利用扫帚菜修复镉铅铜复合污染土壤的方法

摘要

本发明属于农业土壤领域中被污染土壤的再生和利用技术，特别涉及一种利用扫帚菜修复镉铅铜复合污染土壤的方法，在含镉铅铜复合污染土壤中种植具有较强吸收能力的扫帚菜，将成熟后的扫帚菜从污染土壤中移走从而达到除去污染土壤中的重金属的目的，本发明投资少，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，且可以保持水土，美化环境，解决了镉、铅、铜复合污染土壤的修复治理和利用的问题，具有良好的社会效益、经济效益和生态效益。

说明书

技术领域：

本发明属于农业土壤领域中被污染土壤的再生和利用技术，特别涉及一种 利用扫帚菜修复镉铅铜复合污染土壤的方法。

背景技术：

重金属是农业环境和农产品的一个重要污染物质，镉（Cd）、铅（Pb）、铜 （Cu）等重金属污染已成为世界范围内的环境问题，农田中重金属污染主要来 源于污水的灌溉、开矿和冶炼等三废排放，城市污泥和垃圾、有机肥料（尤其 近年来饲料添加剂中含有高量的铜、砷等）与磷肥（磷矿石中含镉等）等大量 施用，以及大气污染颗粒的沉降等，由于重金属在土壤中的自然净化过程十分 漫长，一般需要上千年时间，因此其污染具有隐蔽性、不可逆性和长期性，它 在植物根、茎、叶及籽粒中的大量积累，不仅严重影响植物的生长和发育，而 且通过食物链传递给人或动物，对人类健康带来了严重的危害。据2006年国家 环保总局报道，目前全国受污染的耕地约有1.5亿亩，污水灌溉污染耕地3250 万亩，固体废弃物堆存占地和毁田200万亩，合计约占耕地总面积的1/10。据 估算，全国每年因重金属污染粮食达1200万吨，造成直接经济损失超过200亿 元。因此，重金属污染土壤的治理已经成为当务之急。

对重金属污染土壤的治理，除常规工程措施如淋滤法、客土法、吸附固定 法等物理方法和生物还原法、络合物浸提法等化学方法外，利用重金属富集植 物或超富集植物进行的植物修复方法由于其运作成本低、操作简便、不造成二 次污染，有很大生态效益，已引起了世界各国政府、科技界和企业界的高度重 视和青睐。自从20世纪80年代问世以来，植物修复已经成为了国际学术界研 究的热点问题，1995年以来在NATURE和SCIENCE上共发表了5篇论文，1999 年CRC开始出版“国际植物修复杂志（Int.J.Phytoremediation）”，被美国环 境保护署作为污染物原位修复的优先推荐方法之一。

超积累植物是指那些能够超量累积重金属并将其运移到地上部的植物，也 可称为超累积植物或超富集植物。作为超积累植物必须具备以下特征：①植物 体内重金属浓度超过一定临界值。②植物吸收的重金属大部分分布在地上部分。 即有较高的地上部/根浓度比率。通常情况下，根内的重金属浓度往往比茎叶中 的相应元素浓度高10倍以上，但在超积累植物中，茎叶内重金属浓度超过了根 内的元素水平。③在重金属污染的土壤上这类植物能旺盛地生长，植物生物量 大，一般不会发生毒害现象。④具有很强的抗虫、抗病能力。镉、铅、铜超积 累植物种类总体比较少。目前已发现镉的超积累植物有：天蓝遏蓝菜(Thlaspi  caerulescens)、东南景天(Sedum alfredii Hance)、芥菜型油菜(Brassica  juncea)、宝山堇菜(Viola baoshanensis)、龙葵(Solanum nigrum L.)等；铅 的超积累植物有：同叶遏蓝菜(Thlaspi rotundifolium)、苎麻(Boehmeria  nivea(L.)Gaud.)、东南景天(Sedum alfrediiHance)、蜈蚣草(Pterisvittata L.)、鬼针草(Bidens bipinnata)、木贼(Equisetum hiemale L.)和香附子 (Cyperus rolundus L.)等;铜的超积累植物有：高山甘薯(lpomoea alpina)、 金鱼藻(Ceratophyllum demersum L.)、海州香薷(Elsholtzia splendens)、紫 花香薷(Elsholtzia argyi)、鸭跖草(Commelina communis)等。

