專利名稱：一種生態(tài)治理茶園土壤鉛超標(biāo)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種生態(tài)治理茶園土壤鉛超標(biāo)的植物修復(fù)方法，屬于植物修復(fù)茶園土壤重金屬超標(biāo)的技術(shù)領(lǐng)域。主要是通過在茶園空隙中引種對(duì)重金屬鉛有高富集能力的植物，定期將這種植物收集，與茶園修枝一起通過機(jī)械固化成型制成生物質(zhì)燃料塊，其燃燒后的灰燼分類處理，有冶金價(jià)值的可作為冶金原料回收利用，沒有冶金價(jià)值的可作為生產(chǎn)水泥或磚的原料，從而達(dá)到將吸附的重金屬鉛與土壤永久分離的治理目的，是一種生態(tài)治理茶園土壤鉛超標(biāo)的有效方法。
背景技術(shù)：
茶，作為一種健康飲品，早已風(fēng)靡了全世界。“喝茶有益身心健康”也已在國際范圍內(nèi)達(dá)成共識(shí)，但日益加重的環(huán)境污染卻使得市場(chǎng)上流通的部分茶葉及茶的衍生物里重金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)[文獻(xiàn) 1 :http://wenku. baidu. com/view/825e4f72f242336cleb95e72. html]。人們發(fā)現(xiàn)茶葉產(chǎn)地的環(huán)境質(zhì)量是關(guān)系到茶葉產(chǎn)品安全的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和人口的持續(xù)增長，人們?cè)谏a(chǎn)和生活中排放的污染物，尤其是一些重金屬離子污染不能像有機(jī)物污染一樣通過生物的降解而消除，而是不斷積累，使生態(tài)環(huán)境承受著巨大的壓力，茶園環(huán)境面臨持續(xù)污染的風(fēng)險(xiǎn)[文獻(xiàn)2:楊揚(yáng).蘇州市茶園重金屬現(xiàn)狀研究 [D],中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫.2009. 10]。近年來茶葉中鉛殘留有增加的態(tài)勢(shì)， 調(diào)查顯示市場(chǎng)茶葉中鉛含量彡2mg/kg的為5%，l-2mg/kg的為38. 75%,^ lmg/kg的為 56. 25% [文獻(xiàn)3:徐長興、王先宏.入世后我國茶葉衛(wèi)生質(zhì)量面臨的問題及對(duì)策.城市質(zhì)量監(jiān)督.2002. 6]。2003年全國茶葉衛(wèi)生質(zhì)量監(jiān)督抽檢結(jié)果表明，鉛指標(biāo)不合格占不合格總數(shù)的91. 7% [文獻(xiàn)4:康孟利.鉛在茶樹體內(nèi)累積分布及其對(duì)茶樹生育、生理影響的研究 [D],中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫.2004. 7]。中國是茶葉種植、生產(chǎn)的出口大國，茶葉中鉛殘留超標(biāo)問題已在一定程度上制約了茶產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。因此，加強(qiáng)茶園產(chǎn)區(qū)土壤重金屬的生態(tài)治理對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和實(shí)現(xiàn)茶葉生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有積極重要的現(xiàn)實(shí)意義。茶樹各器官中，重金屬元素的含量有明顯的差異，新陳代謝旺盛的器官對(duì)重金屬元素的富集能力較大[文獻(xiàn)5:楊揚(yáng).蘇州市茶園重金屬現(xiàn)狀研究[D].中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫.2009. 10]。對(duì)茶樹不同部位和不同成熟度新梢鉛含量的測(cè)定表明，樹體地上部分的鉛含量依次為生產(chǎn)枝、側(cè)枝和老葉。傳統(tǒng)的修枝回園方法，實(shí)際上是將富集了一定重金屬的枝梢進(jìn)行了修剪回園，使重金屬又一次進(jìn)入土壤中。若焚燒修枝，不僅污染環(huán)境， 且焚燒后的灰燼幾乎還是回入茶園，日積月累，土壤重金屬污染有增無減。