專利名稱：一種受重金屬鎘污染土壤的植物修復方法
技術領域：
本發(fā)明涉及環(huán)境保護中的土壤污染治理領域，更具體的說是用于重金屬鎘污染土壤 的植物修復及其化學強化方法。
背景技術：
土壤是人類生存與發(fā)展的重要自然資源和整個陸地生態(tài)系統(tǒng)賴以存在的基礎，對于 農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和人類的生存都非常重要。隨著現(xiàn)代化進程的推進，我國土壤污染的問 題日益嚴重，其中每年因重金屬污染土壤引起的糧食減產(chǎn)達上千萬噸，對耕地資源可持 續(xù)利用和糧食生產(chǎn)安全提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。土壤重金屬污染的修復研究已成為國內(nèi)外環(huán) 境科學領域的熱點課題之一。Cd是一種常見的重金屬元素，在土壤中的活性較強，很容 易被作物吸收而污染食物鏈，危及人類健康，因此，Cd的土壤污染修復研究更有現(xiàn)實意義。
Cd的土壤污染修復主要有工程措施、電動修復、土壤淋洗、化學固定、植物修復
等。其中植物修復技術作為一種新興的綠色生物技術，能在不破壞土壤生態(tài)環(huán)境，保持 土壤結構和微生物活性的狀況下，通過植物的作用從土壤中帶走污染物，從而修復被污 染的土壤。植物修復在環(huán)境友好性和經(jīng)濟性上都優(yōu)于傳統(tǒng)的物理或化學的方法，是解決 環(huán)境中重金屬污染問題的一個很有前景的方法，現(xiàn)已成為在環(huán)境領域的研究熱點。
植物修復技術由于具有成本低、不破壞環(huán)境、保護人類健康和易為大眾接受等優(yōu)點 而引起了人們極大的關注。但是，應用于修復的植物往往植株矮小、生長速度慢、地上 部生物量小，成了實際應用中最大的限制。例如，周啟星等(周啟星，高拯民.沈陽張
士灌區(qū)鎘循環(huán)的分室模型與污染防治對策研究.環(huán)境科學學報，1995, 15: 273-280)估算， 在張士灌區(qū)n閘和m閘地段，若用野生莧來凈化土壤，使Cd含量降低到背景值 (<0.2mg/kg)水平，需要的時間分別為4.11和1.43萬年，這顯然不實際。因此，利用 柳樹等高大植株對被污染的環(huán)境進行植物修復的研究工作應運而生，近年來發(fā)展迅速， 也越來越受到重視。研究者在瑞典發(fā)現(xiàn)的蒿柳(S. viminalis)和毛枝柳(S.dasyclados)某些 無性系的枝條對cd有較好的富集作用。由于這些無性系生物量大(枝條年產(chǎn)量最高達35 t/hm2)，每年從土壤中吸收的鎘最高可達210g/hi^(按6mgkg"計算)，顯示了巨大的鎘f彥復潛力 (Maria Greger ， Tommy Landberg . Use of willow in phytoremediation [J]. International Journal of Phytoremediation ， 1999,1 (2): 115誦123)。
目前植物修復研究最為活躍的主要是螯合誘導的植物提取技術，通常所說的植物修 復也指此技術。大量研究和實踐表明，螯合劑能大幅度增加植物對重金屬的吸收和富集， 提高植物修復效率，甚至使得常規(guī)植物都可能用于植物修復中。但合成螯合劑容易殘留 在環(huán)境中，可能導致處理場所的重金屬向周圍和地下水遷移，造成二次污染。Wu (Wu etal.,2004)等研究發(fā)現(xiàn)添加乙二胺四乙酸(EDTA)極大地提高了土壤水溶性Cu、 Zn、 Pb、 Cd，并使植物地上部重金屬含量增加，但通過淋濾實驗指出EDTA用于強化植物 修復存在污染地下水的風險。因此選擇合適的環(huán)境較友好的螯合萃取劑或者降低合成螯 合劑如EDTA的使用量對于該方法的推廣應用顯得尤為迫切和重要。相關專利(修復重 金屬銅污染土壤的淋洗劑及方法，公開號CN200810019400)已提出了使用乙二胺二琥 珀酸(EDDS)和乳酸乙酯來修復土壤重金屬銅污染的方法，但只限于土壤的淋洗修復， 未涉及螯合誘導的植物提取修復。而且目前EDDS試劑生產(chǎn)成本較高，因此大量使用EDDS 用于土壤修復不太現(xiàn)實。

