專利名稱：一種利用錳超富集植物牛膝修復(fù)重金屬污染土壤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及重金屬污染土壤植物修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種利用錳超富集植物牛膝修復(fù)重金屬污染土壤的方法。
背景技術(shù)：
重慶市錳礦資源豐富，但在錳礦的開采和加工過程中造成的環(huán)境污染也非常嚴(yán) 重。其中重慶市秀山縣與湖南省花垣縣、貴州省松桃縣因錳礦資源豐富而并稱為中國錳礦“金三角”，是目前世界最大的錳礦石和電解錳生產(chǎn)基地，被譽為“世界第一錳都”。秀山縣從2001年開始發(fā)展錳產(chǎn)業(yè)，錳產(chǎn)業(yè)對當(dāng)?shù)刎斦呢暙I率達70%。但在經(jīng)濟高速發(fā)展的同時，當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境也遭受了嚴(yán)重的污染和破壞。在錳礦的開采和加工過程中，由于技術(shù)落后、設(shè)備簡陋、管理不善造成的廢水、廢氣任意排放，廢渣不經(jīng)處理隨意堆積在田間野外，導(dǎo)致當(dāng)?shù)睾恿魑蹪?、酸霧彌漫。大面積的農(nóng)作物及野生植被在錳毒的侵蝕下死亡，大量良田因受錳污染而喪失其原有的生態(tài)功能和生產(chǎn)能力。因此，如何控制和減輕錳毒對環(huán)境的污染和危害已成為一個日益突出的問題。而常規(guī)的污染土壤修復(fù)方法，如客土換土法、淋洗法、熱處理、固化等，由于其技術(shù)要求高或經(jīng)濟成本昂貴或?qū)ν寥澜Y(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重等原因，致使大規(guī)模推廣存在許多問題。植物修復(fù)技術(shù)是利用超富集植物從被污染的環(huán)境介質(zhì)中去除重金屬污染物或降低重金屬污染風(fēng)險的一類新技術(shù)，它既可以修復(fù)重金屬污染土地，也可以改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，還能從低品位的尾礦或土地中富集貴金屬，實現(xiàn)土地環(huán)境保護和金屬礦產(chǎn)資源高效回收利用的統(tǒng)一。與傳統(tǒng)治理方法相比，這項技術(shù)以其潛在的高效、經(jīng)濟及其生態(tài)協(xié)調(diào)性等優(yōu)勢顯示出巨大的生命力。廣義上的植物修復(fù)是指利用植物(包括草、灌、喬)去除污染土壤和廢水中重金屬的技術(shù)，包括植物萃取、根際過濾、植物揮發(fā)和植物固定。其中最有前景的是植物萃取，亦即通常所指的植物修復(fù)。植物萃取技術(shù)是指利用金屬富集植物或超富集植物的根系將土壤中的金屬提取出來并運移至植物地上部，通過收割地上部物質(zhì)帶走土壤中重金屬的一種方法。超富集植物是植物修復(fù)的基礎(chǔ)，尋找開發(fā)生物量大、富集重金屬能力強的超富集植物是植物修復(fù)技術(shù)走向工程應(yīng)用的首要任務(wù)。目前，關(guān)于錳超富集植物的衡量標(biāo)準(zhǔn)包括3項指標(biāo)一是臨界含量特征，錳超富集植物葉片或地上部(干重)中含錳達到10000 mg/kg ;二是具有轉(zhuǎn)移特征，植物體地上部錳含量大于其根部含量；三是超富集植物具有耐性特征和富集特征。利用超富集植物修復(fù)重金屬污染土壤是目前研究最多、最有發(fā)展前景的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用錳超富集植物牛膝修復(fù)重金屬污染土壤的方法，該方法在不破壞土壤原狀結(jié)構(gòu)，保持土壤微生物活性的情況下，將牛膝種植在錳污染土壤上，利用牛膝的根系從土壤中吸收大量的錳元素并轉(zhuǎn)運到地上部分累積，植物成熟后將其收獲并移出土壤以達到修復(fù)的目的。該方法綠色安全，具有投入成本低、工程量小、沒有二次污染，能減少土壤侵蝕等優(yōu)點。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