土壤重金屬污染的主要特點(diǎn)為污染范圍廣、持續(xù)時(shí)間長、污染隱蔽性、無法被生物降解，并可通過食物鏈不斷地在生物體內(nèi)富集，甚至可轉(zhuǎn)化為毒害性更大的甲基化合物， 對(duì)食物鏈中某些生物產(chǎn)生毒害，或最終在人體內(nèi)蓄積而危害健康。土壤重金屬污染已引起多國社會(huì)的高度重視，各種土壤修復(fù)技術(shù)陸續(xù)出現(xiàn)。目前常用的處理重金屬污染的方法有煅燒、固化、高溫熔融、酸浸、氨浸等物理化學(xué)修復(fù)方法，但是這些方法治理成本高，而且容易造成二次污染，因此這些治理方法不符合茶園可持續(xù)發(fā)展的污染治理模式。植物修復(fù)技術(shù)是近年來在國際上興起的一種有潛力、低成本的以太陽能為能源的綠色修復(fù)技術(shù)?；舅悸肥菍⒁吧幕蚪?jīng)改造的重金屬超富集植物種植在重金屬超標(biāo)的茶園土壤上，通過物理、化學(xué)或者生物的過程來消除、減少、隔離或者固化重金屬污染物，從而降低土壤中重金屬含量，達(dá)到生態(tài)治理的目的[文獻(xiàn)6:周向軍.重金屬超富集植物環(huán)境修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué).2010，3:1408-1410]。較之傳統(tǒng)的修復(fù)方法，植物修復(fù)更符合可持續(xù)發(fā)展污染治理模式，有著很好的發(fā)展前景。重金屬超富集植物是植物修復(fù)的基礎(chǔ)。超富集植物(Hyperaccmulator)是指能超量吸收和積累重金屬的植物，這一定義最初是由Brooks等提出的，當(dāng)時(shí)用以命名莖中 Ni 含量(干重)大于 1000mg/kg 的植物[文獻(xiàn) 7 =Brooks R. R.，et al. Detection of nickliferous rocks by analysis of herbarium species of indicator plants. Journal of Geochemical Exploration. 1977，7 :49 77]?，F(xiàn)超富集植物的概念已擴(kuò)大到植物對(duì)所有金屬元素的超量富集現(xiàn)象，即指能超量富集一種或同時(shí)富集幾種金屬元素的植物。超富集植物應(yīng)同時(shí)具備三個(gè)特征[文獻(xiàn)8 :http://www. 100gczg.com/Detail. aspx ？ id = 1483886]一是植物地上部分(如莖或葉)的重金屬含量是普通植物在同一生長條件下的100倍以上，其臨界含量:Co、Cu、Ni、Pb均為1000mg/kg, Zn 10000mg/kg, Cd 100mg/kg ；二是植物地上部分重金屬含量大于根部該種重金屬含量；三是植物的生長沒有出現(xiàn)明顯的毒害癥狀。其實(shí)，植物地上部分生物量沒有明顯下降(與生長在未污染土壤同種植物生物量相比)，同時(shí)植物富集系數(shù)S/R > 1 (S和R分別指植物地上部與根部重金屬含量)也是必不可少的特征。目前國內(nèi)外報(bào)道的鉛超富集植物有遏藍(lán)菜屬(Thlaspi rotimdilolium)、燕麥草(Arrhenatherum elatius) > MMMM (Thlaspi caerulescens)、土棄|J介(Chenopodium ambrosioides)、綠葉覽菜(Amaranthus tricolor)、紫穗槐(Sophora japonica)、習(xí)習(xí)葉鬼針草(Bidens maximowicziana)、東南景天(S. alfredii)禾口酸膜(Rumex acetosa)等。對(duì)茶樹修枝及收集的超富集植物進(jìn)行生物質(zhì)固化成型處理，可將吸附的重金屬與土壤永久分離，防止二次污染。生物質(zhì)機(jī)械固化成型技術(shù)是將各類生物質(zhì)原料經(jīng)粉碎、干燥、高壓成型等環(huán)節(jié)使原來分散的、沒有一定形狀的原料壓縮成具有一定幾何形狀、密度較大的成型燃料，是目前國內(nèi)外利用生物質(zhì)能比較普遍且效果顯著的技術(shù)之一。所得成型燃料應(yīng)用于兩個(gè)方面一是進(jìn)一步炭化加工制成木炭棒或木炭塊，作為民用燒烤木炭或工業(yè)用活性炭；二是作為燃料直接燃燒，用于家庭或暖房采暖。