年生品种。播种前在土壤中施入农家肥作基肥，施用量根据土壤肥力的不同，一般控制在15000kg/hm2，在不具备施有机肥的地方可用普钙代替，施用量为525kg/hm2，一次性施入。按株距×行距＝0.4m×0.8m播种，种植密度为20000株/hm2。按大田管理的方法，播种浇灌一次，当年生蓖麻生育期不进行整枝和打顶，冬天进行相同的冬春管理，在1月30日左右，距地面40cm处进行砍伐。第二年宿生蓖麻在3月中旬蓖麻分枝为20cm左右时进行整枝，每株留健壮的3-4个分枝。尿素追肥分两次施入，施用量共375kg/hm2，其中苗肥占1/3，穗肥占2/3，苗肥在6-7片真叶时追肥，穗肥在主穗开花时追肥。第而二年不施肥，只作冬春管理，进行砍伐和整枝。收割后可用堆肥、压缩填埋的方法进行处理。
实施例4一种利用超富集植物修复铅污染土壤的方法，选用在云南地区常用的蓖麻种子，TCO-202，1995年由云南省农科院油料所引入，在云南栽培属多年生品种。播种前在土壤中施入农家肥作基肥，施用量根据土壤肥力的不同，一般控制在12500kg/hm2，在不具备施有机肥的地方可用普钙代替，施用量为410kg/hm2，一次性施入。按株距×行距＝0.5m×1m播种，种植密度为10000株/hm2。按大田管理的方法，播种浇灌一次，当年生蓖麻生育期不进行整枝和打顶，冬天进行相同的冬春管理，在1月30日左右，距地面40cm处进行砍伐。第二年宿生蓖麻在3月中旬蓖麻分枝为20cm左右时进行整枝，每株留健壮的3-4个分枝。尿素追肥分两次施入，施用量共340kg/hm2，其中苗肥占1/3，穗肥占2/3，苗肥在6-7片真叶时追肥，穗肥在主穗开花时追肥。第而二年不施肥，只作冬春管理，进行砍伐和整枝。收割后可用堆肥、压缩填埋的方法进行处理。
实施例5一种利用超富集植物修复铅污染土壤的方法，选用在云南地区常用的蓖麻种子，TCO-202，1995年由云南省农科院油料所引入，在云南栽培属多年生品种。播种前在土壤中施入农家肥作基肥，施用量根据土壤肥力的不同，一般控制在17500kg/hm2，在不具备施有机肥的地方可用普钙代替，施用量为620kg/hm2，一次性施入。按株距×行距＝0.5m×1m播种，种植密度为19995株/hm2。按大田管理的方法，播种浇灌一次，当年生蓖麻生育期不进行整枝和打顶，冬天进行相同的冬春管理，在1月30日左右，距地面40cm处进行砍伐。第二年宿生蓖麻在3月中旬蓖麻分枝为20cm左右时进行整枝，每株留健壮的3-4个分枝。尿素追肥分两次施入，施用量共400kg/hm2，其中苗肥占1/3，穗肥占2/3，苗肥在6-7片真叶时追肥，穗肥在主穗开花时追肥。第而二年不施肥，只作冬春管理，进行砍伐和整枝。收割后可用堆肥、压缩填埋的方法进行处理。
权利要求
1.一种超富集植物修复铅污染土壤的应用，其特征在于是将植物蓖麻种植在铅污染的土壤上。
2.一种利用超富集植物修复铅污染土壤的方法，其特征在于在含污染物铅的土壤上种植蓖麻，通过蓖麻的根系吸收污染土壤中的铅，当植物长到花开期或成熟期时，将植物地上部分从污染土壤上移走。
3.根据权利要求1所述的一种利用超富集植物修复铅污染土壤的方法，其特征在于在铅污染的土壤上直接播种。
4.根据权利要求1所述的一种利用超富集植物修复铅污染土壤的方法，其特征在于蓖麻的播种按株距×行距＝0.4-0.5m×0.8-1.0m播种，种植密度为13000-20000株/hm2。
5.根据权利要求1所述的一种利用超富集植物修复铅污染土壤的方法，其特征在于种植蓖麻，采用复种的方式，即在第一茬蓖麻长到开花期时，将植物整体从污染土壤上移走，再种植第二茬，重复上述过程，直至彻底除去土壤中超标的铅。
6.根据权利要求1所述的一种利用超富集植物修复铅污染土壤的方法，其特征在于种植蓖麻之前，在土壤中施入有机肥作基肥，施用量为10000-20000kg/hm2。
7.根据权利要求5所述的一种利用超富集植物修复铅污染土壤的方法，其特征在于所述的有机肥是农家肥。
8.根据权利要求1所述的一种利用超富集植物修复铅污染土壤的方法，其特征在于种植蓖麻之前，在土壤中施入普钙，施用量为300-750kg/hm2。
9.根据权利要求1所述的一种利用超富集植物修复铅污染土壤的方法，其特征在于在蓖麻生长过程中用尿素进行追肥，其用量为280-350kg/hm2。
10.根据权利要求1所述的一种利用超富集植物修复铅污染土壤的方法，其特征在于在蓖麻开花期或成熟期收割后，用以焚烧发电、回收金属、堆肥、压缩填埋的方法中的一种或几种进行处理。
全文摘要
本发明涉及污染环境的植物修复技术，特别涉及利用超富集植物修复被重金属污染的土壤的方法。本发明在含污染物铅的土壤上种植蓖麻，通过蓖麻的根系吸收污染土壤中的铅，当植物长到花开期或成熟期时，将植物部分从污染土壤上移走。本发明通过蓖麻吸收提取土壤中的铅，永久性地解决土壤污染问题，修复铅污染土壤，具有能耗较低、费用低廉，可操作性强，不破坏环境理化性质，不引起二次污染，能大大减少运行费用，既不破坏污染现场土壤结构，培肥地力，又大大降低了修复费用，可以大面积在污染土壤上使用。
文档编号B09C1/10GK1887457SQ20061001104
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月14日 优先权日2006年7月14日
发明者刘晓海, 高云涛, 贺彬, 王志芸, 宁平, 曾向东, 王伟, 陈同斌, 廖晓勇, 董琨, 文斌 申请人:云南省环境科学研究院