利用錳超富集植物牛膝修復(fù)重金屬污染土壤，在錳污染土壤上種植牛膝，待牛膝植株生長成熟后，將整株植物移出污染土壤，并妥善處理，以實現(xiàn)修復(fù)的目的。本發(fā)明中所用植物牛膝是是用種子繁殖，所屬植物為錳富集植物。本發(fā)明中所用植物牛膝在播種前將種子用30°C溫水浸泡8_12h，撈出并放入容器內(nèi)，覆蓋濕布保濕，待50%種子萌芽時，取出并 拌入適量細土，進行撒播。本發(fā)明中所用植物牛膝，在錳污染土壤上種植牛膝，牛膝從污染土壤中吸收錳并向地上部分轉(zhuǎn)移，當(dāng)牛膝植株生長成熟后，將整株植物從污染土壤上移除，通過連續(xù)種植牛膝，重復(fù)上述操作，直至土壤中的錳含量達到環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明所用植物為牛膝牛膝(Achyranthes bidentata),多年生草本，高70-120cm。根細長，黃白色，肉質(zhì)。莖有棱，疏被柔毛，節(jié)膨大如膝。葉對生，橢圓形或坡針形，兩面疏生細柔毛，沿主脈較密。穗狀花序頂生和腋生，花后總花梗伸長，花向下折而貼靠總花便；苞片I，膜質(zhì)，寬卵形，頂端漸尖，小苞片2，刺狀，長約3毫米，基部兩側(cè)各有I卵狀膜片，長約O. 3毫米，苞片及小苞片均無緣毛；花被片5，綠色，多具I脈；雄蕊5，花絲下部合生，退化雄蕊短于花絲，舌狀，頂端平圓或淺波狀；子房上位。胞果長圓形?；ㄆ?-9月份，果期9-10月份。本發(fā)明所具有的優(yōu)點
I.本發(fā)明所采用植物牛膝，生物量大，生長迅速，繁殖力強，對錳具有很強的耐性、吸收以及超富集能力。將牛膝種植在錳污染土壤中，通過植物根系從土壤中吸收大量的錳元素并轉(zhuǎn)運到地上，待植物成熟后將其整株移出土壤，并進行妥善處理，從而達到快速有效、綠色安全的修復(fù)錳污染土壤的目的。2.本發(fā)明采用牛膝修復(fù)錳污染土壤，綠色安全，具有投入成本低、工程量小、沒有二次污染，能減少土壤侵蝕等優(yōu)點。


圖I為不同濃度錳處理牛膝生物量的檢測圖 圖2為不同濃度錳處理牛膝根長和株高的檢測圖 圖3為不同濃度錳處理牛膝錳含量的檢測圖
圖4為不同濃度錳處理牛膝錳積累量的檢測圖。
具體實施例方式實驗土壤類型為紫色土，每盆裝土 2 kg，按盆栽作物對養(yǎng)分的需求(N 200mg · kg' P2O5IOO mg · kg' K2O 150一200 mg · kg-1)分別加入尿素、磷酸二氫鉀和硫酸鉀400，200，300 mg .kg'實驗共設(shè)8個處理，分別為CK (對照，不添加錳)、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000 和 10000 mg/kg,以 MnCl2. 4H20 的形式加入，每個處理 3 個重
復(fù)。平衡I周后，將種子用30°C溫水浸泡8-12h，撈出并放入容器內(nèi)，覆蓋濕布保濕，待50%種子萌芽時，取出并拌入適量細土，撒播在錳污染土壤表層，待種子苗出齊后，間苗，每盆留I株。根據(jù)盆中土壤缺水狀況，不定期澆水，使土壤含水量保持在田間持水量的75-80%左右，盆下放置塑料托盤并將土壤水分滲漏液倒回盆中，植物生長時間為3個月。