生物質(zhì)機(jī)械固化成型燃料與煤炭相比，熱值相當(dāng)，生產(chǎn)成本低，無毒無味，環(huán)境友好，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益顯著。將這些燃料燃燒后的灰燼用作生產(chǎn)水泥或磚塊的原料，從而達(dá)到重金屬與土壤永久分離的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種投資少、無二次污染、有效治理茶園土壤鉛超標(biāo)的方法。植物修復(fù)技術(shù)治理茶園土壤鉛超標(biāo)就是篩選一種生長快速、適應(yīng)茶園、容易種植且不影響茶樹生長要求的灌木或木本超富集植物對(duì)茶園土壤進(jìn)行鉛超標(biāo)修復(fù)。結(jié)合研究其對(duì)茶園土壤鉛的吸附能力、種植與收集時(shí)機(jī)對(duì)茶葉生產(chǎn)及品質(zhì)的影響，選擇合適的超富集植物并獲得切實(shí)可行的植物修復(fù)方法與技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明篩選一種符合生長快速、適應(yīng)茶園、容易種植且不影響茶樹生長要求的灌木或木本超富集植物，通過在茶園種植這種對(duì)土壤中重金屬鉛有超富集作用的植物對(duì)土壤中鉛進(jìn)行吸附，在生長5-6個(gè)月后將超富集植物與茶葉修枝一并收集。對(duì)收集的超富集植物和茶葉修枝通過機(jī)械固化成型技術(shù)制成生物質(zhì)燃料塊，再進(jìn)行資源化利用。茶農(nóng)不僅可安全處置修枝等廢棄物，還有效解決了茶園土壤鉛超標(biāo)的問題。目前有少數(shù)的植物(或其特殊生態(tài)型)具有對(duì)某種重金屬元素的專適應(yīng)性，它們吸入并存儲(chǔ)的重金屬離子可達(dá)0. 5-8g/kg(個(gè)別達(dá)25g/kg)，超過正常元素的數(shù)百倍。有些種類分化為若干專化生態(tài)型，能忍受數(shù)種有毒物質(zhì)，如細(xì)弱剪股穎(Agrostis tenuis)、羊茅(Festuca ovina)、蠅子草等對(duì)Zn、Cu、Cr、Ni、As等皆有抗毒能力[文獻(xiàn)9 武吉華、張紳.植物地理學(xué)(第三版)]。本發(fā)明就是根據(jù)茶樹的栽培生長特點(diǎn)選擇合適的鉛超富集植物進(jìn)行種植，并按時(shí)對(duì)超富集植物進(jìn)行移除收集，資源化利用，實(shí)現(xiàn)對(duì)茶園鉛超標(biāo)土壤的純生態(tài)植物修復(fù)治理并防止重金屬二次污染。治理茶園土壤鉛超標(biāo)的植物修復(fù)方法主要包括如下步驟1)根據(jù)茶樹的不同生長階段，選擇合適的時(shí)間種植對(duì)鉛的超富集植物；2)根據(jù)超富集植物的生長特點(diǎn)適時(shí)調(diào)整種植位置及間種株距，以便全面治理茶園
土壤；3)在超富集植物完成營養(yǎng)生長后進(jìn)行收割或移除收集，監(jiān)測(cè)土壤和超富集植物的重金屬含量的變化，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果決定是否繼續(xù)種植同類或他類超富集植物。一般經(jīng)過5-8 年，可實(shí)現(xiàn)污染土壤中重金屬鉛的有效清除，使茶園土壤達(dá)到GB15618-95 土壤環(huán)境質(zhì)量鉛含量標(biāo)準(zhǔn)；4)對(duì)超富集植物進(jìn)行收集資源化利用，不產(chǎn)生二次污染，從根本上解決茶園重金屬污染的問題。收集的超富集植物及茶葉修枝經(jīng)過切割機(jī)粉碎、混合拌料、輸送、篩機(jī)、輸送、烘干、輸送、制塊等流程，可加工成生物質(zhì)燃料塊，成型密度大約為1. 1-1. 3kg/m3 ；5)對(duì)機(jī)械成型的生物質(zhì)燃料塊燃燒后的灰燼進(jìn)行分類處理，有冶金價(jià)值可作為冶金原料進(jìn)行回收利用，沒有冶金價(jià)值可作為生產(chǎn)水泥或磚的原料，永久地將重金屬與土壤分離。茶樹是多年生常綠木本植物，一般采用單行條植法，行距150cm，叢距33cm，每叢3 株，每畝栽苗4000株。茶樹種植后約三年起可少量采收，十年后達(dá)盛產(chǎn)期，三十年后即開始老化。幼齡茶樹(茶苗種植三年以內(nèi))既怕干又怕曬，必須經(jīng)常澆水抗旱、遮陰防曬，以促進(jìn)茶樹苗根系的生長。