專利名稱：銅污染土壤的生物原位修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及治理銅污染土壤的方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，銅已成為環(huán)境中一種重要的污染元素。礦山的開發(fā)，工業(yè)“三廢”的排放，城市生活垃圾、污泥及含銅農(nóng)藥(如波爾多液)的不合理使用，廄肥的農(nóng)用，造成土壤特別是農(nóng)田土壤中的銅含量急劇增加。銅一旦污染土壤，不僅退化土壤肥力，降低作物的產(chǎn)量與品質(zhì)，惡化水環(huán)境，并能通過食物鏈危及人類生命和健康。我國的重金屬污染的農(nóng)田土壤中，銅污染是個普遍現(xiàn)象，而且與其它重金屬元素相比，銅的毒性較強，因此對環(huán)境中的銅治理應(yīng)該受到重視。
目前，修復(fù)治理土壤重金屬污染的措施主要有(1)工程修復(fù)。如客土、換土、翻土、去表土和淋洗法；用工程修復(fù)措施來治理重金屬污染土壤，具有效果徹底、穩(wěn)定等優(yōu)點，是一種治本的措施，但由于存在實施繁復(fù)、治理費用高、導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞和易引起土壤肥力減弱等缺點，因而一般適用于小面積、重污染的土壤。(2)化學(xué)改良修復(fù)。如有機質(zhì)法、吸附法及沉淀法等；該方法通過向土壤添加各種化學(xué)改良劑，增加土壤有機質(zhì)、陽離子交換量及粘粒含量，改變土壤理化性質(zhì)，使土壤中重金屬發(fā)生氧化、還原、沉淀、吸附、抑制和拮抗作用，可降低重金屬的生物有效性，對重金屬起一定鈍化作用。但不能有效的修復(fù)治理重金屬污染土壤。(3)生物修復(fù)。如動物、微生物和植物修復(fù)。這種利用能忍耐和積累某種或某些重金屬的特殊植物修復(fù)治理重金屬污染土壤的技術(shù)(即植物修復(fù)技術(shù))越來越引起土壤-植物-環(huán)境界的重視。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種銅污染土壤的生物原位修復(fù)方法。
本發(fā)明目的是通過種植海州香薷，利用海州香薷的根系大量吸收土壤中的銅，并向上輸送和轉(zhuǎn)運到地上部，收割地上部并將其移走，而從土壤中帶走大量銅，實現(xiàn)銅污染土壤的生物原位修復(fù)的。
本發(fā)明所提供的方法包括以下步驟以傳統(tǒng)農(nóng)耕法將海州香薷種植到銅污染土壤中，添加改良劑控制土壤pH為中性和偏堿性之間；定期或視海州香薷生長高度進行收割，并將收割的地上部轉(zhuǎn)移到其他地方集中處理。
上述的定期或視海州香薷生長高度進行收割，可在海州香薷生長10個月后，生長到80～100cm高度時收割其地上部。并將收割的地上部材料轉(zhuǎn)移到其他地方集中資源化處理，回收植物殘株中可利用的元素。
對于酸性土壤則通過施用堿性改良劑如粉煤灰或堿性有機肥料進行調(diào)節(jié)。
為促進海州香薷的生長，提高其生物產(chǎn)量，在土壤中施加促進海州香薷生長的營養(yǎng)元素氮磷鉀肥或有機肥料。
為促進海州香薷對銅的吸收轉(zhuǎn)運，在土壤中施加促進海州香薷吸收轉(zhuǎn)運銅的有機肥料。
海州香薷是一年生草本植物，莖直立，在野外高達15～50cm，有許多分枝，葉子呈茅尖狀，長1.5～3.5cm，寬0.5～1.5cm，葉柄長0.3～1.0cm。據(jù)估計，海州香薷的干物質(zhì)產(chǎn)量在野外可達4.5t/ha，如果土壤肥沃時則遠遠可超過4.5t/ha。海州香薷對銅有極強的耐性，在野外能在含銅量為1645～8950mg/kg土壤環(huán)境中正常生長，其根系和地上部分的銅含量可高達2288mg/kg和304mg/kg，其含銅量遠高于一般植物(0～30mg/kg)。經(jīng)人工栽培后的海州香薷，生物產(chǎn)量更高，植株高度更大。在田間條件下，其地上部生物產(chǎn)量可達12.1t/ha，植株高度可達80～100cm。海州香薷具有發(fā)達的根系組織，在Cu污染嚴重的土壤中，海州香薷能通過強大而又密集的根系吸收和富集及忍耐高水平的銅，而且在可收獲部分能積累大量的銅，地上部的銅含量可達0.89～1.42kg/ha。海州香薷對Cu的強積累特性可應(yīng)用于銅污染土壤的植物修復(fù)，即利用海州香薷能在被銅污染的土壤內(nèi)生長并且能吸收積累高水平的銅的能力，收獲地上部后可減少土壤中的銅含量。海州香薷有相對比其它超積累植物如遏藍菜更大得多的生物量，且對干旱和貧瘠的土壤條件有較強的抵抗力，因此在Cu污染土壤的植物修復(fù)中具有廣泛的應(yīng)用價值。