將收獲的牛膝樣品反復(fù)用自來水沖洗干凈，去除粘附于植物樣品上的泥土和污物，然后用去離子水沖洗干凈，用吸水紙把表面水吸干。將樣品分為地上部分和根系，測定其株高、根長以及各部分鮮重，鮮樣在105°C下殺青30分鐘，然后在70°C下烘干至恒重，測定其干物質(zhì)量，最后用不銹鋼粉碎機磨細，過60目尼龍網(wǎng)篩，供分析測定用。植物樣品用HNO3 - HClO4消化，用原子吸收分光光度計測定其中的錳含量。采用Microsoft Excel 2003進行平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的運算，以平均值土標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示，并采用最小顯著性差異檢驗(LSD檢驗)進行植物樣品間差異顯著性檢驗。實驗結(jié)果如下
錳污染對牛膝生長發(fā)育的影響。參見圖I、圖2可知，隨著介質(zhì)中錳濃度的升高，除了牛膝根長無明顯變化外，根、地上生物量及株高都顯著降低(P〈0. 01)，表明往土壤中添加錳抑制了牛膝的生長和發(fā)育。與對照相比，當(dāng)錳添加濃度為3000 mg/kg時，地上和根生物量分 別減少了 43%和66%，株高減少了 24% ;當(dāng)錳添加濃度為4000 mg/kg時，地上和根生物量分別減少了 90%和84%，株高減少了 67%，而超過4000 mg/kg后，牛膝已無法存活。牛膝對錳的吸收。參見圖3可知，牛膝地上部分錳含量隨著錳供應(yīng)水平的增加而升高(p〈0. 01)，同時根系錳含量也隨之升高(p〈0. 05)。當(dāng)錳添加濃度為4000 mg/kg時，牛膝地上部分錳含量為18809. 91 mg/kg，遠超過了錳超富集植物臨界含量10000 mg/kg標(biāo)準(zhǔn)。參見表I可知，牛膝對錳有很強的吸收和富集能力，生物富集系數(shù)是指植物體內(nèi)某種重金屬含量與土壤中同種重金屬含量的比值，反映植物對土壤重金屬元素的富集能力，富集系數(shù)越高，表明植物對重金屬的吸收累積能力就越強，就越有利于植物對重金屬污染土壤的提取和修復(fù)。當(dāng)錳添加濃度為3000和4000 mg/kg時，生物富集系數(shù)分別為I. 79和2. 55，均大于1，表明牛膝具備了錳超富集植物的富集系數(shù)特征。表I不同錳處理濃度下牛膝對錳的富集系數(shù)、轉(zhuǎn)移系數(shù)和提取率
晝M里濃度(mg/kg) I富集系數(shù)I轉(zhuǎn)移系數(shù)I提取率(0~
CK__2. 13 O. 15_
3000 I. 79 7.460! 72 ~
4000 丨2· 55 丨9· 07|θ· 19 ~
生物轉(zhuǎn)移系數(shù)是指植物地上部重金屬含量與根部重金屬含量之比，用來評價植物將重
金屬從根系向地上部運輸和積累的能力。生物轉(zhuǎn)移系數(shù)越高，則重金屬從地下向地上器官
的運輸能力就越強。參見表I可知，當(dāng)錳添加濃度為3000和4000 mg/kg時，生物轉(zhuǎn)移系數(shù)
分別為7. 46和9. 07，均大于1，符合超富集植物積累金屬的一般特征。錳在牛膝地上部和
根系中的分布存在顯著差異，整個植株吸收的錳超過95%都分布在地上部，表明牛膝根系
吸收的錳有很強的向地上部分轉(zhuǎn)運的能力。重金屬的提取率是指植物重金屬積累量與土壤中重金屬含量之比，是一個用來評價超富集植物提取修復(fù)重金屬污染土壤潛力的重要指標(biāo)。參見表I可知，當(dāng)錳添加濃度為3000和4000 mg/kg時，提取率分別為O. 72%和O. 19%，提取率隨著土壤中錳濃度的升高而降低。參見圖4可知，牛膝地上部錳累積量(ug/盆)遠大于根部(p〈0. 01)，當(dāng)錳添加濃度為3000 mg/kg時，地上部和根部錳積累量分別為77439. 19和1463.61 ug/盆，地上部是根部的52. 