目前在利用植物修复重金属污染土壤的应用面临以下三大难题：首先，超 积累植物是一种在不良生长条件胁迫下诱导产生的，由于受不良环境、营养物 质和生长因素的影响而生长缓慢。一般的超积累植物多数为草本，在十几厘米 到几十厘米之间。生物量较低，修复效果有限。目前在利用超积累植物修复时 多因此导致修复的效果不很理想，且占用了很有限的土地资源。其次，超积累 植物是在自然环境中发现的，有很强的区域性和地域性，有的物种对环境的要 求很高，其特定的生长环境决定其使用的局限性。目前已发现的超积累植物种 类远远不够，极大地限制这种重金属污染土壤修复方式的应用，筛选新的超积 累植物种类迫在眉睫。最后，超积累植物一般只能对一种或两种重金属元素有 富集作用，但目前受重金属污染的土壤中一般都是含有多种元素，所以超积累 植物对受重金属元素复合污染的情况修复能力有限。例如在绝大部分类似植物 修复的专利申请中均无法克服这一难题，申请号为200910309138.9、 201110050461.6、201110025413.1、200910309141.0，专利号200910309125.1、 200710029732.3均仅涉及在修复镉污染土壤中的应用，在面对镉铅铜复合污染 的土壤环境则显得力不从心。另外，有的超积累植物不仅能用来修复重金属污 染的土壤、复垦矿山以及回收化学排放物中的稀有、稀土元素和废矿石堆中的 金属，而且超积累植物多数生命力顽强，适合做水土保持和美化环境之用。

扫帚菜(Kochia scoparia f.trichophila Schinz.et.Thell.)为一年 生草本，属藜科地肤属，高50-150厘米。茎直立，分枝多而紧密；叶片条形； 植株全形呈卵形或倒卵形。多生于宅旁隙地、园圃边和荒废田间，可作扫帚用。 生物量大，适应性强，分布几遍全国；朝鲜，日本，蒙古，苏联西伯利亚和中 亚地区，印度，欧洲也有。对于土壤条件要求不高，能适应多种质地土壤，极 耐盐碱，对重金属也有很好的耐性，且盐碱度的增加有利于重金属的吸收。秋 后砍下全株捆扎可用作扫帚，目前也大量种植用于园林绿化观赏。

发明内容：

本发明的目的是提供一种投资少，无二次污染，且经济效益可观的利用扫 帚菜修复镉铅铜复合污染土壤的方法。

本发明是这样实现的：

利用扫帚菜修复镉铅铜复合污染土壤的方法，在含镉铅铜复合污染土壤中 种植具有较强吸收能力的扫帚菜，将成熟后的扫帚菜从污染土壤中移走从而达 到除去污染土壤中的重金属的目的。

上述的扫帚菜在污染土壤中的具体种植步骤如下：

①选种或育苗：选择对镉铅铜复合污染土壤中的重金属具有较强吸收能力 的扫帚菜的种子，要选纯度较高、后发性强、分枝多、韧性大、丰产性好的扫 帚菜的种子，或对优选的扫帚菜种子进行种苗的培育；

②播种或移栽：于四月上旬至五月上旬将步骤①选择的种子进行播种或培 育的种苗移栽在污染土壤中，播种前或移栽前先整地施底肥；

③田间管理：在苗高12—18厘米中耕除草一次，苗高25—35厘米第二次 除草，天旱时注意及时浇水，雨水多时，注意排水；

④适期收获：于十月下旬扫帚菜的种子成熟，收割成熟的扫帚菜，取扫帚 菜的种子继续种植于污染土壤中，施肥及管理方法与步骤①至③相同；或取扫 帚菜的茎秆另作它用（如：做扫帚），取扫帚菜的种子备用，或可直接种植于污 染土壤中，长成后经修剪定型用于观赏。

