专利名称：一种利用铁苋修复铀污染土壤的方法
技术领域：
本发明涉及污染土壤再生，具体涉及利用植物修复污染土壤的方法。
背景技术：
核工业和核能利用的发展，使铀的使用量迅速增加，铀的开采和冶炼产生大量的尾矿和废料，对土壤带来严重污染。土壤中的铀因生物富集作用在人体中积累，人体肾中袖含量超 3 mg*kg \ 就会产生损害(Sheppard S.C., Sheppard Μ.1., GallerandΜ.0., Sanipelli B., 2005.Derivation of ecotoxicity thresholds for uranium.J.Environ.Radioactiv.79，55 - 83)。治理铀污染环境对实现可持续发展和保护人类健康十分重要。铀污染的治理受到国内外的广泛关注，在成本效益的比较下，利用植物修复铀污染土壤受到人们的极大重视。植物修复因成本低、适应于大面积被污染介质的修复而受到人们的重视。植物修复技术就是利用植物根系吸收水分和养分的过程，吸收、转移污染环境(如土壤和水)中的重金属或核素，达到清除污染物质、修复介质目的的一种环境治理技术。根据修复机理和过程，植物修复技术可分为植物提取、植物固定、根际过滤和植物挥发四种类型。铀污染土壤的植物修复主要是利用植物的提取作用(地上器官富集)和固定作用(根系富集)等来减少土壤中的铀含量。目前铀污染土壤植物修复研究有以下特点:一是研究不同植物对铀尾矿渣的耐受性(向阳，等.3种植物对铀尾渣的耐受性研究.矿业工程研究，2009，24 (3): 70-73).耐受性是修复植物的一个必要条件，但耐受性强的植物，铀的富集量不一定大，不一定是良好的修复植物。二是研究铀尾矿区植物的铀含量，评价筛选超富集植物(聂小琴，等.某铀尾矿库土壤核素污染与优势植物累积特征.环境科学研究，2010，23，( 6): 719-725;黄德娟，等.某铀矿九种优势草本植物铀的测定.环境科学与技术，2011，34 (3):29-31)。这些研究的植物种类有限，不排除其他吸收铀能力强的超富集植物。三是筛选植物研究时，人工铀污染土壤的处理在植物生长期间进行(唐丽，等.修复铀污染土壤超积累植物的筛选及积累特征研究.核技术，2009，32，(2): 136-141;徐俊，等.三种植物对铀耐性及土壤中铀吸收积累差异的研究.化学研究与应用，2009，21 (3): 322-326;万芹芳，等.植物对土壤中铀的吸收与富集.植物学报，2011，46 (4): 425 - 436).这种方法不符合大多数铀污染土壤(铀尾矿砂等)的实际情况，且溶液中铀离子直接影响植物或被植物吸收，这与实际铀污染土壤中铀离子多被土壤固体吸附不同。有研究表明，土壤孔隙溶液中铀的浓度对植物的影响和吸收作用相当于10倍浓度干土中的铀(Sheppard S.C.， et al, 2005.Derivation of ecotoxicity thresholds for uranium.J.Environ.Radioactiv.79，55 - 83)。因此，用在植物生长期间浇施铀溶液的方法来评价植物对土壤铀的吸收富集能力是不准确的。四是用营养液水培方式测定陆生植物的U含量，据此评价植物的修复能力(Dushenkov S Dj et ah Removal of U from waterusing terrestrial plants.Environ.ScL & Tech., 1997, 37:3 468 3 474 ；StraczekA, et al.Differences in U root-to-shoot translocation between plant speciesexplained by U distribution in roots.Journal of Environmental Radioactivity2010., 101: 258 - 266.)。营养液水培环境不同于土壤环境，陆生植物在水中和土壤中有不同的根系生长特点和元素吸收特点，用水培的方式评价陆生植物的修复能力是不准确的。Viehweger等(2010)研究表明，拟南芥属的一种植物(Arabidopsis halleri )在水培介质中U的TF (植物铀含量/介质铀含量)值比在废弃铀矿土壤中高10倍以上(ViehwegerK, Geipel G.Uranium accumulation and tolerance in Arabidopsis halleri undernative versus hydroponic conditions [_J].Environmental and Experimental Hotany ,2010，69: 39 - 46.)
