专利名称：利用如意草修复土壤和水体锌、镉污染的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用如意草(Viola hamiltoniana)修复土壤和水体锌、镉单-或复合污染方法。
背景技术：
土壤和水体毒性金属(锌、镉等)污染引起了一个主要的环境和人类健康问题。我国有着丰富的锌、镉矿产资源，由于富含锌、镉矿体的自然风化和相应的露天开采、冶炼等矿业活动，以及大量施用化肥、农药等化工产品，导致了我国大面积的土壤和水体锌、镉等重金属污染，矿山及冶炼厂周边地带尤为严重。过量暴露的锌、镉直接威胁人居环境及食品安全，通过饮水和食品，大量摄入的上述二种金属，具致癌致畸致突变以及干扰激素内分泌等作用，危及居民健康和家畜安全。
当前，可供治理土壤或水体重金属污染的方法主要理化修复法和生物修复法理化法有客土(换土)法、沉淀法、淋洗法、电化法、磁化法。这些物理或化学方法各有其优点，但一般都存在花费高、工程量较大、易造成二次污染等问题。
生物法有微生物和植物修复方法，微生物生物修复的局部成功仅局限于一些有机污染物的降解，在处理金属污染物，特别是在土壤中并非有效。植物修复(phytoremediation)是一种新兴的重金属污染原位(in situ)绿色修复技术，作为其核心技术之一的植物提取技术(phytoextraction)，已发展成为环境科学领域的研究与应用热点，并引起政府、学术界和企业界的高度重视。
从当前国内外植物提取技术研究与实践进展来看，尚存在并需解决以下问题(1)可供选择的能富集重金属锌和镉的植物品种较少，特别是能同时富集两种以上金属的植物极少；(2)被推荐优先使用的超富集植物(hyperaccumulator)，普遍生物量偏低，重金属的总体去除效率较低，同时还存在异地气候适应等问题；(3)污染土壤中重金属生物有效性(bioavailability)有待提高；(4)从应用来看，发达国家的植物修复技术部分已投入实际应用，并获得了较好的环境、经济和社会效益，而我国尚处于起步阶段，相关技术还处于实验室或中试阶段。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用如意草(Viola hamiltoniana)修复土壤或水体锌、镉污染的方法。
本发明通过种植如意草，持续提取并活化土壤或水体中的锌、镉，同时向上运输和转运到达地上部，待地上部形成一定的生物量，定期收割地上部，保留地下部，则可进行持续提取，持续转移土壤或水体中大量的锌、镉，从而经过一定的提取周期清除土壤或水体锌、镉污染。
本发明的方法的具体步骤包括(1)选用自然生长在我国湖南省郴州金川塘矿区的如意草(Viola hamiltoniana)，可直接移栽该矿区的如意草幼苗，也可采收其种子进行常规育苗；用种子育苗时，种子萌发及幼苗培育的条件一般为将如意草种子于去离子水中吸胀5-6小时，放置暗处发芽3-5天后，在温室正常土壤中育苗，空气相对湿度50-60％，温度22-25℃；(2)控制土壤或水体pH于5～7之间；可视生长介质实际酸碱度，通过施用酸性或碱性肥料(或石灰)加以调节；
(3)将生长至3～5cm(或生长4～5周)的野外移栽或由种子培育的上述如意草幼苗，移栽入已按前述要求调节pH的锌、镉单一或复合污染的土壤或水体中；对如意草在水体生长支撑的处理为将如意草植入浮床，根部通过浮床上钻制的小孔直接与污染水体接触，生长前期加海绵或脱脂棉于小孔中稳固植株；(4)定期收割地上部，土壤中一年两次，水体中一年三次，或当如意草长到25-40cm高度时收割一次；收割地上部时留茬3～5cm；让如意草持续生长，持续收割如意草地上部，直到土壤或水体锌、镉达安全标准。收割的如意草地上部可进行统一处理，如在垃圾填埋区安全填埋或焚烧。
本发明所用的锌和镉超富集如意草(Viola hamiltoniana)，在我国湖南省郴州金川塘矿区自然生长，较多分布，常年可采集到，其种子也较易发芽繁殖。该如意草植物分类学特征如下1.为堇菜科植物，多年生草本，全株被毛，根状茎横走，粗约2毫米，褐色，密生多数纤维状根，向上发出多条地上茎或匍匐枝。地上茎通常数条丛生，高可达35厘米，淡绿色，节间较长；匍匐枝蔓生，长可达40厘米，节间长，节上生不定根。
2.基生叶叶片常绿色，三角状心形或卵状心形，长1.5-3厘米，宽2-5.5厘米，先端急尖，稀渐尖，基部通常宽心形，稀深心形，弯缺呈新月形，垂片大而开展，边缘具浅而内弯的疏锯齿，两面通常无毛或下面沿脉被疏柔毛；茎生叶及匍匐枝上的叶片与基生叶的叶片相似；3.花淡紫色或白色，皆自茎生叶或匍匐枝的叶腋抽出，具长梗，在花梗中部以上有2枚线形小苞片；萼片卵状披针形，长约4毫米，先端尖；花瓣狭倒卵形，长约7.5毫米。
4.蒴果长圆形，长6-8毫米，粗约3毫米，无毛，先端尖。
5.种子卵状，淡黄色，长约1.5毫米，直径约1毫米，基部一侧具膜质翅。