不僅如此，海州香薷在整個生長過程，具有濃郁香味。海州香薷作為民間藥材，在中醫(yī)上用于發(fā)表解暑、行水利濕、治療暑濕感冒等，其揮發(fā)性油成分具有廣譜抗菌和殺菌作用，對痢疾桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色葡萄球菌有強的殺菌作用，對綠濃桿菌、傷寒桿菌均有明顯的抑菌作用，可望做成油膏涂鼻劑、噴霧劑、栓劑、空氣凈化劑等。因此種植海州香薷對修復(fù)治理銅污染土壤不僅有重要環(huán)境意義，也有經(jīng)濟價值。
海州香薷可生長在中性和偏酸性及偏堿性的土壤中，適應(yīng)范圍廣，但土壤的酸堿度對海州香薷吸收銅有一定影響，在中性和偏酸性條件下更易吸收和富集銅，只是偏酸性土壤增加土壤銅的溶解性，從而造成地下水污染等。因此，對于pH偏酸性的土壤，適當(dāng)添加粉煤灰或堿性肥料等提高土壤pH值，以鈍化土壤銅的有效性，同時大面積種植海州香薷通過海州香薷強大而又密集的根系，分泌特定物質(zhì)酸化根際，改善根際環(huán)境，增加根際土壤銅有效性，促進海州香薷對銅的吸收和富集，加快海州香薷對銅污染土壤的修復(fù)和治理速度及效益。
通過改善栽培措施及耕作條件，可改善土壤理化性質(zhì)，促進海州香薷根系生長、發(fā)育，加速海州香薷對土壤中銅的吸收和富集。無機營養(yǎng)元素的添加，有機肥的施用，都能不同程度地促進銅向海州香薷地上部轉(zhuǎn)運。對銅污染土壤結(jié)合傳統(tǒng)農(nóng)耕措施和大面積種植海州香薷，可使土壤中銅更快地向海州香薷地上部轉(zhuǎn)運，加速海州香薷對銅污染土壤的修復(fù)效果。當(dāng)海州香薷長至10個月后，或視海州香薷高度為80～100cm時，可收割海州香薷地上部，轉(zhuǎn)移到其他地方集中資源化處理，并回收其中的元素，避免造成二次污染。
與傳統(tǒng)的污染土壤修復(fù)治理方法相比，通過種植海州香薷修復(fù)銅污染土壤，主要是利用海州香薷強大而又密集的根系固定土壤環(huán)境中大量的銅，吸收并轉(zhuǎn)運至地上部，從而收割地上部達到從土壤環(huán)境中帶走大量銅的目的，且通過海州香薷根部固定銅可避免造成地下水的污染。在酸性土壤中，通過施用粉煤灰等提高土壤pH，以鈍化土壤銅有效性，避免銅污染地下水。覆蓋密集的海州香薷強大根系一方面分泌酸性物質(zhì)酸化根際，一方面分泌可溶性有機質(zhì)，促進銅溶解及向海州香薷地上部轉(zhuǎn)運。另外，本發(fā)明提供的治理銅污染土壤的原位修復(fù)方法，具有投資少，維護成本低，工程量適當(dāng)，管理技術(shù)要求不高，可較快減輕污染土壤中的有效銅含量；而且不產(chǎn)生二次污染，對水土保持、固定土壤和美化景觀環(huán)境均具有良好效果。修復(fù)治理后的海州香薷植物資源化利用也可帶來一定的經(jīng)濟效益。


圖1為本發(fā)明的3種實施例中海州香薷根際和非根際土壤pH變化的試驗結(jié)果，圖中， 表示海州香薷非根際土壤pH， 表示海州香薷根際土壤pH；圖2為本發(fā)明的3種實施例中海州香薷根際和非根際土壤可溶性有機質(zhì)變化的試驗結(jié)果，圖中， 表示海州香薷非根際土壤可溶性有機質(zhì)， 表示海州香薷根際土壤可溶性有機質(zhì)；圖3為本發(fā)明的3種實施例中種植海州香薷前后銅污染土壤有效銅含量變化的試驗結(jié)果，圖中， 表示種植海州香薷前土壤表層醋酸銨有效銅， 表示種植海州香薷后土壤表層醋酸銨有效銅；
圖4為本發(fā)明的3種實施例中海州香薷地上部清除土壤銅污染的試驗結(jié)果。
具體實施例方式
以下實例將進一步說明本發(fā)明方法的可行性和積極效果。
