专利名称：镉锌铅铜复合污染土壤的植物系统修复方法
技术领域：
本发明涉及镉锌铅铜复合污染土壤的植物系统修复方法，属于污染土壤的治理技术领域。
背景技术：
我国重金属污染的土壤面积已达2000万公顷，占总耕地面积的1/5。从最新的调查结果看，我国土壤重金属污染日趋严重，且以复合污染为主。对北京、广东、辽宁几个工矿与污灌区土壤重金属污染状况调查表明，工矿区与污灌区的土壤重金属含量普遍超标，长期施用污泥的土壤锌含量可达370～470mg/kg，一些污灌区农田土壤中镉含量高达130mg/kg。我国生产和使用铅的有关企业，空气中铅尘和铅烟超标13-1417倍，大气中含铅尘粒可以直接降落到地面，使土壤遭受铅的污染。一些工业城市郊区农田土壤铅含量高于背景值100多倍。矿山的开发，工业“三废”的排放，城市生活垃圾、污泥及含铜农药(如波尔多液)的不合理使用，厩肥的农用，造成土壤特别是农田土壤中的铜含量急剧增加。重金属污染的土壤，不仅土壤肥力退化，降低作物产量与品质，恶化水环境，并能通过食物链危及人类生命和健康。如人体摄入过量的锌会引起心跳过快、呕吐、腹泻等症状，过量铅会引起中枢神经系统损伤，出现疲惫、头痛、痉挛、精神障碍等，镉能引起的肾小管功能障碍和肾小球滤过率下降等等。
目前，较为成熟的且用于土壤重金属污染修复的物理化学技术有客土、翻土技术、淋洗技术、热处理技术、电解技术、固化技术。上述物理化学修复技术，各有其优点，但都存在工程量大，费用昂贵，难以展开大规模污染土壤的改良，同时容易造成二次污染以及导致土壤结构破坏，土壤活性下降和土壤肥力退化等生态问题。植物修复(phytoremediation)是一种既能实现净化目标又能产生良好的经济效应并具有开发价值的新技术，与传统的物理化学技术相比，具有技术和经济上的双重优势。
普通植物体内镉含量一般不超过1mg kg-1，铅含量一般不超过5mgkg-1，铜的正常含量为5-20mg/kg，过量重金属对普通植物有很大的毒性，在镉、锌、铅、铜复合污染土壤上，种植普通植物很难达到从污染土壤中快速清除镉、锌、铅、铜复合污染物目的。东南景天是我国首次发现的锌镉超积累植物，同时对铅具有很高的富集能力，对土壤中高含量的镉、锌、铅有很强的忍耐、吸收和积累能力，海洲香薷也是我过特有的铜超积累植物，两种超积累植物的结合使用在重金属复合污染土壤修复中具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明目的是提供一种投资少，无二次污染，治理镉、锌、铅、铜复合污染土壤的植物原位修复方法。
为实现上述目的，本发明通过在被镉、锌、铅、铜复合污染土壤上间作东南景天和海洲香薷，同时结合相应的农艺措施进行管理。由东南景天和海洲香薷根系大量吸收镉、锌、铅、铜并向上运输和转运到地上部，收割地上部并将其转移到其它地方集中处理，则可带走土壤环境中的大量镉、锌、铅、铜，从而达到从污染土壤中快速清除镉、锌、铅、铜复合污染物目的。
本发明提供的镉锌铅铜复合污染土壤的植物系统原位修复方法，步骤如下 1)在被镉、锌、铅、铜复合污染的土壤以间作方式种植东南景天和海洲香薷，施用氮磷钾肥和有机肥，促进东南景天和海洲香薷的根系生长； 2)定期收割东南景天和海洲香薷，首次收割东南景天为生长3-4个月，以后每生长3个月或生长到30-40cm高度收割一次，收割时地上部留茎2-3cm高；海州香薷生长10个月后收割其地上部，以后每生长到80～100cm高度时收割其地上部； 3)将收割的东南景天和海洲香薷转移到其它地方集中处理或进行资源化加工处理。
东南景天(Sedum alfredii Hance)为多年生草本植物，茎、叶肉质状；根状茎横走，叶互生，下部叶常脱落。与一般植物不同，东南景天是一种新的锌、镉超积累植物，同时对铅有很强的富集能力，对土壤中高含量的镉、锌、铅有很强的忍耐、吸收和积累能力。田间条件下，地上部干重可达3219kg/hm2，地上部Zn含量范围为4134～5000mg/kg，平均值为4515mg/kg，镉含量范围在247～381mg/kg，铅含量为177mg/kg。在土壤锌、镉、铅含量较低的情况下，东南景天体内也能富集大量的锌、镉、铅，因此它可以修复重度污染和轻度污染的土壤。通过种植东南景天大量吸收锌、镉、铅，从而达到从污染土壤中快速清除镉、锌、铅污染物目的。
