重金属Mn、Pb、Cr、Zn污染土壤的植物化学联合修复技术

摘要

本发明公开了一种重金属Mn、Pb、Cr、Zn污染土壤的植物化学联合修复技术，为施用商陆及螯合剂对重金属污染土壤进行修复，步骤包括：在重金属污染土壤中对商陆进行播种，在商陆生长的中期，在土壤中浇灌螯合剂EDTA溶液，浓度选择500-1000mg/kg，待连续种植商陆2-3年后，土壤即可进行农用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种重金属土壤修复技术，特别是涉及一种植物化学联合修复重金属污染土壤的技术。

背景技术

随着工农业的发展，“三废”污染日益严重，特别是重金属的大量释放严重污染了土壤、水体和大气。当土壤遭受到重金属污染后，重金属元素会通过各种途径进入人体，危害人体健康。土壤收到重金属污染后很难再短时间内消除，并可在食物链中富集，已经成为威胁人类健康的重大问题。针对目前日益严重的重金属污染，人们采取的防治措施主要包括：

物理法：排土、换土、去表土、客土、深耕翻土、高温处理土壤等措施，但这些措施的工程量大、费用高昂。化学方法：添加改良剂(抑制剂)、施加重金属螯合剂、施用重金属拮抗剂，这些措施能够起到一定的作用，但是无论是利用化学试剂的固定还是拮抗作业，这些方法都无法将重金属从土壤中带走，做到真正的土壤修复，清除重金属。

植物修复是一种绿色廉价、被人们所广泛认可的有效的治理措施，包括三种方式：植物固定、植物挥发和植物吸收。寻找富集系数高的重金属超积累植物是植物修复技术的基础和关键。重金属超量积累植物是指能够超量吸收和积累重金属的植物，超积累植物体内的重金属含量要达到一般植物的100倍以上，不同元素有不同的临界值，一般业内公认的标准是，镉1000mg/kg，铜、镍、铅等为1000mg/kg，锰、锌为10000mg/kg。

商陆(Phytolacca acinosa Roxb.)，又名：苋陆、马尾、常蓼、章陆、章柳、大苋菜、湿苋菜、山包谷、金七娘、红苋菜、金鸡姆、猪姆耳、苋菜蓝、肥猪菜。多年生草本，高70～100厘米，全株无毛，根粗壮，肉质，圆锥形，外皮淡黄色。茎直立，多分枝，绿色或紫红色，具纵沟。叶互生，椭圆形或卵状椭圆形，长12～25厘米，宽5～10厘米，先端急尖，基部楔形而下延，全缘，侧脉羽状，主脉粗壮；叶柄长1.5～3厘米，上面具槽，下面半圆形。总状花序顶生或侧生，长10～15厘米；花两性，径约8毫米，具小梗，小梗基部有苞片1及小苞片2；萼通常5片，偶为4片，卵形或长方状椭圆形，初白色，后变淡红色：无花瓣：雄蕊8，花药淡粉红色；心皮8～10，离生。浆果扁球形，径约7毫米，通常由8个分果组成，熟时紫黑色。种子肾圆形，扁平，黑色。花期6～8月。果期8～10月。多生于疏林下、林缘、路旁、山沟等湿润的地方。

有研究报道显示，商陆有助于修复受锰污染的土壤，商陆在锰含量达11.4％的尾矿废弃地上生长良好，叶锰含量最高达1.93％；温室生长45天的商陆地上部分锰积累量为258.2毫克/株，叶锰含量高达3.64％，植物吸取的锰有87％～95％被转移到地上部分。来自污染区和非污染区的商陆种群在自然条件的锰积累量存在显着差异，但是在人工控制条件下却表现出相似的耐锰性和积累本事，叶锰含量高达3.4％，商陆的锰耐性和超积累本事可能是其固有特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效的合理的重金属污染土壤的植物化学联合修复技术，解决以往处理重金属污染土壤的相关技术的不足，做到真正降低减少土壤中的重金属含量。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：通过合理有效的栽植商陆，大面积栽培、育苗，移栽至重金属污染土壤，同时适时的浇灌螯合剂，实现活化土壤重金属，促进商陆吸收，降低土壤中重金属含量，提高植物修复重金属污染土壤效率的目的。

本发明公开了一种植物化学联合修复重金属污染土壤的方法，为施用商陆及螯合剂对重金属污染土壤进行修复。

所述重金属污染包括Mn、Pb、Cr和Zn污染中的一种或多种。

本发明的方法具体包括下列步骤：

在重金属污染土壤中对商陆进行播种或分株栽培，在商陆生长的中期，在土壤中浇灌螯合剂EDTA水溶液，溶液中EDTA浓度为500-1000mg/kg，待连续种植商陆2-3年后，土壤即可进行农用。

浇灌螯合剂EDTA的方法为：在商陆长出7-10片叶子时(播种后长出第7-10片叶子时或分株栽培后长出第7-10片叶子时均可)，浇灌一次螯合剂EDTA，然后在商陆从地面上的植株长度生长到70-80cm时，再次浇灌螯合剂EDTA，此后在生长期内，每隔50-70天浇灌一次螯合剂EDTA，持续浇灌2-3年。

播种前，需对种子进行处理，处理方法为：先用H₂O₂水溶液浸泡，再用400-500mg/L的赤霉素水溶液浸泡进行催芽处理。所述H₂O₂水溶液的质量分数优选为5-25％，最佳为15％，H₂O₂水溶液浸泡时间4-8小时，优选8小时。所述赤霉素的浸泡时间优选为1小时。此处理可有效提高种子发芽率、发芽势和胚根长度。