国内外学者对铀污染土壤的植物修复进行了不少技术研究。在国外，向日葵被认为是良好的富集植物(Shahandeh H ,<9乙 al.Enhancement of Uranium Phytoaccumulation FromContamimated Soils.Science, 2002, 167(4): 269-280.)D 冯涛等(2008)用美洲商陆修复铀尾矿渣污染土壤(专利公告号:CN101249501(2008.08.27))。向言词等(2009)利用盐肤木、山黄麻、密蒙花、黄香草木犀和雾水葛z eyIanica)五种植物搭配种植阻控铀尾矿渣重金属污染物移迁(专利公告号:CN101491810(2009.07.29))，用田皂角、五节芒和白茅修复改良铀尾矿渣污染土壤(专利公告号:CN101502843 (2009.08.12))。丁德馨等(2010)利用博落回修复铀尾矿砂(专利公告号:CN101642768(2010.02.10))。这些技术发明对特定地区或特定浓度铀污染土壤的修复具有重要作用，但我国一些铀尾矿库矿渣及土壤的U含量变化在26.11 -122.lmg^kg4 (王瑞兰，等.夹竹桃i^erium indicum)等四种植物放射性核素U、226Ra的含量研究.湘潭师范学院学报(自然科学版)，2002，24
(2): 73-77;聂小琴，等.某铀尾矿库土壤核素污染与优势植物累积特征.环境科学研究，2010，23，( 6): 719-725 ;向阳，等.3种植物对铀尾渣的耐受性研究.矿业工程研究，2009, 24 (3): 70-73 ;向言词，等.在铀尾渣污染土壤中添加磷对植物生长及重金属积累的影响.作物学报，2010，36(1): 154-162;黄德娟，等.某铀矿九种优势草本植物铀的测定.环境科学与技术，2011，34 (3):`29-31)，同时适合这些浓度铀污染土壤的植物修复方法目前未见报道。因此，针对目前植物修复研究特点的不足，采取饱和持水量法(唐永金，罗学刚.植物吸收和富集核素的研究方法.核农学报，2011，25(6):224-231)人工铀污染土壤，保证试验土壤得到均匀污染；经铀处理的土壤在阴凉处放置8周以上(Massas I,et al.134Cs uptake by four plant species and Cs - K relations in the soil -plant system as affected by Ca(OH)2 application to an acid soil.Journal ofEnvironmental Radioactivity , 2010, 101: 250 - 257.),经土壤吸附固定，模拟铀污染土壤。通过不同浓度下对大量栽培植物和野生植物(包括向日葵等已报道富集量大的植物)的筛选，对筛选出的植物进行修复能力和修复方法的研究，发明一种利用铁苋修复铀污染土壤的方法。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，通过种植超富集植物铁苋，提供一种吸收铀量大、治理速度快、成本低、效果好的修复铀污染土壤(25 USmgUkg—1 土)的方法。
本发明的内容是:一种利用铁苋修复铀污染土壤的方法。其特征是:在污染浓度为25 125mgUkg4 土的铀污染土壤中种植铁觅，当茎高50cm时,将植株连根拔起从污染土壤中移走集中处理；如此连年种植和收割，逐渐减少土壤中的铀含量至完全清除。本发明的内容中:种植铁苋的方法包括栽培管理，铁苋收获后，第二年再次播种，重复以上过程；所述种植铁苋的播种时间是每年4月下旬；所述栽培管理，包括土地整细整平、作畦、施基肥、播种、追肥；所述作畦是将整细的土壤作成宽1.4m、高0.1m的畦，畦面细平；所述施基肥为腐熟的人畜粪，施用量为每666.7m2 2500 3000 kg，加水2500 3000kg,泼洒在待播土壤；所述播种是将铁苋种子与细土混合撒播在细平湿润畦面上，每667m2播种350g左右，撒播后细土覆盖0.5厘米，出苗密度80株m 2左右；所述追肥，指在苗高1Ocm左右，每667m2用腐熟人畜粪750 1000 kg,加水2000 3000kg稀释，浇灌铁苋基部；所述集中处理，是将收割的铁苋集中腐烂后，晒干焚烧，把灰分中的铀进一步采用回收铀、填埋等现有技术方式进行处理。