海州香薷是一年生草本植物，茎直立，在野外高达50～150cm。据估计，海州香薷的干物质产量在野外可达4.5t/hm2。海州香薷对铜有极强的耐性，在野外能在含铜量为1645～8950mg/kg土壤环境中正常生长，其根系和地上部分的铜含量可高达2288mg/kg和304mg/kg，远高于一般植物(0～30mg/kg)。在Cu污染严重的土壤中，海州香薷能通过强大而又密集的根系吸收和富集及忍耐高水平的铜，地上部的铜含量可达0.89～1.42kg/hm2，收获地上部后可减少土壤中的铜含量。
东南景天和海州香薷可以生长在pH5-8的土壤环境里，适应性广，在我国大部分地区都可以用来修复重金属污染土壤。在碱性土壤条件下，镉、锌、铅、铜的有效性低，影响东南景天对其的吸收，可以施用酸性物质降低土壤pH值，提高东南景天对镉、锌、铅、铜的吸收和富集。在实施过程中，还可以结合农艺措施，如使用有机肥，改良土壤理化性质，促进动东南景天根系生长，提高生物量，加速东南景天对镉、锌、铅、铜的吸收和和向地上部的转运，提高修复效率。
东南景天为多年生草本植物，第一年移栽后生长比较缓慢，首次收割在生长3-4个月之后，以后每生长3个月收割一次或东南景天生长到30-40cm高度收割一次，收割时地上部留茎2-3cm高。因此在利用东南景天修复锌镉污染土壤时，要注意收割的时间和每次茎留高度，以免影响修复和治理的效果。当海州香薷长至10个月后，或视海州香薷高度为80～100cm时，可收割海州香薷地上部，转移到其他地方集中资源化处理，并回收其中的元素，避免造成二次污染。
东南景天无性繁殖(以株芽为主)的速率很快，在较短的生长期内即可形成良好的地面覆盖，其盖度几乎可达100％。另一方面，东南景天还具有适于刈割的特点，当其它环境条件较为适宜时，一年内可刈割收获该植物地上部3～4茬。每年的东南景天对土镶的锌清除量将高达180kg/hm2，镉清除量将高达1.80kg/hm2，铅清除量1.44 kg/hm2。同时东南景天地上部高达40厘米，适合规模化、机械化操作。
收割的东南景天和海州香薷应转移到其它地方集中处理或进行资源化加工处理。并可以回收其中的镉、锌、铅、铜，避免产生二次污染，同时可直接产生经济效益。
与传统的污染土壤治理方法相比，本发明通过间作东南景天和海洲香薷修复镉、锌、铅铜复合污染土壤，利用东南景天和海洲香薷对镉、锌、铅、铜的吸收和向地上部的转运，通过收割地上部，达到从土壤环境中带走镉、锌、铅、铜污染物目的。同时结合施用氮磷钾肥和有机肥的农艺措施，改善土壤理化条件，提高镉、锌、铅、铜的生物有效性，促进东南景天和海洲香薷根系的生长，加强对镉、锌、铅、铜的吸收和向地上部的转运，提高修复效率。该方法投资少，工程量小，管理技术要求不高，不破坏土壤理化性质，无二次污染，而且可以保持水土，美化环境。是一种应用范围广、投资少、维护成本低、操作简单的“绿色修复技术”。本发明解决了镉、锌、铅、铜复合污染土壤的修复和治理问题，具有良好的社会效益、经济效益和环境效益，在镉、锌、铅、铜复合污染土壤修复中具有广阔的应用前景。
图1为本发明的实施例1中东南景天的试验结果；图中，a图为每公顷东南景天的产量，b图为每公顷镉的清除量，c图为每公顷锌的清除量，d图为每公顷铅的清除量； 图2为本发明的实施例2中东南景天的试验结果；图中，a图为每公顷东南景天的产量，b图为每公顷镉的清除量，c图为每公顷锌的清除量，d图为每公顷铅的清除量； 图3为本发明的实施例中海洲香薷的试验结果，图中，a图为每公顷海洲香薷的产量，b图为每公顷铜的清除量。
具体实施例方式 下面实例将进一步说明本发明方法的可行性和应用效果。
