一种采用竹柳-宽叶雀稗-博落回构建植物群落小区修复铀污染土壤的方法与流程

本发明属于铀污染土壤植物修复技术领域，具体涉及一种采用竹柳、宽叶雀稗和博落回构建植物群落小区修复铀污染土壤的技术。

背景技术：

铀作为核电产业和核技术应用领域中非常重要的战略性资源，同时也是一种放射性重金属元素。铀资源开采在满足核能和核技术利用的同时，也产生了大量含铀的废石、尾矿等，在各种风化作用下，可能导致尾矿中的铀迁移到土壤圈，严重影响土壤的功能，导致生态景观破坏、生物多样性降低，并最终通过食物链，给区域的生态系统和居民带来潜在危害，因此，对铀污染土壤进行修复刻不容缓。

铀污染土壤的修复是将土壤中的铀以迁移、转化和提取的方式减少或降低其在土壤中的浓度，使其达到环境安全允许的水平范围内，从而减少对周围环境的毒性作用。

修复污染土壤传统的方法，如客土法、深翻法等物理方法，花费高且对土壤环境扰动较大，其他的方法如土壤淋洗、固化等化学方法，会对土壤的生物活性、结构和土壤肥力造成不良影响，除此之外，某些淋洗剂容易对环境造成二次污染。而植物修复具有成本低、环境友好、原位修复和应用广泛等优点，故在铀污染土壤的修复中具有很大的应用前景，植物修复的机制是基于植物根系具有吸收土壤中铀的能力，然后将其转移至地上部分，生长足够的时间后，地上部分积累大量的铀，铀和植物最终都可以收获，连续种植和收割将使环境中铀浓度减少，收割后的植物在特殊的地点处置或回收铀，这种循环方式为植物修复过程增加了经济价值。

目前，大量的超富集植物被广泛研究，然而大部分超富集植物具有生物量小、提取铀总量有限，从而限制其大规模应用。植物修复的治理效果取决于植物对铀的富集能力和植物的生物量，所以如何增加植物的生物量、提高植物对铀的富集能力以及对逆境的抗性成为植物修复铀污染土壤技术中的关键，因此，一些生物量较大的铀富集植物逐渐受到广泛的关注，然而，目前研究主要集中于单一物种修复铀污染土壤，而利用植物群落增强修复系统物种多样性的研究报道较少。植物群落能通过根系分泌物等改善土壤肥力和生物量，在提高污染土壤肥力的过程中，又能补给本土种子萌发生长所需的养分，激活土壤种子库，从而增大污染区的生物多样性；植物群落的种类数增加、密度增大，因而其总生物量大，较大的生物量可显著提高群落的总铀吸收量，同时增强了景观效应，因此，通过采用超富集植物采用特定的栽培模式构建功能性植物群落小区，提高超富集植物的修复效率具有重要意义。

技术实现要素：

针对上述情况，本发明的目的是要提供一种采用竹柳、宽叶雀稗和博落回构建植物群落小区修复铀污染土壤的方法。本发明依据生态学原理，以植物修复为理论基础，选择速生性强，生物量大，适应性强且对土壤中铀具有富集功能的杨柳科多年生木本植物竹柳、对铀具有较强耐受性的禾本科多年生草本植物宽叶雀稗以及铀尾矿库周边对铀具有超富集作用的罂粟科多年生草本植物博落回按照复合三角排列，采用人工营造与植被自然生长相结合的方式，按照本发明的栽培模式构建结构完整，且具有修复铀污染土壤功能的植物群落小区。植物群落小区中各植物从铀污染土壤中富集铀，同时将其输运到植物地上部分，从而达到去除污染土壤中铀的目的。在本发明提供的栽培模式下，这三种植物之间存在协同作用，能促进相互之间对土壤中铀的富集作用，从而提高对铀污染土壤的修复效率。该方法既具有取材方便、成本低廉、修复效率高，又具有易管理、易操作、环境风险小等多重优点。

其过程包括：

（1）种子萌发及种苗处理；

（2）植物群落小区的构建及养护；

（3）收割；

（4）集中处理。

具体步骤如下：

所述过程（1）中种子萌发及种苗处理的具体方式：宽叶雀稗和博落回种子于60℃水浸种2-3h，自然风干后，播种于育苗盘，在15-20℃条件下，宽叶雀稗播种7-10d后出苗，博落回种子播种15-20d后出苗，竹柳种苗于自来水中浸泡过夜后用于扦插，扦插2-3d后发芽；

