一种利用草酸强化蜈蚣草-东南景天间作修复砷镉铅复合污染土壤的方法与流程

本发明涉及复合重金属污染土壤修复技术领域，尤其是一种利用草酸强化蜈蚣草-东南景天间作修复砷、镉、铅复合污染土壤的方法。

背景技术：

目前，国内外重金属污染土壤的修复技术可分为物理修复法(包括物理-化学修复法)、化学修复法以及生物修复法。物理修复技术主要包括客土法、换土法、热力挥发法等，具有见效快特点，但存在费用高、工程量较大，未能从根本上去除重金属等缺陷，不适于大面积污染土壤修复。化学修复技术主要包括化学改良修复法和化学淋洗修复法，操作简单，材料方便易得，但对土壤有一定要求，且淋洗还会破坏土壤结构。生物修复技术包括微生物修复技术、动物修复、植物修复技术，其中植物修复技术是指利用植物可耐受和超富集重金属等污染物特点，通过植物吸收、提取、分解、转化或固定土壤中污染物。植物提取技术是指重金属富集或超富集植物超量吸收土壤重金属并富集在地上部，然后收获地上部生物质并进行资源化或安全处置达到去除土壤重金属的目的，该技术具有经济绿色、不扰乱土壤结构等优点而具有广阔应用前景。然而，由于受植物生长限制，植物修复技术存在效率低、修复周期长等不足；此外，通常一种植物只富集一种或两种特定重金属，从而限制了超富集植物修复技术在多金属复合污染土壤工程治理方面的应用。因此，在实际重金属污染土壤植物修复中往往需要搭配种植多种富集植物来同时去除土壤中复合重金属污染，而植物间作修复模式配施改良剂是提高植物修复重金属污染土壤效率的一种方法。

蜈蚣草是砷的超富集植物，地上部砷含量可高达1％～2％，且对土壤as、cd、pb等重金属污染具有较好耐性，一年可收割三次之多，已成功应用于田间as污染土壤修复。东南景天是cd/zn超富集植物和pb富集植物，在cd、pb和zn等重金属污染土壤修复方面也已得到实践应用。

利用蜈蚣草和东南景天混作联合修复多金属污染土壤的专利有所涉及。申请公布号cn108941193a的发明专利申请公布了同时在土壤中栽种东南景天和富砷蕨，接种发酵复合菌剂，持续将土壤中砷转化为挥发性气体，从而去除土壤中砷的危害，镉铅锌等重金属被超积累植物吸收移除，但存在导致大气环境砷污染风险。申请公布号cn107400512b的发明专利申请公布了一种植物修复活化剂(谷氨酸二乙酸四钠(glda)、磷矿粉和锯末配比组合)强化东南景天和蜈蚣草套种去除土壤中重金属砷镉：套种情况下活化剂可使东南景天生物量最大提高13％，蜈蚣草生物量最大提高38％；东南景天植株地上部cd含量较对照增加55％～89％，蜈蚣草地上部cd和as含量最高增加24％和43％。但该发明制备的植物修复活化剂易被污染导致试剂降解，需现配现用且低温4℃保存，实际应用过程中可操作性有待考虑。因此，寻求新的植物修复活化剂来强化超富集植物间作修复多金属污染土壤，同时去除多金属的环保经济、可操作性强的修复技术，是解决当今我国矿区周边重金属复合污染土壤问题关键所在。

此外，本发明还发现在植物间作和修复活化剂协同作用条件下，采取一些特殊的种植措施，能够进一步显著提升重金属的修复效果。

技术实现要素：

本发明提供了一种利用草酸强化蜈蚣草/东南景天间作修复砷镉铅复合污染土壤的方法，无二次污染风险，操作简单，能够显著促进间作超富集植物对土壤中砷镉铅的吸收能力，明显提高修复效率。

具体技术方案如下：

一种利用草酸强化蜈蚣草-东南景天间作修复砷镉铅复合污染土壤的方法，具体包括以下步骤：

(1)将待修复多金属污染土壤进行翻耕平整；

(2)移栽蜈蚣草和东南景天幼苗至砷镉铅复合污染土壤中间作种植；

(3)将草酸施加至植物根部土壤；

(4)定期刈割蜈蚣草和东南景天地上部分。

具体的，步骤(1)翻耕深度为20～25cm，加入基肥。

进一步的，所述的施加基肥，包括氮肥以n计施加量为600kg/hm²，磷肥以p2o5计施加量为150kg/hm²，钾肥以k2o计施加量为250kg/hm²，土壤湿度控制在60％～70％，平衡7d。

步骤(1)所述的平整是对多金属污染土壤进行机械或人工平整形成平地、梯田、边坡或土坑。

具体的，步骤(2)中按照每两行蜈蚣草中间间作两行东南景天进行移栽间作。

进一步的，蜈蚣草株距20-25cm×20-25cm，东南景天株距10-15cm×10-15cm，蜈蚣草与东南景天的行间距为30-35cm，东南景天之间的行间距为10-15cm×10-15cm。