發(fā)明內(nèi)容
1、 本發(fā)明要解決的技術問題
本發(fā)明提供一種受重金屬鎘污染土壤的植物修復方法，通過本發(fā)明可以實現(xiàn)低成 本、高效、較安全的土壤修復，可實際應用于重金屬鎘污染場地土壤的修復。
2、 技術方案
一種受重金屬鎘污染土壤的植物修復方法，其步驟為
(A) 定期測量土壤中鎘的含量，進行柳樹的插種
(B) 柳樹插種兩個月后加入由乳酸乙酯與乙二胺四乙酸組成的化學強化劑。
上述步驟A中的柳樹為蘇柳無性系J1011，其種植密度為每土壤中鎘的含量為6mg/kg 時每平方米種植4 6株。
步驟B中乳酸乙酯與乙二胺四乙酸的總加入量與Cd的物質(zhì)的量比為2:1,兩者都以 純物質(zhì)的水溶液加入。
步驟B中乳酸乙酯與乙二胺四乙酸的物質(zhì)的量比為4: 3 7。
3、 有益效果
4本發(fā)明提供了一種受重金屬鎘污染土壤的植物修復方法，相對于現(xiàn)有技術，具有以 下的有益效果(1)避免了植株矮小、生長速度慢、地上部生物量小等重金屬鎘污染植
物修復的缺陷；(2)乳酸酯來源廣，獲取易，且提高了單獨用有機配體作為螯合萃取劑 修復重金屬的修復效率，修復成本較低；(3)乳酸酯為可生物降解物質(zhì)，它的使用降低 了合成螯合劑如EDTA的使用量，從而降低了植物提取修復土壤中重金屬鎘的環(huán)境風 險。


圖1是蘇柳J1011培養(yǎng)時不同濃度CcP+水溶液中Cd^濃度隨時間的變化；
圖2是不同濃度CcP溶液暴露后蘇柳J1011莖和葉中Cd的含量；
圖3是蘇柳J1011培養(yǎng)時不同比例添加物處理下Cd2+濃度減少量隨時間的變化；
圖4是不同比例添加物處理對蘇柳J1011根、莖和葉中Cd含量的影響
圖5是不同處理下土壤中Cd濃度隨時間的變化
圖6是不同處理下蘇柳J1011葉(a)和莖(b)中Cd含量隨時間的變化
具體實施例方式
以下通過實施例進一步說明本發(fā)明
實施例1:
選用蘇柳無性系J10ll(SalixXjiangsuensisCL. 1011，簡稱蘇柳J1011)，在苗圃中 從苗基部剪取1年生苗，帶回實驗室后插入培養(yǎng)液中備用。試驗插條規(guī)格長15cm、直 徑約2 cm。以1/2 Hoagland營養(yǎng)液作為營養(yǎng)，以Cd(N03)2溶液為母液，Cd濃度設 置如下0,6,9,20和23mg/L共5個處理，試驗共進行15天，分別在l、 2、 3、 4、 5、 9、 13、 15天分別采集水樣測定，15天后采植物樣測定葉和莖中Cd含量。在蘇柳J1011 培養(yǎng)時不同濃度CcP水溶液中CcP濃度隨時間的變化以及不同濃度CcP溶液暴露后蘇 柳J1011莖和葉中Cd的含量分別參見圖1和圖2。由圖1可知，水中CcP濃度隨時間 的延長而減小。幾種濃度下單位時間內(nèi)水溶液中Cc^+濃度降低最多時間點除6mg L"試 驗組在第4天外，其余均為第5天。此后水中Cd的濃度繼續(xù)降低，但單位時間減少量 卻也有所下降。試驗周期內(nèi)隨著CcP濃度的增加，濃度減少總量也最大。這從圖2中隨著CcP濃度的增加，萌條莖和葉的含鎘量顯著增加也可以證實。在本試驗C(P濃度范圍 內(nèi)，萌條莖和葉的含鎘量最高達73.7和90.3 mg kg"(干重)，萌條莖和葉的富集系數(shù)基 本維持在3 4左右，表明蘇柳J1011的莖和葉對CcP的的富集能力較強而且比較穩(wěn)定， 并不因污染的加重而減弱。蘇柳J1011在約6 mg kg"(干重)Cd污染土壤中插種三個月后， 莖和葉能富集6mgkg"(干重)的Cd，說明蘇柳J1011對Cd的富集速率比較快。由于這 些無性系生物量大(枝條年產(chǎn)量最高達35 t/hm2 )，每年從土壤中吸收的鎘最高可達210 g/hm、按6mgkg"計算)，顯示了巨大的鎘修復潛力。
實施例2:
不同EDTA與乳酸乙酯加入比例對Cd在蘇柳無性系J1011中富集效果的影響