所述过程（2）中植物群落小区的构建及养护的具体方式：培养池规格：长×宽×深（150cm×120cm×45cm），提前三天浇水，喷洒除草剂，将土壤按栽培模式在相应位置挖出小土坑，第一排依次栽培宽叶雀稗、博落回和竹柳；第二排依次栽培竹柳、宽叶雀稗和博落回；第三排依次栽培宽叶雀稗、博落回和竹柳；移栽时选取生长旺盛的植株，行距和株距均为30cm，其中每穴移栽3株，温度为20℃左右，最好选择傍晚或者阴天进行移栽。首先将发芽后的竹柳种苗立于小土坑内，填土；2d后，将高5cm宽叶雀稗苗（出苗后约10d），根据植株大小，在植物茎旁边两倍于冠径的位置，用铲子向下绕植物一周松土后，将土团掘起，保持土团完整，将种苗立于铀污染土壤坑内，填土，然后用拇指与食指轻压固定好苗根；4d后，将长出三片叶的博落回（出苗后约15d），根据植株大小，在植物茎旁边两倍于冠径的位置，用铲子向下绕植物一周松土后，将土团掘起，保持土团完整，将种苗立于铀污染土壤坑内，填土，然后用拇指与食指轻压固定好苗根。移栽后，尽快淋透土壤让根生长固定。当新苗生长有活力或者能看到新叶，说明移栽成功，可以将植株根据习性进行正常养护，及时松土、锄草，每隔两周浇一次霍格兰德营养液，前一个月每隔2天浇一次水，后期每隔一周浇一次水，直至植物由营养生长转变到以生殖生长为主的阶段，植物株高达到1m时，群落小区稳定，试验期间保持温度28℃、湿度65％，整个植物群落小区的构建及养护持续四个月。

所述过程（3）中收割的具体方式是：每个培养池随机采集，用自来水冲洗干净，分成地上、地下两部分，为了交换和移除吸附在植物表面的铀离子，先用20mmol/ledta-2na浸泡20min，然后用去离子水冲洗3遍，105℃条件下杀青30min，70℃烘干至恒重研磨粉碎后置于陶瓷坩埚中，于马弗炉中逐步升温至600℃后，灰化5h，冷却后称重；

所述过程（4）中述集中处理的具体方式是：将收割的地上部分转移到安全地带，集中进行干燥、粉碎、焚烧，最后进行填埋或铀的浸出回收，以有效控制铀的扩散。

本发明以对土壤中铀具有富集功能的乔木植物竹柳(salixsp.)、草本植物宽叶雀稗(paspalumscrobiculatumlinn)和草本植物博落回(macleayacordata)为材料，通过人工营造与植被自然生长相结合的方式，按照本发明提供的栽培模式，构建结构完整且具有修复铀污染土壤功能的植物群落小区。解决了现有采用单一种群修复铀污染土壤的植物修复技术所存在的植物物种结构单调、稳定性差、土壤肥力低下，总富集量较小，生态功能低等难题。

本专利发明的一种采用竹柳、宽叶雀稗和博落回构建植物群落小区修复铀污染土壤的方法，与现有技术方法相比，具有以下技术优势:

(1)所选用三种植物速生性强，生物量大，能在短时间内形成较好的植物群落小区。这些植物在第一次人工栽培后，就可以通过自身繁育维持植被的持续久存；

(2)所选用的三种植物且均具有富集铀的能力，所形成的植物群落小区结构完整、生物量大、稳定性好。后期完全遵循自然规律的“少人工管理”，且三种植物之间存在协同作用，能相互促进对铀的富集作用，从而提高对铀污染土壤的修复效率高；

(3)所选用的三种植物所构建的群落小区能通过根系分泌物等改善土壤肥力和生物学质量，植物群落小区在提高污染土壤肥力的过程中，能补给本土种子萌发生长所需的养分，激活土壤种子库，从而增大污染区的生物多样性。随着生态系统发育，生态化进程会增大矿场土壤的植物丰富度，植物多样性的提高能减小土壤营养元素和重铀随地表径流的流失量。长期存活于高浓度铀染环境的耐性植物与其萌发前的种子均携带有较强的耐性基因，其耐受性增强；

(4)草本植物的地上部分可通过人工或机械化收割，乔木的枝条也可进行修剪，收割的地上部分可集中转移到安全的地方进行处理或回收，具有潜在的经济效益，操作管理简便；

(5)利用植物群落小区修复铀污染土壤，系绿色原位修复，不会造成二次污染，同时修复过程不会破坏原有的生态环境，并有助于改善因铀污染而引起的土壤退化和生产力下降，恢复并提高铀污染土壤的生物多样性，且能美化环境等优点。具有易于管理、成本低、修复效率高、环境友好、具有潜在经济效益等多重优点。

（6）所选用的三种植物构建的植物群落小区与使用单一植物黑麦草修复铀污染土壤相比，铀富集量提高了3.46-32.69倍，与使用单一植物苏丹草修复铀污染土壤相比，地上部分提高了1.56-3.06倍，转运系数提高了0.25-3.64倍，与使用单一植物苜蓿修复铀污染土壤相比，地上部分铀含量提高了0.67-1.66倍，转运系数提高了1.5-8.2倍，从而促进铀更好的被收集。