本发明所用如意草(Viola hamiltoniana)，自然条件下其多金属富集特征如下如意草地上部重金属镉、锌、铅、铜的富集效能依次为849、5890、268、171，地下部依次为675、5730、667、207(以上数据均为相应植物组织干重中对应的含量，单位均为mg/kg)，其中镉和锌的富集地上部大于地下部，富集指标达超富集水平。
本发明具以下突出效果1.本发明所选用的如意草，可超富集重金属镉和锌，应用于植物提取污染土壤或水体镉和锌，成本低，修复效率高，潜在经济效益可观；2.本发明所选用的如意草，容易繁殖、易形成大生物量、能同时耐受并富集多种金属(主要为锌、镉)、抗病虫害、多年生长等特点，适合于污染土壤或水体的锌、镉植物提取；3.按照本发明方法的持续提取模式，简化了修复土壤或水体锌、镉污染的程序，适合于推广应用；4.本发明建立的修复模式系绿色原位修复，所收获的地上部进行集中安全填埋或焚烧，不会造成二次污染，同时修复进程不会破坏土壤或水体生态环境，并有助于改善土壤因重金属污染而引起的土壤退化和生产力下降，恢复并提高土壤生物多样性，对水体的修复可明显改善水质。
具体实施例方式
以下通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例1土壤修复如意草种子，于去离子水中吸胀5小时，放置暗处3天发芽后，于温室正常土壤中培育，空气相对湿度60％，温度25℃。待如意草幼苗生长至3～5cm，移栽入重金属污染土壤，土壤重金属本底含量锌＞500mg/kg，镉＞10mg/kg，施石灰调节pH至6～7，行距15cm，株距10cm。生长6个月收获地上部，留茬4～5cm。第一次收获的如意草，经测定地上部干重中各重金属含量锌＞2000mg/kg，镉＞50mg/kg；如意草持续生长、持续提取土壤锌、镉，持续收割如意草地上部，土壤中的锌、镉含量不断减少，直到污染土壤锌、镉含量减少到正常土壤水平，土壤锌、镉污染消除。
实施例2水体修复野外移栽的幼苗于温室正常土壤中培育，空气相对湿度60％，温度25℃，待幼苗生长至3～5cm，移栽入设置于重金属污染水体的浮床，根部通过在浮床上钻制的小孔，直接与污染水体接触，生长前期加海绵于小孔中稳固植株；水体重金属本底含量锌＞10mg/Kg，镉＞10mg/kg，加石灰调节pH至6～7；行距15cm，株距15cm。生长四个月收获地上部，留茬3～4cm。经测定，收获的如意草地上部干重中各重金属含量锌＞1000mg/kg，镉＞500mg/kg；如意草持续提取锌、镉，持续收割如意草地上部，水体中的锌、镉含量不断减少，直到污染水体中的锌、镉含量减少到正常水体水平，水体锌、镉污染消除。
权利要求
1.一种利用如意草修复土壤或水体锌、镉污染的方法，具体步骤包括(1)选用自然生长在我国湖南省郴州金川塘矿区的如意草，直接移栽该矿区的如意草幼苗，或者采收其种子进行常规育苗；(2)控制土壤或水体pH于5～7之间；(3)将生长至3～5cm或生长4～5周的野外移栽或由种子培育的上述如意草幼苗，移栽入已按前述要求调节pH的锌、镉单一或复合污染的土壤或水体中；对如意草在水体中生长的支撑处理为将如意草植入浮床，根部通过浮床上钻制的小孔直接与污染水体接触，生长前期加海绵或脱脂棉于小孔中稳固植株；(4)定期收割地上部，土壤中一年两次，水体中一年三次，或当如意草长到25-40cm高度时收割一次；收割地上部时留茬3～5cm；让如意草持续生长，持续收割如意草地上部，直到土壤或水体锌、镉达安全标准。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征是步骤(1)中用种子育苗时，种子萌发及幼苗温室培育条件为将如意草种子于去离子水中吸胀5-6小时，放置暗处发芽3-5天后，在温室正常土壤中育苗，空气相对湿度50-60％，温度22-25℃。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征是步骤(2)中通过施用酸性或碱性肥料或石灰调节土壤或水体的pH。
全文摘要
本发明涉及一种利用如意草(Viola hamiltoniana)修复土壤和水体锌、镉单一或复合污染方法。本方法主要利用能富集锌、镉等多种金属的如意草，吸收并活化污染土壤或水体中的锌、镉，同时向上运输和转运到达地上部，待如意草地上部形成一定的生物量，定期收割地上部(土壤中一年收割两次，水体中一年收割三次，或当如意草长到20－35cm高度时收割一次)，保留地下部，收割地上部时留茬3～5cm，则可进行持续提取。本发明建立了一种持续提取模式，可持续转移污染土壤或水体中大量的锌、镉，直到土壤或水体中的锌、镉含量达环境安全标准。
文档编号B09C1/10GK1554494SQ20031011744
公开日2004年12月15日 申请日期2003年12月22日 优先权日2003年12月22日
发明者束文圣, 刘威, 张军, 蓝崇钰 申请人:中山大学