實施例1在含銅量為1435mg/kg土壤環(huán)境中，若僅采用傳統(tǒng)方法施加氮磷鉀肥后，土壤表層醋酸銨有效銅含量為76.7mg/kg。種植海州香薷并按照普通農(nóng)作物的管理辦法，10個月后收割地上部。經(jīng)測定，種植海州香薷一季后，土壤表層醋酸銨有效銅含量為52.7mg/kg，減少24.0mg/kg；海州香薷根際pH降低0.22，根際可溶性有機質(zhì)分泌增加0.17mg/kg，海州香薷根際硝酸銨有效銅含量增加5.68mg/kg，根際重金屬活化率分別為18.1％。種植一季后海州香薷地上部生物產(chǎn)量可達9.2t/ha，地上部從含銅土壤環(huán)境中吸收和富集的總銅量為0.89kg/ha，地上部清除土壤環(huán)境中的銅含量為0.89kg/ha。
表1 實施例2在含銅量為1435mg/kg土壤環(huán)境中，若采用施加有機肥的辦法后，土壤表層醋酸銨有效銅含量為78.2mg/kg。種植海州香薷并按照普通農(nóng)作物的管理辦法，10個月后收割地上部。經(jīng)測定，種植海州香薷一季后，土壤表層醋酸銨有效銅含量為52.4mg/kg，減少25.8mg/kg；海州香薷根際pH降低0.06，根際可溶性有機質(zhì)分泌增加0.11mg/kg，海州香薷根際硝酸銨和醋酸銨有效銅含量相應(yīng)地增加15.71mg/kg、0.04mg/kg，根際重金屬活化率分別為48.0％和9.6％。種植一季后海州香薷地上部生物產(chǎn)量為9.1t/ha，地上部從含銅土壤環(huán)境中吸收和富集的總銅量為0.82kg/ha，地上部清除土壤環(huán)境中的銅含量為0.82kg/ha。
表2 實施例3在含銅量為1435mg/kg土壤環(huán)境中，若采用同時施加有機肥和粉煤灰的辦法后，土壤表層醋酸銨有效銅含量為71.4mg/kg。種植海州香薷并按照普通農(nóng)作物的管理辦法，10個月后收割地上部。經(jīng)測定，種植海州香薷一季后，醋酸銨有效銅含量為54.4mg/kg，減少可達20.9mg/kg；海州香薷根際pH降低0.27，根際可溶性有機質(zhì)分泌增加0.16mg/kg，海州香薷根際硝酸銨和醋酸銨有效銅含量相應(yīng)地增加8.66mg/kg、2.27mg/kg，根際重金屬活化率分別為25.0％和4.4％。種植一季后海州香薷地上部生物產(chǎn)量為9.3t/ha，地上部從含銅土壤環(huán)境中吸收和富集的總銅量為1.44kg/ha，地上部清除土壤環(huán)境中的銅含量為1.44kg/ha。
表3
權(quán)利要求
1.銅污染土壤的生物原位修復(fù)方法，其特征是以傳統(tǒng)農(nóng)耕法將海州香薷種植到銅污染土壤中，添加改良劑控制土壤pH為中性和偏堿性之間；定期或視海州香薷生長高度進行收割，并將收割的地上部轉(zhuǎn)移到其他地方集中處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅污染土壤的生物原位修復(fù)方法，其特征是對于酸性土壤則通過施用堿性改良劑進行調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅污染土壤的生物原位修復(fù)方法，其特征是所說的堿性改良劑是粉煤灰或堿性有機肥料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅污染土壤的生物原位修復(fù)方法，其特征是在土壤中施加促進海州香薷生長的氮磷鉀肥或有機肥料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅污染土壤的生物原位修復(fù)方法，其特征是在土壤中施加促進海州香薷吸收轉(zhuǎn)運銅的有機肥料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅污染土壤的生物原位修復(fù)方法，其特征是所說的定期收割為海州香薷生長10個月后，生長到80～100cm高度時收割其地上部。
全文摘要
本發(fā)明涉及銅污染土壤的生物原位修復(fù)方法。該方法通過種植海州香薷，利用海州香薷的根系大量吸收土壤中的銅，并向上輸送和轉(zhuǎn)運到地上部，定期或視海州香薷生長高度收割地上部并將其移走，而從土壤中帶走大量銅，實現(xiàn)銅污染土壤的生物原位修復(fù)。該方法經(jīng)濟、簡便、無二次污染，且可綠化美化環(huán)境。
文檔編號B09C1/10GK1544167SQ20031010894
公開日2004年11月10日 申請日期2003年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月25日
發(fā)明者楊肖娥, 彭紅云, 姜理英 申請人:浙江大學(xué)