较佳的，所述播种方法为：在畦内按株行距30cm×30cm开1.5～2cm的浅沟，将种子均匀撒入浅沟内，播后覆细砂土(厚度1-2cm)盖平，浇水，保持畦内湿润，地温在15℃以上，约7-10d出全苗，苗高6～8cm时按株距12～15cm定苗。

较佳的，在商陆种植期间进行田间管理，田间管理包括以下几个方面：

①松土、除草定苗、追肥后或干旱时连浇两遍水。墒情适宜时除草，保持土表疏松、湿润、无杂草。

②迫肥。

定植后用质量分数为0.5％的尿素喷洒叶面，少量多次，总量不超过225kg/ha。翌年春植株未发芽之前，在两行中间开浅沟埋施硫酸钾高效复合肥1200-1250kg/ha。7～8月喷质量分数1％-1.2％硫酸钾或质量分数0.5％-0.6％磷酸二氢钾1150-1250kg/ha，隔13-15d喷1次，连喷3～4次。

③覆盖干草。为使商陆根安全越冬及增加地内有机肥料，秋末冬初，在当年种植的大田内撒施麦稻糠之类干草6000kg/ha。

④剪花苔。商陆6～8月开花，除留种者外，将花苔全部剪掉，减少养分消耗。

⑤病虫害防治。商陆全生育期病害较少，由于茎、叶嫩，主要有蚜虫危害，可用质量分数40％克蚜星600倍液，质量分数25％抗蚜威1000倍液，最多使用次数分别为3次、2次，安全间隔期均为7天，经检测无农药残留。

经上述管理后，栽植出来的商陆植株长势良好，具有植株根茎强壮、枝繁叶茂，生活力强等特点，此外出现病株、弱株的概率大大降低，这有助于健康的商陆植株最大程度的吸收和转移土壤中的重金属。

本发明的方法操作容易，成本低廉，可以做到真正降低土壤中Mn、Pb、Cr、Zn的含量。

具体实施方式

实施例1

(1)商陆的繁殖栽培播种或分株繁殖。春季3月下旬至4月上旬在露地直播，可用沟播或穴播，覆土5cm，播后浇水。出苗后可按50cm*50cm的株行距留苗。分株在早春进行。栽培时注意及时中耕除草。苗期和开花前可追施肥水，以利生长。

商陆种子种皮光滑致密，角质化，难吸水膨胀发芽，属需低温湿润打破休眠类型，故播种前须先对种子进行处理。在每年早春季节播种前，先用15％H₂0₂浸泡8h，再用400-500mg/L赤霉素浸泡1h处理，此处理可有效提高种子发芽率、发芽势和胚根长度(表1)。

表1不同处理方式对商陆种子发芽率和胚根长的影响

在畦内按株行距30cm×30cm开1.5～2cm的浅沟，将种子均匀撒入浅沟内，播后覆细砂土(厚度1-2cm)盖平，浇水，保持畦内湿润，地温在15℃以上，约7-10d出全苗。苗高6～8cm时按株距12～15cm定苗。

商陆的田间管理主要包括以下几个方面：

①松土、除草定苗、追肥后或干旱时连浇两遍水。墒情适宜时除草，保持土表疏松、湿润、无杂草。

②迫肥。定植后用质量分数为0.5％的尿素喷洒叶面，少量多次，总量不超过225kg/ha。翌年春植株未发芽之前，在两行中间开浅沟埋施硫酸钾高效复合肥1200kg/ha。7～8月喷质量分数1％硫酸钾或质量分数0.5％磷酸二氢钾1200±50kg/ha，隔13-15d喷1次，连喷3～4次。

③覆盖干草。为使商陆根安全越冬及增加地内有机肥料，秋末冬初，在当年种植的大田内撒施麦稻糠之类干草6000kg/ha。

④剪花苔。商陆6～8月开花，除留种者外，将花苔全部剪掉，减少养分消耗。

⑤病虫害防治。商陆全生育期病害较少，由于茎、叶嫩，主要有蚜虫危害，可用40％克蚜星600倍液，25％抗蚜威1000倍液，最多使用次数分别为3次、2次，安全间隔期均为7天，经检测无农药残留。

(2)螯合剂EDTA的施用方法：施用时间：选择商陆在生长期喷施螯合剂，这样螯合剂能够充分活化土壤中的重金属，提高土壤溶液中的重金属浓度，使土壤中有效态重金属增加，通过草本植物(商陆)的吸收转移，经收割后带出土壤。施用浓度及频次：选择施用500-1000mg/kg的EDTA溶液，喷施土壤。在商陆生长期，每隔2个月喷施一次。

从铅锌矿地区采集土壤，经测定Pb、Zn含量分别为6130.58mg·kg^-1、7734.43mg·kg^-1，在土壤中添加重金属Mn、Cr，使土壤中Mn的供应水平为5.000mmol/L、Cr的供应水平为5.000mmol/L。添加不同浓度的螯合剂(EDTA)对商陆吸收重金属的影响如表2所示。

表2添加不同浓度的螯合剂对商陆吸收重金属的影响

表2数据说明，在受重金属污染的土壤中，添加螯合剂EDTA可促进商陆吸收重金属，不同EDTA浓度处理下，商陆对重金属的富集存在一定的差异(p＜0.05)，综合考虑几种浓度对商陆吸收富集重金属Mn、Pb、Cr、Zn的影响，EDTA浓度在500-1000mg·kg^-1区间内较为有效。