铁MXAcalyphaaustralis L.)又称铁觅菜,是大戟科(Jkiphorbiaceae)银M黑属一年生野生草本植物。铁苋对土壤要求不严，适应性广，分布在我国黄河流域中下游及长江以南地区，病虫少，多生长于丘陵荒地和路边旷野较湿润的地方。本发明具有下列特点和有益效果:①本发明系发明人在试验研究的基础上，从众多植物中，筛选出一种在污染浓度为25 USmgUkg—1 土的铀污染土壤中能正常发芽出苗，生长速度快，抗胁迫能力强、铀含量高的的铀超富集植物-铁苋，采用科学的栽培管理方法，将铁苋种植在铀污染的土壤中，通过铁苋的吸收和富集作用，可以解决土壤中铀污染问题；②采用本发明，治理方法能耗少、费用低、操作简单、管理方便；工程量小，不破坏土壤结构和理化性质，在治理大面积土壤铀污染土壤的同时绿化了环境，实用性强；修复效果好。
具体实施例方式下面给出的操作方法和实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。操作方法:①整地作畦:将受铀污染土壤(25 USmgUkg—1 土)整细整平，作成宽
1.4m、高0.1m的畦，畦面细平；②施基肥:施用腐熟的人畜粪，每667m2 2500 3000 kg，加水2500 3000kg，泼洒在待播土壤；③播种:播种时间为4月下旬，将铁苋种子与细土混合撒播在细平湿润畦面上，每667m2播种350g左右，撒播后细土覆盖0.5厘米，出苗密度80株πΓ2左右；④追肥:在铁苋苗高IOcm左右，每667m2用腐熟人畜粪750 1000 kg,加水2000 3000kg稀释，浇灌铁苋基部；⑤收获处理:当铁苋株高50cm时，将植株连根拔起从污染土壤中移走，集中腐烂后，晒干焚烧，把灰分中的铀进一步采用回收铀、填埋等现有技术方式进行处理；⑥以后每年重复上述方法，可以显著减少土壤铀含量收割的铁苋含铀较高，人和动物不能食用。实施例1 铁苋对铀污染浓度为ZSmgUkg—1 土的土壤中铀的吸收与富集 试验土壤铀污染量为25 mg Ukg4 土,土壤自身铀含量为2.16 mg Ukg-1 土,pH 7.5(土:
水=1:1)，有机质含量31.6g*kg—1，全氮磷钾依次为2.57、0.985、17.9g.kg—1，碱解氮、有效磷和速效钾分别为302、33、288 mg.kg'用饱和持水量法将铀均匀污染土壤8周后，于4月25日播种铁苋。保持土壤湿度在田间持水量的60% 70%，于7月10日收获，收获时连根拔起，测定植株铀含量。结果表明，在25 mg Ukg—1铀污染的土壤，铁苋长势很好，没有不良症状。植株铀含量13.06mg/kgDff,如果连续多年种植，将显著减少土壤铀含量。他人研究(SinghS，Malhotra R, Bajwa B S.Uranium uptake studies in someplants.Radiation Measurements，2005, 40:666 - 669)表明，在 50-800 Ukg 1 污染的土壤中，植物铀含量随土壤铀含量的增加而增加；在浓度50 mg Ukg—1铀污染土壤中，向日葵植株含量10.87mg Ukg—lW。本研究表明，在25g kg—1 土的低浓度铀污染下，铁苋铀含量高于向日葵在50 mg Ukg—1高浓度铀污染土壤的含量。实施例2 铁苋对铀污染浓度为TSmgUkg—1 土的土壤中铀的吸收与富集 试验土壤铀污染量为75 mg Ukg4 土,土壤自身铀含量为2.16 mg Ukg4 土,pH 7.5(土:
水=1:1)，有机质含量31.6g kg—1，全氮磷钾依次为2.57、0.985、17.9g.kg—1，碱解氮、有效磷和速效钾分别为302、33、288 mg.k g'用饱和持水量法将铀均匀污染土壤8周后，于4月25日播种铁苋。保持土壤湿度在田间持水量的60% 70%，于7月10日收获，收获时连根拔起，测定植株铀含量。结果表明，在75 mg Ukg—1铀污染的土壤，铁苋长势良好，没有不良症状。植株铀含量21.55mg/kgDff,如果连续多年种植，将显著减少土壤铀含量。实施例3 铁苋对铀污染浓度为125mgUkg4 土的土壤中铀的吸收与富集 试验土壤铀污染量为125 mg Ukg—1 土,土壤自身铀含量为2.16 mg Ukg—1 土，pH 7.5
(土:水=1:1)，有机质含量31.6g kg—1，全氮磷钾依次为2.57,0.985、17.9g kg—1，碱解氮、有效磷和速效钾分别为302、33、288 mg.kg'用饱和持水量法将铀均匀污染土壤8周后，于4月25日播种铁苋。保持土壤湿度在田间持水量的60% 70%，于7月10日收获，收获时连根拔起，测定植株铀含量。结果表明，在125 mg Ukg—1铀污染的土壤，铁苋长势良好，没有不良症状。植株铀含量82.26mg/kgDff,如果连续多年种植，将显著减少土壤铀含量。他人研究(SinghS， et ah Uranium uptake studies in some plants.Radiation Measurements, 2005, 40:666 - 669)表明，在 200 mg Ukg1 轴污染土壤中，向日葵植株含量75.07mg Ukg—AW。本研究表明，在125g kg—1 土的铀污染下，铁苋铀含量高于向日葵在200 mg Ukg'1高浓度铀污染土壤的含量。
权利要求
1.一种利用铁苋修复铀污染土壤的方法，其特征在于，在污染浓度为25 USmgUkg—1土的铀污染土壤中种植铁苋，栽培管理，当植物铁苋株高50cm左右时连根拔起，从污染土壤中移走集中处理；如此连年种植和收割，逐渐减少土壤中的铀含量至完全清除。
2.根据权利要求1所述的利用铁苋修复铀污染土壤的方法，其特征是，所述的栽培管理包括整土作畦；播种前施基肥；播种；追肥。
3.根据权利要求2所述的利用铁苋修复铀污染土壤的方法，其特征是，所述整土作畦，是将土壤整细整平，作成宽1.4m、高0.1m的畦，畦面细平。
4.根据权利要求2所述的利用铁苋修复铀污染土壤的方法，其特征是，所述施基肥是腐熟的人畜粪，每667m2用2500 3000 kg，加水2500 3000kg，泼洒在待播土壤。
5.根据权利要求2所述的利用铁苋修复铀污染土壤的方法，其特征是，所述播种，播种时间为4月下旬，将铁苋种子与细土混合撒播在细平湿润畦面上，每667m2播种350g，撒播后细土覆盖0.5厘米，出苗密度80株m_2。
6.根据权利要求2所述的利用铁苋修复铀污染土壤的方法，其特征是，所述追肥，是在铁觅株高IOcm时,每667m2用腐熟人畜粪750 1000 kg,加水2000 3000kg稀释,烧灌铁苋基部。
7.根据权利要求1所述的利用铁苋修复中低浓度铀污染土壤的方法，其特征是，所述集中处理，是将收割的铁苋集中腐烂后，干燥焚烧，把灰分中的铀进一步采用回收铀、填埋方式进行无害化处理。
全文摘要
本发明公开了一种利用铁苋修复治理铀污染土壤的方法。它将污染浓度为25～125mgUkg-1土的铀污染土壤整细整平，宽1.4m高0.1m作畦；每667m2施腐熟人畜粪2500～3000kg作基肥；4月下播种，出苗密度80株m-2左右;在铁苋苗高10cm左右追肥，每667m2用腐熟人畜粪750～1000kg，加水2000～3000kg稀释，浇灌铁苋基部；当铁苋株高50cm时，将植株连根拔起从污染土壤中移走集中处理。以后每年重复上述方法，可显著减少土壤铀含量。本发明操作简单、管理方便、成本低、修复效果好。
文档编号B09C1/00GK103111461SQ201310063568
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月28日 优先权日2013年2月28日
发明者唐永金, 罗学刚, 赵鲁雪 申请人:西南科技大学