附图说明

图1植物群落栽种方式示意图，a为宽叶雀稗、b为竹柳、c为博落回。

具体实施方式

ⅰ材料

乔木植物竹柳bamboo-willow(salixsp.)、草本植物宽叶雀稗(paspalumscrobiculatu

mlinn)和草本植物博落回(macleayacordata)。

ⅱ原理

竹柳是杨柳科（salicaceae）植物，乔木，生长潜力大，高度可达20米以上，顶端优势明显，腋芽萌发力强，分枝较早，侧枝与主干夹角30-45度，此外，竹柳对土壤要求不严，在ph值5.0-8.5的土壤或沙地、低湿河滩或弱盐碱地均能生长，且具有用途广泛、速生性强、生物量大、适应性强、材质优良等特点；宽叶雀稗(paspalumscrobiculatumlinn)是多年生禾草，秆通常丛生，稀为单生，直立或倾斜，高25-50厘米，具2-3节，叶片条状披针形，长5-20厘米，宽4-8毫米，两面密被柔毛，在江苏、浙江、台湾、福建、江西、湖北、四川、贵州、广西等省区均有分布，且对重金属有较强的耐受性；博落回（学名：macleayacordata）是罂粟科，博落回属多年生直立草本植物，基部木质化，具乳黄色浆汁。茎高1-4米，绿色，光滑，多白粉，中空，上部多分枝，具有生物量大、易管理、适应坏境广、生长速度快的特点；

通过野外调查和室内实验，我们发现铀污染土壤中生长的竹柳、宽叶雀稗和博落回，对铀表现出了较强的耐受性，而且可以将铀富集到地上部分，在特定的栽培模式下，它们之间存在协同效应，从而提高了对铀污染土壤的修复效率。根据生态学原理，这三种植物在群落小区中的时空位置及功能关系不一致，它们具有不同的生态位，因而，它们组成的植物群落小区稳定性好、不易退化，易养护，生态功能高，植物群落小区一旦形成，不需人工管理。植物群落小区中各物种均可从铀污染土壤中富集铀到地上部分，然后，进行对地上部分进行收割和集中处理，从而达到修复铀污染土壤的目的；

植物修复的机制是基于植物根系具有吸收土壤或水中铀的能力，然后将其转移至地上部分，生长足够的时间后，地上部分积累大量的铀，铀和植物最终都可以收获，连续种植和收割将使环境中铀浓度减少，收割后的植物在特殊的地点处置或回收利用铀，这种循环方式为植物修复过程增加了经济价值。

ⅲ实施例

植物种子及种苗：宽叶雀稗（paspalumscrobiculatumlinn）种子、博落回（macleayacordata）种子、竹柳bamboo-willow(salixsp.)种苗；

其他材料：n、p、k基肥，铀污染土壤；

在铀污染土壤中，分别栽培竹柳-宽叶雀稗-博落回（abc，按照复合三角排列的栽培模式）以及对照单一种群-竹柳（a）、单一种群-宽叶雀稗（b）、单一种群-博落回（c）。博落回和宽叶雀稗种子经蒸馏水淋洗、隔夜催芽后播种于育苗盘中，出苗后定植于供试土壤中；竹柳采用扦插的方式栽植于供试土壤。试验期间保持温度28℃、湿度65％，整个实验持续四个月；

实验实施四个月后，植物样品每个培养池随机采集，用自来水冲洗干净，分成地上、地下两部分，为了交换和移除吸附在植物表面的铀离子，先用20mmol/ledta-2na浸泡20min，然后用去离子水冲洗3遍，分别测量植物的株高以及根长和各部分的干重。结果显示，与单一种群相比，竹柳-宽叶雀稗-博落回所构成的群落小区中竹柳的株高、根长和总干重分别提高了56.54%、67.68%和82.901%，宽叶雀稗的株高、根长和总干重分别提高了28.89%、98.34%和41.50%，博落回株高、根长和总干重提高了12.69%、32.24%和35.43%；

将收割灰化后的植物样品，准确称量0.200g灰分，放入聚四氟乙烯管中，采用ethos-1型微波消解仪进行消解。消解完成后，将消解液定容至50ml，过滤后用icp-ms测定溶液中的铀含量。结果显示，竹柳-宽叶雀稗-博落回所构成的群落小区中各植物的铀富集总量分别达到了0.29mg/株、0.32mg/株和2.19mg/株，与单一种群相比，分别增加了31.82%、77.78%和146.07%，生物转移系数分别增加了150%、110%和52.17%。

以上仅是本发明的较佳实施方式，根据本发明的上述构思，本领域的熟练人员还可以对此作出各种修改和变换。例如，种植在不同铀浓度的铀污染土壤中，采用不同的植物种子及种苗，对各种子和种苗的比例、栽种的行距、株距及各种营养条件进行调整，采用不同的收割时期和方式，不同的种子萌发、育苗和移栽方法，用来修复不同的放射性核素和重金属污染土壤等等。然而，类似的这些变换和修改均属于本发明的实质。