实施例1 在含锌2001mg/kg、镉21.15mg/kg、铅1503mg/kg、铜1435mg/kg复合污染土壤间作东南景天和海洲香薷，施用氮磷钾肥，生长期间按传统的农作物管理方法进行管理。东南景天在第一次移栽后4个月收获地上部分，收获后进行补苗，3个月后进行第二次收获，海洲香薷在生长10个月后收获。经测定，第一次收获后，东南景天的干物产量为600kg/hm2，地上部镉含量为207mg/kg，锌含量为10587mg/kg，铅含量为117mg/kg，从土壤中带走的镉、锌、铅分别为0.12kg/hm2、6.35kg/hm2和0.07kg/hm2(见图1)，第二次收获后，东南景天的干物产量为2141kg/hm2，地上部镉含量为149mg/kg，锌含量为18761mg/kg，铅含量为125mg/kg，从土壤中带走镉、锌、铅分别为0.32kg/hm2、40.0kg/hm2和0.28kg/hm2(见图1)。两次收获后土壤镉含量由21.15mg/kg变化为20.7mg/kg，相当于土壤中的总镉减少2.2％，土壤锌含量由2001mg/kg变化为1978mg/kg，相当于土壤中的总锌减少1.2％，铅含量由1503mg/kg变化为1408mg/kg，相当于土壤中的总铅减少6.3％。以后每生长3个月收割一次或东南景天生长到30-40cm高度收割一次，土壤中的镉、锌、铅含量不断减少。种植一季后海州香薷地上部生物产量可达9200kg/ha，地上部清除土壤环境中的铜含量为0.89kg/hm2(图3)。
实施例2 在含锌2001mg/kg、镉21.15mg/kg、铅1503mg/kg、铜1435mg/kg复合污染土壤间作东南景天和海洲香薷，施用氮磷钾肥和有机肥，生长期间按传统的农作物管理方法进行管理。东南景天在第一次移栽后4个月收获地上部分，收获后进行补苗，3个月后进行第二次收获，海洲香薷在生长10个月后收获。经测定，第一次收获后，东南景天的干物产量为1278kg/ha，地上部镉含量为193.5mg/kg，锌含量为10000mg/kg，铅含量为177mg/kg，从土壤中带走的镉、锌、铅分别为0.24kg/hm2、12.78kg/hm2和0.23kg/hm2(见图2)，第二次收获后，东南景天的干物产量为3219kg/ha，地上部镉含量为180mg/kg，锌含量为19413mg/kg，铅含量为139.6mg/kg，从土壤中带走镉、锌、铅分别为0.58kg/hm2、62.5kg/hm2和0.45kg/hm2(见图2)。两次收获后土壤镉含量由21.15mg/kg变化为20.48mg/kg，相当于土壤中的总镉减少3.2％，土壤锌含量由2001mg/kg变化为1951mg/kg，相当于土壤中的总锌减少2.5％，铅含量由1503mg/kg变化为1403mg/kg，相当于土壤中的总铅减少6.6％。以后每生长3个月收割一次或东南景天生长到30-40cm高度收割一次，土壤中的镉、锌、铅含量不断减少。种植一季后海州香薷地上部生物产量可达9300kg/hm2，地上部清除土壤环境中的铜含量为1.44kg/hm2(图3)。施用有机肥明显促进了东南景天和海洲香薷的生长，提高了生物量，促进了根系对镉、锌、铅、铜吸收和向地上部的转运，提高修复效率。
权利要求
1.镉锌铅铜复合污染土壤的植物系统修复方法，其特征是
1)在被镉、锌、铅、铜复合污染的土壤以间作方式种植东南景天和海洲香薷，施用氮磷钾肥和有机肥，促进东南景天和海洲香薷的根系生长；
2)定期收割东南景天和海洲香薷，首次收割东南景天为生长3-4个月，以后每生长3个月或生长到30-40cm高度收割一次，收割时地上部留茎2-3cm高；海州香薷生长10个月后收割其地上部，以后每生长到80～100cm高度时收割其地上部；
3)将收割的东南景天和海洲香薷转移到其它地方集中处理或进行资源化加工处理。
全文摘要
本发明涉及镉锌铅铜复合污染土壤的植物系统修复方法。该方法采用在被镉、锌、铅、铜复合污染的土壤间作东南景天和海洲香薷，通过东南景天根系对镉、锌、铅的吸收，海洲香薷对铜的吸收，并转运到地上部，定期或视东南景天和海洲香薷生长高度收割地上部并将其移走，而从土壤中带走大量的镉、锌、铅、铜，实现镉、锌、铅、铜复合污染土壤的生物原位修复。该方法经济、简便、无二次污染，且可以保持水土，美化环境。
文档编号B09C1/10GK101116864SQ20071007057
公开日2008年2月6日 申请日期2007年8月28日 优先权日2007年8月28日
发明者杨肖娥, 李廷强 申请人:浙江大学