91倍，當(dāng)錳添加濃度為4000 mg/kg時，地上部和根部錳積累量分別降低為26521. 98和1098. 67 ug/盆，地上部為根部的24. 14倍。因此，通過收獲植株的地上部，也能達到去除土壤中錳污染的目的。通過上述實驗結(jié)果表明，本發(fā)明所采用植物牛膝對錳有很強的富集和積累能力，將牛膝種植在錳污染土壤上，當(dāng)土壤中錳添加濃度為4000 mg/kg,牛膝地上部錳濃度為18809.91 mg/kg，遠超過了錳超富集植物臨界含量10000 mg/kg標(biāo)準(zhǔn)，此時生物轉(zhuǎn)移系數(shù)和富集系數(shù)分別為9. 07和2. 55，均達到了錳超富集植物的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)牛膝成熟后，將整株植物從土壤移除并妥善處理，從而達 到去除土壤中過量錳的目的。在錳污染土壤上連續(xù)種植牛膝，并不斷的整株收獲和移除土壤，直至土壤中錳含量達到環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)。采用本發(fā)明既能修復(fù)重金屬污染土壤，還能美化環(huán)境，是一種廉價、綠色、安全的土壤治理技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種利用錳超富集植物牛膝修復(fù)重金屬污染土壤的方法，其特征在于在錳污染土壤上種植牛膝，當(dāng)牛膝植株成熟后，將整株植物從污染土壤上移除，從而實現(xiàn)修復(fù)錳污染土壤的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用錳超富集植物牛膝修復(fù)重金屬污染土壤的方法，其特征在于所述植物牛膝是用種子繁殖，所屬植物為錳富集植物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用錳超富集植物牛膝修復(fù)重金屬污染土壤的方法，其特征在于牛膝播種前將種子用30°C溫水浸泡8-12h，撈出并放入容器內(nèi)，覆蓋濕布保濕，待.50%種子萌芽時，取出并拌入適量細土，進行撒播。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用錳超富集植物牛膝修復(fù)重金屬污染土壤的方法，其特征在于在錳污染土壤上種植牛膝，牛膝從污染土壤中吸收錳并向地上部分轉(zhuǎn)移，當(dāng)牛膝植株生長成熟后，將整株植物從污染土壤上移除，通過連續(xù)種植牛膝，重復(fù)上述操作，直至土壤中的錳含量達到環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及重金屬污染土壤植物修復(fù)技術(shù)，是一種利用錳超富集植物牛膝修復(fù)重金屬污染土壤的方法。牛膝為多年生草本植物，野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，對錳具有很強的耐性及富集能力。室內(nèi)培養(yǎng)試驗表明，將牛膝種植在錳污染土壤中，其根系可從土壤中吸收錳，并將其轉(zhuǎn)運到地上部分累積。當(dāng)牛膝生長成熟后將其收獲并妥善處理，從而達到去除土壤中過量錳的目的。通過在錳污染土壤上連續(xù)種植牛膝并不斷收獲的方式，使污染土壤中的錳不斷被提取出來，直至土壤中的錳含量達到環(huán)境安全的標(biāo)準(zhǔn)。采用本發(fā)明修復(fù)錳污染土壤，是一種綠色、安全的污染土壤治理方法。
文檔編號B09C1/10GK102632074SQ20121011661
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者江長勝, 郝慶菊, 黃小娟 申請人:西南大學(xué)