在茶樹間種超富集植物短萼灰葉，既能吸收茶園土壤中的重金屬鉛， 降低茶葉中的鉛含量，又能為幼齡茶樹遮陰，避免茶樹葉子被強(qiáng)烈陽光灼傷。短萼灰葉，豆科灰葉屬的一個(gè)種，又名山毛豆、灰葉豆，多年生小灌木。適應(yīng)性強(qiáng)， 耐酸、耐脊、耐旱，喜光，喜熱，亦能忍受0°c左右的低溫，適合在茶園間種。根據(jù)資料顯示，短萼灰葉體內(nèi)鉛含量高達(dá)5000-6000mg/kg，對(duì)鉛有較強(qiáng)的富集能力，且由根部向地上部轉(zhuǎn)移鉛的能力比較強(qiáng)，容易種植，具有廣泛的適應(yīng)性。早春的2月下旬至3月上中旬是茶苗移栽的最佳時(shí)期之一，在栽種茶樹苗時(shí)可間種短萼灰葉的種子。經(jīng)過4-5個(gè)月的生長，7-8月份時(shí)其地上部分可達(dá)IOOcm以上，此時(shí)正是南方的“伏旱”季節(jié)，最易使茶苗受到傷害。幼齡茶樹一般株高在40cm以下，此時(shí)的短萼灰葉可為茶樹遮陰抗旱。等陽光強(qiáng)烈的9月份過后，對(duì)短萼灰葉的地上部分進(jìn)行收割，留茬 40-50cm,在秋冬季節(jié)不影響茶樹的生長。成年茶樹(茶苗種植3年以上)一般在春茶采摘后約4月中下旬進(jìn)行修枝，株高一般為70-80cm。此時(shí)，在茶園間種短萼灰葉種子。在8-9月份時(shí)，短萼灰葉的地上部分可達(dá)100-120cm，在高溫少雨的季節(jié)可以為茶樹遮陰保濕。在10月份對(duì)短萼灰葉的地上部分進(jìn)行收割，留茬40-50cm。對(duì)上述超富集植物及茶樹修枝收集后，經(jīng)機(jī)械固化成型制作成生物質(zhì)燃料塊。本發(fā)明有益的效果是提供了一種治理茶園土壤鉛超標(biāo)的純生態(tài)方法，根據(jù)茶樹的不同生長階段，種植超富集植物短萼灰葉，適時(shí)收集短萼灰葉植物和茶樹修枝進(jìn)行機(jī)械壓塊成型后資源化利用，不僅有效地解決了茶園土壤鉛超標(biāo)的問題，而且避免了重金屬對(duì)其他水土的二次污染，極大地提高了生態(tài)環(huán)保效益。與傳統(tǒng)土壤重金屬污染治理的方法相比，具有投資少、工程量小、管理技術(shù)要求不高、經(jīng)濟(jì)可行，且不破壞原有土壤理化性質(zhì)的特點(diǎn)，是一種應(yīng)用范圍廣、投資少、維護(hù)成本低、可操作性強(qiáng)的“生態(tài)修復(fù)技術(shù)”，具有良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，在茶園土壤重金屬鉛的修復(fù)中具有廣闊的應(yīng)用前景及重要的現(xiàn)實(shí)意義。


圖1是本發(fā)明基于生態(tài)治理茶園土壤重金屬鉛超標(biāo)方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1對(duì)某新建茶園土壤重金屬含量監(jiān)測(cè)結(jié)果表明茶園土壤中重金屬鉛的平均含量是 82aiig/kg。將短萼灰葉種子于3月上中旬按短萼灰葉與茶樹的株距*行距=60*60cm間種到該茶園中。在其自然生長6個(gè)月后，株高130cm左右時(shí)進(jìn)行首次收割其地上部，留茬40cm。 經(jīng)分析測(cè)定，地上部中鉛含量約為1550mg/kg，土壤中的鉛含量平均值由原來的82aiig/kg 降低到6^mg/kg，相當(dāng)于使土壤中的鉛含量減少了約25%。種植短萼灰葉當(dāng)年可收割1 次，第二三年可以收割2次，利用年限為2-3年，到了利用年限將其整體移除收集進(jìn)行資源化利用，再種植第二茬，重復(fù)上述過程，直至茶園土壤達(dá)到GB15618-95 土壤環(huán)境質(zhì)量鉛含量標(biāo)準(zhǔn)。收割或移除的植物與茶園修枝一樣收集后進(jìn)行生物質(zhì)機(jī)械壓塊成型，成型密度大約1. 1-1. 3kg/m3。收集的超富集植物和茶樹修枝是高生物質(zhì)含量的資源，經(jīng)機(jī)械固化成型可制成生物質(zhì)燃料塊，其燃燒后的灰燼進(jìn)行分類處理，有冶金價(jià)值可作為冶金原料進(jìn)行回收利用，沒有冶金價(jià)值的作為生產(chǎn)水泥或磚的原料，永久地將重金屬與土壤分離，從而從根本上解決茶園土壤鉛含量超標(biāo)的問題。