選用蘇柳無性系J1011(Sa//;cA>7a"gwe"^CL. 1011，簡稱蘇柳JlOll)，在苗圃中從 苗基部剪取l年生苗，帶回實驗室后插入培養(yǎng)液中備用。試驗插條規(guī)格長15cm、直徑 約2 cm。以1/2 Hoagland營養(yǎng)液作為營養(yǎng)，以Cd(N03)2溶液為母液，Cd的質(zhì)量濃度設 置為5mg/L， EDTA與乳酸乙酯總加入量與Cd的摩爾比為2:l， EDTA與乳酸乙酯加入 比例設置為22:0、 22:5、 17:5、 14:5、 14:8和11:11 (總量以22計)，分別記為T4L1、 T4L2、 T3L2、 T2L2、 T2L3和T1L4。以上每個處理設重復3個，每個重復設插條4根。試驗 用1500mL的塑料容器，1個重復用1個容器。在容器中加入處理液1200 mL。試驗在 溫室中進行，維持室溫在30。 C以下。試驗中EDTA與乳酸乙酯在培養(yǎng)第5天后加入， 分別在第8天和第11天采水樣，11天后采樣測定葉，莖和根中Cd含量。蘇柳J1011 培養(yǎng)時不同比例添加物處理下Cd^濃度減少量隨時間變化以及處理后蘇柳J1011根、莖 和葉中Cd含量分別如圖3和圖4所示。從圖3可以看出，六個處理五天內(nèi)(0-5day) 對溶液中Cd^濃度的降低作用基本一致，說明這六個處理可作為平行來進行后續(xù)試驗。 加入不同比例添加物三天后，Cf+濃度開始下降較快(5-8day),但隨著暴露時間延長除 T2L2處理外下降的速度開始降低(8-llday)。在六個處理中，T2L3和T1L4在處理6天 內(nèi)都能顯著降低水溶液中C(P的濃度，T2L3與T2L2相比因為乳酸乙酯的加入量變大 而導致的濃度減少量顯著增大。圖4給出的結果表明Cd"濃度的減少是由于蘇柳J1011 的富集引起的。不同處理后蘇柳J1011根、莖和葉中Cd含量的增加與水溶液中C(P濃 度的降低存在著較好的對應關系。T2L3和T1L4處理對蘇柳J1011根、莖和葉中Cd含 量的影響最為明顯，說明了在有機配體(如EDTA)存在條件下,隨著乳酸乙酯加入比例的 增加，CcP的生物可利用性有明顯的增加。而比較不同部位Cd含量可知水培條件下
6蘇柳J1011的根對Cd的富集濃度要遠遠大于莖和葉。
不同比例EDTA-乳酸乙酯處理對蘇柳J1011富集Cd的影響室內(nèi)試驗以及野外修復 實際效果試驗都表明在有配體存在的條件下隨著乳酸乙酯加入比例的增加，Cd"的生物 可利用性會有明顯的增加。結果預示在有EDTA存在條件下同量(摩爾)生物可降解 的乳酸乙酯的加入，能起到同樣甚至更好的促進配合的效果，這樣就可以降低生物較難 降解的EDTA的使用量，這對于降低EDTA大量使用所導致的潛在風險有著非常積極的 意義。
實施例3:
重金屬鎘污染土壤的原位植物修復及其新型化學強化修復效果 修復試驗點位于南京市江寧區(qū)某鎮(zhèn)。試驗時先挖出2001112的長方形地塊中的土壤， 建好試驗池并做好下滲水的收集系統(tǒng)，接著將土回填，在回填到表層土時進行分層回填， 分層均勻撒上Cd的水溶液，充分混勻后平整土地，將表層大塊土粒打細。然后用PVC 隔板隔為若干lxln^的正方形小區(qū)，隔板埋深25cm。每3個相鄰的小區(qū)為1組平行。 插種植物為蘇柳J1011，插種時間為污染處理3天后。處理組有土壤對照組，植物對 照組，EDTA處理植物組(EDTA與Cd加入量的摩爾比為1:1， 土層厚度按20em計算)， EDTA與乳酸乙酯處理植物組(總加入量與EDTA處理組一致，EDTA與乳酸乙酯加入 比例為14:8)，各處理分別記為CK、 P、 T3L0-P和T2L1-P。處理時間為污染三個月后， 并在處理15天、30天以及45天分別采表層土壤和植物樣品(含葉和莖部)，試驗期間 按照當?shù)亓晳T進行田間管理。本實施方式確立的修復組合為蘇柳無性系J1011 (SalixX jiangsuensis CL. 1011)的栽種，根據(jù)土壤中鎘的含量約為6mg/kg考慮種植密度為5株每 平方米。