上述的步骤②中的整地施底肥是：先拾净残茬草根，亩施农家肥2000±10 公斤、磷肥50±5公斤、硫酸铵50±5公斤作底肥，耕后耙耪保墒。

上述的步骤③中可增加在扫帚菜的开花期施追肥的步骤。

上述的施追肥是在扫帚菜的开花期追施生理酸性肥。其中生理酸性肥是下 列肥料之一或其组合：氯化钾、硫酸钾、氯化铵、硫酸氨。

上述的在扫帚菜的开花期追施生理酸性肥是：在扫帚菜的开花期亩追施氮 肥10—20公斤。

本发明相比现有技术突出的优点是：

本发明通过种植扫帚菜修复镉铅铜污染土壤，利用其对重金属的吸收和并 向上转运，收割地上部并加以利用，便可带走土壤中大量的重金属，从而达到 污染土壤修复目的。该方法与传统的污染土壤治理方法相比，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，且可以保持水土， 美化环境。与常规的植物修复相比，还可以很好利用有限的土地资源，增加农 民收入，更有利于推广应用。是一种应用范围广，投资少，经济效益可观的， 操作简单的“边生产边修复技术”。本发明解决了镉、铅、铜复合污染土壤的修 复治理和利用的问题，具有良好的社会效益、经济效益和生态效益。在重金属 复合污染土壤修复中具有广阔的应用前景。

具体实施方式：

下面以具体实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：

在镉（Cd）、铅（Pb）、铜（Cu）含量分别为0.83mg/kg、208.00mg/kg 和224.33mg/kg农田土壤中，于四月上旬，种植扫帚菜，亩施农家肥2000公斤、 磷肥50公斤、硫酸铵50公斤作底肥，耕后耙耪保墒，在施足底肥的情况下， 在扫帚菜的开花期可酌情追施氮肥15公斤，施肥时，尽量选生理酸性肥，生理 酸性肥有利于提高土壤重金属的有效性，有利于被吸收移除。生长期间按照传 统的农作物管理方法进行管理，于十月下旬收获。经测定，扫帚菜的生物量为 22500kg/ha，地上部分镉（Cd）、铅（Pb）、铜（Cu）含量分别为6.34mg/kg、 10.96mg/kg和37.43mg/kg，从土壤中能带走的镉（Cd）、铅（Pb）、铜（Cu） 分别为120.15g/ha、246.60g/ha和842.18g/ha。其中：g/ha为克/公顷。

实施例2：

在镉（Cd）、铅（Pb）、铜（Cu）含量分别为0.49mg/kg、92.02mg/kg和 60.64mg/kg农田土壤中，于四月上旬，种植扫帚菜，亩施农家肥2000公斤、磷 肥50公斤、硫酸铵50公斤作底肥，耕后耙耪保墒，在施足底肥的情况下，在 扫帚菜的开花期可酌情追施氮肥15公斤，施肥时，尽量选生理酸性肥，生理酸 性肥有利于提高土壤重金属的有效性，有利于被吸收移除。生长期间按照传统 的农作物管理方法进行管理，于十月下旬收获。经测定，扫帚菜的生物量为 24000kg/ha，地上部分镉（Cd）、铅（Pb）、铜（Cu）含量分别为6.23mg/kg、 5.60mg/kg和24.42mg/kg，从土壤中能带走的镉（Cd）、铅（Pb）、铜（Cu）分 别为149.63g/ha、143.91g/ha和586.18g/ha。

上述说明，在不同污染程度土壤，扫帚菜对Cd、Pb、Cu都具有较好的吸收 和积累，且长势良好，适宜作为修复植物。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例之一，并非以此限制本发明的 实施范围，故：凡依本发明的形状或结构或原理所做的等效变化，均应 涵盖于本发明的保护范围之内。