實(shí)施例2對(duì)某成年茶樹茶園，在4月下旬春茶采摘修枝完畢后，按短萼灰葉與茶株的株距* 行距=70*100cm將短萼灰葉間種到該茶園中，經(jīng)自然生長5個(gè)月后，株高約120cm時(shí)進(jìn)行首次收割其地上部，留茬50cm，種植短萼灰葉當(dāng)年收割1次，第二三年可以收割2次，利用年限2-3年，到利用年限將其整體移除后再種植第二茬，重復(fù)上述過程，直至茶園土壤達(dá)到GB15618-95 土壤環(huán)境質(zhì)量的鉛含量標(biāo)準(zhǔn)。收割或移除的植物與茶園修枝收集后進(jìn)行機(jī)械固化成型，制作成生物質(zhì)燃料塊，成型密度大約1. 1-1. 3kg/m3。收集的超富集植物和茶樹修枝是高生物質(zhì)含量的資源，經(jīng)機(jī)械固化成型設(shè)備的固化處理，可制作為生物質(zhì)燃料塊，其燃燒后的灰燼進(jìn)行分類處理，有冶金價(jià)值可作為冶金原料進(jìn)行二次回收利用，沒有冶金價(jià)值作為生產(chǎn)水泥或磚的原料，永久地將重金屬與土壤分離。從而從根本上解決茶園土壤鉛含量超標(biāo)的問題。實(shí)施例3對(duì)另一茶園土壤重金屬含量監(jiān)測(cè)，其鉛含量平均值為1151mg/kg，按實(shí)施例1的方法將短萼灰葉種植兩年后，經(jīng)分析測(cè)定，其地上部鉛含量為2250mg/kg，地上部對(duì)土壤鉛的吸收富集量隨其生長期增長而增多，土壤中的鉛含量有不斷恢復(fù)正常的趨勢(shì)。通過重復(fù)種植超富集植物達(dá)到有效解決茶園重金屬鉛超標(biāo)的問題。從根本上改良土壤物理性質(zhì)，提高土壤肥力，促進(jìn)茶樹生長，為茶園優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供良好的生態(tài)條件。
權(quán)利要求
1.一種生態(tài)治理茶園土壤鉛超標(biāo)的方法，其特征在于其方法是在鉛超標(biāo)的茶園土壤中播種短萼灰葉種子，種植5-6個(gè)月后，當(dāng)植物長到株高120-130cm時(shí)，將植物地上部分收割與茶園修枝一起進(jìn)行機(jī)械固化成型，作為生物質(zhì)燃料利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生態(tài)治理茶園土壤鉛超標(biāo)的方法，其特征在于短萼灰葉間種于幼齡茶樹的時(shí)間為每年的3月份，間種于成年茶樹的時(shí)間為每年的4-5月份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生態(tài)治理茶園土壤鉛超標(biāo)的方法，其特征在于在植物收割及移除后可通過機(jī)械固化成型制成生物質(zhì)燃料塊，其燃燒后的灰燼進(jìn)行分類處理，有冶金價(jià)值的可作為冶金原料回收利用，沒有冶金價(jià)值的可作為生產(chǎn)水泥或磚的原料，永久地將重金屬鉛與土壤分隔。
全文摘要
本發(fā)明涉及了一種利用超富集植物對(duì)茶園超標(biāo)的重金屬鉛進(jìn)行吸附并通過生物質(zhì)機(jī)械固化成型技術(shù)將富集鉛的植物進(jìn)行資源化利用的生態(tài)治理茶園土壤鉛超標(biāo)的方法。本發(fā)明采用的是選種培育合適的灌木類超富集植物——短萼灰葉，采取間種的方法，通過超富集植物不斷吸附茶園土壤中重金屬鉛，從而改良土壤物理性質(zhì)，提高土壤肥力，促進(jìn)茶樹生長，為茶園優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供了良好的生態(tài)條件。將超富集植物及茶園的修枝經(jīng)過機(jī)械固化成型，作為燃料利用，這種燃料經(jīng)燃燒后的灰燼再作為水泥或磚的原料，與土壤永久分離。不僅避免重金屬鉛對(duì)水土的二次污染，而且進(jìn)行了資源化利用。該方法投資少，工程量小，不破壞土壤理化性質(zhì)，不造成二次污染，永久性地解決茶園土壤鉛污染問題，是一種經(jīng)濟(jì)可行，環(huán)境友好的茶園土壤重金屬鉛污染修復(fù)的方法。
文檔編號(hào)B09C1/00GK102240665SQ20111012447
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
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