进一步的，移栽的同时在两种植物间土壤中设置网隔隔开根系。优选采用200目尼龙网隔隔开两种植物的根系。

步骤(2)中，所述的蜈蚣草幼苗为孢子或根状茎繁殖高度为10～15cm的种苗，东南景天幼苗为7～10cm东南景天枝条。

具体的，步骤(3)将草酸以400-500kg/hm²施加量以溶液形式均匀喷洒至植物根部土壤中。

进一步的，蜈蚣草和东南景天收获前15-20天喷施草酸。

步骤(4)中，两种植物种植80～90天后，从植物根部上方5～7cm处收割；将收获的东南景天和蜈蚣草地上部分进行无害化处理，包括管式炉焚烧后无害化填埋或热解炭化制备生物炭进行安全处置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用蜈蚣草-东南景天特殊间作方式，可以实现多金属污染土壤中重金属的同时去除，且网隔条件能有效促进蜈蚣草-东南景天间作系统对土壤砷镉铅的修复效率。

(2)本发明选用的土壤化学活化剂草酸均为两种超富集植物蜈蚣草、东南景天的主要根系分泌物低分子有机酸成分，其来源广、成本低廉，且不具有二次污染风险。

附图说明

图1为采用本发明方法种植设置网隔示意图；

图2为采用本发明方法间作示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，以下列举的仅是本发明的具体实施例，但本发明的保护范围不仅限于此。下列实施例中未详细说明的栽培管理措施和指标检测手段均为本领域常规方法。

实施例1：

草酸强化超富集植物蜈蚣草、东南景天单作修复砷镉铅复合污染土壤盆栽实验。

从湖南某铅锌冶炼区周边采集污染土壤，重金属as、cd、pb含量分别为64.5、10.4和358mg/kg，每盆取5千克土，向每盆土中加入尿素0.27mg/kg、nh4h2po40.05mg/kg、kno30.10mg/kg土，充分混匀，加水至田间持水量的70％，平衡7d，分别移栽高度为10～15cm蜈蚣草孢子或根状茎繁殖的种苗，7～10cm东南景天枝条，蜈蚣草单作4株/盆，东南景天单作均为8株/盆。80d后，设置草酸处理，收获前21天分3次施用草酸溶液，每7d施用1次，草酸施加总量为1或2.5mmol/kg土。结果表明，与不施用草酸对照比较，2.5mmol/kg草酸处理蜈蚣草地上部生物量增加48.0％，as累积量增加47.3％；1和2.5mmol/kg草酸处理下东南景天地上部生物量分别增加75.0％和60.0％，1mmol/kg草酸处理as和pb累积量分别增加165％和117％，2.5mmol/kg草酸处理cd累积量增加37.3％。

实施例2

本实施例采用如下方式进行草酸强化蜈蚣草-东南景天间作大田微区试验。

从湖南某砷冶炼区周边采集耕地土壤，土壤重金属as、cd、pb含量分别为389mg/kg、3.5mg/kg、和150mg/kg，在污染土壤中进行草酸强化蜈蚣草-东南景天间作试验，具体试验操作包括以下步骤：

(1)将待修复多金属污染土壤进行翻耕平整；翻耕深度为25cm，加入基肥。基肥包括氮肥以n计施加量为600kg/hm²，磷肥以p2o5计施加量为150kg/hm²，钾肥以k2o计施加量为250kg/hm²，土壤湿度控制在65％，平衡7d。

(2)按照每两行蜈蚣草中间间作两行东南景天进行移栽间作。蜈蚣草幼苗为孢子或根状茎繁殖高度为15cm的种苗，东南景天幼苗为10cm东南景天枝条。蜈蚣草株距25cm×25cm，东南景天株距15cm×15cm，蜈蚣草与东南景天的行间距为30cm，东南景天之间的行间距为10cm×10cm。移栽的同时在两种植物间土壤中设置200目尼龙网隔开两种植物的根系。

(3)蜈蚣草和东南景天收获前20天，草酸以500kg/hm²施加量以溶液形式均匀喷洒至植物根部土壤中。

(4)两种植物种植80～90天后，从植物根部上方5～7cm处收割；将收获的东南景天和蜈蚣草地上部分进行无害化处理，包括管式炉焚烧后无害化填埋或热解炭化制备生物炭进行安全处置。

同时设置添加不同肥料种类(有机肥、钙镁磷肥、复合肥均以2250kg/hm²施加量)强化蜈蚣草-东南景天间作修复砷镉铅污染土壤处理，其余条件均相同。

结果如表1所示。施加草酸处理下，蜈蚣草-东南景天间作处理系统植株地上部生物量最高，植株地上部砷镉铅的累积总量最高，蜈蚣草砷镉铅累积量较对照分别增加1.96倍、1.92倍和2.70倍；东南景天镉铅累积量较对照分别增加1.57倍和1.30倍。可见，草酸显著强化蜈蚣草-东南景天间作修复砷镉铅污染土壤。

表1改良剂强化蜈蚣草-东南景天间作修复砷镉铅污染土壤

对比例：

对比例1与实施例2中添加草酸的操作均相同，仅仅只是没有按照每两行蜈蚣草中间间作两行东南景天进行移栽间作，按照每两行蜈蚣草中间间作一行东南景天进行间作。

对比例2与实施例2中添加草酸的操作均相同，仅仅只是没有采用尼龙网隔开土壤中两种植物的根系。

结果如下表：

表2不同种植方式对草酸强化蜈蚣草-东南景天间作修复砷镉铅污染土壤的影响