重金属镉污染钙质农田土壤的植物提取修复方法
【专利摘要】本发明涉及一种重金属镉污染钙质农田土壤的植物提取修复方法，该方法是指首先在重金属镉污染钙质农田土壤上按照1.5×1.5m的密度种植一年生新疆杨幼苗，构建新疆杨人工林体系；然后对所述新疆杨人工林体系按0.25gN/株和0.10gP/株施加底肥，并按常规方法进行栽培；最后，当所述新疆杨人工林生长到5年时按照用材目的对其进行间伐或者皆伐即可。本发明可有效增加土壤有机质、提高土壤肥力，十分有利于修复干旱区重金属污染耕地。
【专利说明】重金属镉污染钙质农田土壤的植物提取修复方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及污染土壤的植物修复技术，尤其涉及重金属镉污染钙质农田土壤的植 物提取修复方法。
【背景技术】
[0002] 镉（Cd)是我国农田土壤重金属污染物中的优先污染物，其广泛分布在我国11个 省份的25个地区，污染面积达1. 3万hm2。其次，Cd目前仍以每年0. 004 mg/kg的速率向 农田土壤中输入。据估算，在此输入速率下仅需50年农田表层土壤中Cd的含量就会超过 我国土壤环境质量标准（GB 15618 - 1995)的二级标准。再有，Cd在土壤中的流动性要远大 于Cu、Pb、Zn等重金属，因而在极低的含量下其也会危害动物和人体健康。
[0003] 绿洲是干旱区工农业生产的基本单元，其面积仅占干旱区总面积的:Γ5%，但却养 育了干旱区90%以上的人口，创造了 95%以上的工农业产值。我国干旱区矿产资源丰富，然 而在矿产资源开发过程中矿区周围的绿洲农田普遍受到了重金属Cd的污染。另外，污水灌 溉、污泥农用以及磷肥的大量施用也导致了干旱区农田普遍受到了 Cd的污染。
[0004] 杨树是一种重要的生物能源类植物，其是修复干旱区重金属污染土壤的理想植 物。这主要是因为杨树具有以下几个方面的典型特点：⑴杨树适应能力强，抗旱、耐盐碱，具 有十分重要的经济和生态价值，其同时是我国种植面积最大且种数最多的树种；⑵杨树对 Cd的耐性较高，其在Cd污染土壤上能正常生长，同时对Cd具有很高的去除能力；⑶杨树生 长速度快，采用短轮伐栽培在短期（3飞年)即可形成较大的生物量，在修复污染土壤的同时 还能够带来经济效益，可保障污染土地修复的可持续性。因此，利用杨树修复干旱区重金属 Cd污染耕地具有重要的科学价值和现实意义。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种增加土壤有机质、提高土壤肥力的重金属 镉污染钙质农田土壤的植物提取修复方法。
[0006] 为解决上述问题，本发明所述的重金属镉污染钙质农田土壤的植物提取修复方 法，其特征在于：该方法是指首先在重金属镉污染钙质农田土壤上按照1. 5 X 1. 5 m的密度 种植一年生新疆杨幼苗，构建新疆杨人工林体系；然后对所述新疆杨人工林体系按0.25 g N/株和0. 10 g P/株施加底肥，并按常规方法进行栽培；最后，当所述新疆杨人工林生长到 5年时按照用材目的对其进行间伐或者皆伐即可。
[0007] 所述重金属镉污染钙质农田土壤是指灰钙土、淡灰钙土、草甸灰钙土、盐化灰钙土 中的一种，且该土壤镉含量低于10 mg/kg。
[0008] 所述新疆杨幼苗是指青皮类型的新疆杨幼苗或白皮类型的新疆杨幼苗。
[0009] 本发明与现有技术相比具有以下优点： 1、本发明所采用的修复植物是乔木新疆杨，和草本植物相比，其根系分布更深，蒸腾作 用更强。因而，乔木修复体系更有利于防止由风蚀、水蚀、渗滤等诱发的土壤扩散带来的重 金属二次污染，可有效增加土壤有机质、提高土壤肥力，十分有利于修复干旱区重金属污染 耕地。
[0010] 2、本发明所采用的修复体系属于原位修复技术，环境扰动小、前期投入低，同时新 疆杨在我国干旱区有广泛的种植，其同时兼具生态和经济价值。因而，这种修复体系在干旱 地区容易推广，其在修复污染土壤的同时还可以为农民带来收益，可保障污染土壤修复和 利用的可持续性。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0012] 图1为本发明人工污染土壤上新疆杨的生物量干重。
[0013] 图2为本发明人工污染土壤上新疆杨对Cd的富集特征。
[0014] 图3为真实污染土壤上新疆杨的生物量干重。
【具体实施方式】
[0015] 重金属镉污染钙质农田土壤的植物提取修复方法，该方法是指首先在重金属镉污 染钙质农田土壤上按照1. 5X1. 5 m的密度种植一年生新疆杨幼苗，构建新疆杨人工林体 系；然后对新疆杨人工林体系按0.25 g N/株和0. 10 g P/株施加底肥，并按常规方法进行 栽培；最后，当新疆杨人工林生长到5年时按照用材目的对其进行间伐或者皆伐即可。 [0016] 其中：重金属镉污染钙质农田土壤是指灰钙土、淡灰钙土、草甸灰钙土、盐化灰钙 土中的一种，且该土壤镉含量低于10 mg/kg。
[0017] 新疆杨幼苗是指青皮类型的新疆杨幼苗或白皮类型的新疆杨幼苗。