圖5給出了不同處理對土壤中Cd污染的修復效果，從圖中可以看出，處理前蘇柳 J1011插種三個月后表層土壤中Cd濃度降低了 0.67~1.25 mg kg"(干重)，這說明蘇柳 J1011對鎘具有的較強吸收積累能力有利于其對Cd污染土壤的修復。進行幾種處理后， T3L0-P和T2L1-P均能顯著降低表層土壤中Cd濃度。而蘇柳J1011植物對照組(P組) 沒有在試驗45天內(nèi)進一步降低土壤中Cd濃度。從圖6(a)和(b)中蘇柳J1011葉和莖Cd 含量隨時間的變化可知EDTA與乳酸乙酯的加入使得CcP的生物可利用性有顯著的增 加,特別是乳酸乙酯加入比例的增加更有利于蘇柳J1011莖和葉中Cd含量的增加。水培 試驗中的結果也從野外修復試驗得到了進一步的驗證。其中在約6 mg kg"(干重)Cd污染
7土壤中，蘇柳J1011莖和葉在插種三個月后能富集6mgkg"(干重)的Cd，說明蘇柳J1011 對Cd的富集速率比較快。室內(nèi)水培實驗得出的EDTA和乳酸乙酯的較佳比例14: 8即 7:4應用于野外修復是可行有效的。野外修復實際效果試驗表明在有配體存在條件下隨 著生物可降解的乳酸乙酯加入比例的增加，Cc^+生物可利用性會有明顯增加。這對于降 低生物較難降解的EDTA大量使用所導致的潛在風險有著非常積極的意義。
實施例4:
其基本步驟同實施例3， 土壤中鎘的含量為12mg/kg，只是蘇柳J1011植密度為每 平方米種植12株，乳酸乙酯與乙二胺四乙酸的總加入量與Cd的物質(zhì)的量比為l:l，兩者 都以純物質(zhì)的水溶液加入，其中乳酸乙酯與乙二胺四乙酸的物質(zhì)的量比為h 1。其處理 效果雖與實施例3不盡相同，但也能在60天后達到10%以上。
實施例5:
其基本步驟同實施例3， 土壤中鎘的含量為lmg/kg，只是蘇柳J1011植密度為每平 方米種植1株，乳酸乙酯與乙二胺四乙酸的總加入量與Cd的物質(zhì)的量比為3:1，兩者都 以純物質(zhì)的水溶液加入，其中乳酸乙酯與乙二胺四乙酸的物質(zhì)的量比為1: 3。其處理效 果雖與實施例3不盡相同，但也能在60天后達到20%以上。
權利要求
1. 一種受重金屬鎘污染土壤的植物修復方法，其步驟為(A)定期測量土壤中鎘的含量，進行柳樹的插種(B)柳樹插種兩個月后加入由乳酸乙酯與乙二胺四乙酸組成的化學強化劑。
2. 根據(jù)權利要求1所述的受重金屬鎘污染土壤的植物修復方法，其特征在于步驟A中的柳樹為蘇柳無性系J10II,其種植密度為土壤中鎘的含量為每6mg/kg時每平 方米種植4 ~ 6株(種植密度為1棵/每mg/kg鎘)。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的受重金屬鎘污染土壤的植物修復方法，其特征在于步驟B中乳酸乙酯與乙二胺四乙酸的總加入量與Cd的物質(zhì)的量比為1-3: 1,兩者 都以純物質(zhì)的水溶液加入。
4. 根據(jù)權利要求3所述的受重金屬鎘污染土壤的植物修復方法，其特征在于步驟B中乳酸乙酯與乙二胺四乙酸的物質(zhì)的量比為1: 1-3。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種受重金屬鎘污染土壤的植物修復方法，屬于環(huán)境保護中的土壤污染治理領域。其步驟為(A)定期測量土壤中鎘的含量，進行柳樹的插種(B)柳樹插種兩個月后加入由乳酸乙酯與乙二胺四乙酸組成的化學強化劑。上述步驟A中的柳樹為蘇柳無性系J1011，其種植密度為每土壤中鎘的含量為6mg/kg時每平方米種植4～6株。采用本發(fā)明可以避免了植株矮小、生長速度慢、地上部生物量小等重金屬鎘污染植物修復的缺陷；且提高了單獨用有機配體作為螯合萃取劑修復重金屬的修復效率，修復成本較低；(3)乳酸酯的使用降低了合成螯合劑如EDTA的使用量，從而降低了植物提取修復土壤中重金屬鎘的環(huán)境風險。
文檔編號B09C1/00GK101486041SQ20091002458
公開日2009年7月22日 申請日期2009年2月20日 優(yōu)先權日2009年2月20日
發(fā)明者孫媛媛, 榮 季, 李佳華, 王曉蓉, 郭紅巖 申請人:南京大學