[0018] 应用实例1 试验地点设在兰州大学榆中校区的生物实验站（104° 0V E， 35° 56' N)。供试清洁土壤采自甘肃省兰州市和平镇的旱作农田耕作层土壤（(Γ20 cm)。 该区域无明显重金属污染源，其位于我国西北钙质土壤区，黄土是其成土母质。供试土壤质 地为沙壤土，pH 7. 50、碳酸钙72. 04 g/kg、电导率2.22 dS/m、有机质12. 42 g/kg、总磷0.79 g/kg、总氮 0· 92 g/kg、总 Cd 0· 60 mg/kg。
[0019] 采用盆栽实验，共设置了6个0(1添加处理，分别为0(0()、5、10、25、50和10〇11^/ kg，每个处理3个重复。在种植物前，7.5 kg过10 mm筛的土壤（以干重计）按照添加处理 中Cd的浓度分别拌入相应量的硝酸镉溶液，并同时加入0. 25 gN/kg和0. 10 gP/kg作为底 月巴，充分混匀后装于塑料盆内（"=26.5 cm，0 = 22.5 cm)。土壤平衡2个月，期间采用自 来水(重金属未检出）补给土壤水分，使其保持在田间持水量的50%左右。土壤平衡后，于4 月份向每个塑料盆中栽种2棵生长一致的一年生新疆杨幼苗，植物生长期间保持土壤水分 在田间持水量的60%左右。10月份，在杨树未落叶之前收获植物，将其分为根、树干和树叶 3部分分别加以收集和称重。
[0020] ⑴人工污染土壤上新疆杨对Cd的耐受性： 杨树不同器官的生物量干重对Cd投加水平的响应见图1。在整个生长期内，杨树地 上部的器官均未表现出肉眼可观察到的毒性特征。杨树生物量对Cd投加水平的响应表现 为树叶和地上部(树干+树叶）的干重在100 mg/kg的投加水平下是显著低于对照的0°〈 0.05)，在其它投加水平下则和对照间的差异不显著0° > 0.05)。而根和树干的生物量干重 在所有Cd投加水平下都和对照间的差异不显著Μ > 0.05)。根据重金属超富集植物应该 具备的耐性特征，新疆杨对钙质农田土壤中Cd的耐受性阈值是50 mg/kg。与酸性土壤上 杨树对Cd的耐受性阈值（20 mg/kg)相比，新疆杨在钙质土壤上对Cd的胁迫具有很高的耐 性。
[0021] ⑵人工污染土壤上新疆杨对Cd的富集特征： 新疆杨对Cd的富集特征是用富集系数（BCF)和转移系数（TF)来表征的。如图2所示， 整体上BCF和TF均是随着土壤中Cd投加浓度的增大而降低的。具体而言，BCF在土壤中 Cd的含量小于10 mg/kg时是大于1的，对照的BCF为2. 37, Cd的投加浓度为5 mg/kg时 为1. 27,而投加浓度为10 mg/kg时为1. 15。相比之下，TF几乎在所有的投加浓度下都是 大于1的，除了 Cd的投加浓度为100 mg/kg的处理，其TF值为0. 94。当BCF值小于1时， 无论植物地上部的生物量多大，其对重金属提取修复的效率都是低下的，因为这将需要更 长的修复时间来完成。因此，新疆杨有利于Cd含量低于10 mg/kg钙质农田土壤的提取修 复。
[0022] 应用实例2 供试Cd污染钙质农田土壤采自甘肃省白银市东大沟流域的污水灌 溉农田耕作层土壤（〇~20 cm)。Cd污染土壤和应用实例1中的清洁土壤都来自于我国西北 钙质土壤区，黄土是其成土母质。供试污染土壤的质地为沙壤土，pH 7. 31、碳酸钙81.03 g/ kg、电导率 1.99 dS/m、有机质 12.30 g/kg、总磷 0.89 g/kg、总氮 0.87 g/kg、总 Cd 80 mg/ kg。
[0023] 采用盆栽实验，试验地点同应用实例1。采用应用实例1中的清洁土壤稀释污染 土壤的方法来构建Cd污染土壤的浓度梯度。污染土壤和清洁土壤的混合比例为：0:100 (CK)，6.25:93.75 (T1)，12. 5:87.5 (T2)，25:75 (T3)，50:50 (T4)和 100:0 (T5) %，以干 重计，每个处理重复3次。每盆装土 7. 5 kg，其余实验过程和步骤同应用实例1。
[0024] ⑴真实污染土壤稀释后的Cd浓度梯度(参见表1): 表1不同处理下污染土壤和清洁土壤的混合比例及混合后的Cd含量
【权利要求】
1. 重金属镉污染钙质农田土壤的植物提取修复方法，其特征在于：该方法是指首先在 重金属镉污染钙质农田土壤上按照1. 5 X 1. 5 m的密度种植一年生新疆杨幼苗，构建新疆杨 人工林体系；然后对所述新疆杨人工林体系按0.25 g N/株和0. 10 g P/株施加底肥，并按 常规方法进行栽培；最后，当所述新疆杨人工林生长到5年时按照用材目的对其进行间伐 或者皆伐即可。
2. 如权利要求1所述的重金属镉污染钙质农田土壤的植物提取修复方法，其特征在 于：所述重金属镉污染钙质农田土壤是指灰钙土、淡灰钙土、草甸灰钙土、盐化灰钙土中的 一种，且该土壤镉含量低于10 mg/kg。
3. 如权利要求1所述的重金属镉污染钙质农田土壤的植物提取修复方法，其特征在 于：所述新疆杨幼苗是指青皮类型的新疆杨幼苗或白皮类型的新疆杨幼苗。
【文档编号】B09C1/00GK104084419SQ201410381136
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】胡亚虎, 苏洁琼, 南忠仁, 武文飞, 金诚 申请人:兰州大学