一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅污染土壤或水體的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及治理環(huán)境污染的植物修復(fù)技術(shù)，特別涉及利用超富集植物治理重金屬污染土壤或水體的方法，具體的說是一種利用超富集植物藎草（Arthraxonhispidus(Thunb.)Makino）治理銻、砷、鉛及鋅污染土壤或水體的方法。本發(fā)明通過在含銻、砷、鉛及鋅污染土壤或水體中種植藎草，利用其在生長發(fā)育過程中對銻的超富集能力及對鋅、鉛及砷的高富集能力，將土壤或水體中的銻、砷、鉛及鋅向其地上部分轉(zhuǎn)移，當(dāng)藎草植株長到成熟時(shí)期，將其地上部分收割并從污染土壤或水體中移走，再在銻、砷、鉛及鋅污染土壤或水體中重復(fù)上述種植及收割并移走藎草的操作過程，直至土壤或水體銻、砷、鉛及鋅的含量達(dá)到環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從而達(dá)到去除土壤或水體中的銻、砷、鉛及鋅污染的目的。
【專利說明】一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅污染土壤或水體的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及治理污染環(huán)境的植物修復(fù)技術(shù)，特別涉及利用超富集植物治理重金屬污染土壤或水體的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]土壤和水體重金屬污染是全球所面臨的重大環(huán)境問題之一。據(jù)國家環(huán)保部的調(diào)查顯示，我國重金屬污染土壤面積至少有2000萬公頃，水體重金屬污染問題也十分突出，江河湖庫底質(zhì)的污染率高達(dá)80.1%。因重金屬造成的水體和土壤污染已對我國的生態(tài)環(huán)境、食品安全、人體健康和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。
[0003]我國礦產(chǎn)以伴生礦居多，在采礦工業(yè)區(qū)和冶煉工業(yè)區(qū)周圍排出的重金屬“三廢”常常形成情況復(fù)雜的污染，對人體、生物及環(huán)境造成巨大危害。銻是一種分布廣泛的有毒有害重金屬元素，在巴塞爾公約中將銻列為危險(xiǎn)廢物。銻對人體及生物的危害巨大，可與體內(nèi)某些酶的巰基相結(jié)合，破壞組織新陳代謝，損害心、肝、腎及神經(jīng)系統(tǒng)。銻的粉塵及煙霧對皮膚粘膜有刺激作用，可引起皮炎及口腔、鼻粘膜炎癥。銻及其化合物用途廣泛，主要用于生產(chǎn)陶瓷，玻璃，電磁，油漆，煙火材料，合金，驅(qū)蟲劑，阻燃劑等，其廣泛開采及使用導(dǎo)致污染問題日益突出。砷是一種致癌致畸的有毒元素，常和重金屬礦產(chǎn)伴生。砷在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛，砷和含砷金屬的開采、冶煉，用砷或深化合物作原料的玻璃、顏料、原藥、紙張的生產(chǎn)以及煤的燃燒等過程，都可產(chǎn)生含砷廢水、廢氣和廢渣，對環(huán)境造成污染。鉛也是一種有毒有害的重金屬元素，屬于危險(xiǎn)廢物，在環(huán)境中可以長期積累，進(jìn)入食物鏈后具有生物積累和生物放大作用，對人體和生物的神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等造成巨大危害。鋅是人體和生物的必需元素，但鋅過量會造成污染，鋅礦開采、冶煉加工、機(jī)械制造以及鍍鋅、儀器儀表、有機(jī)會合成和造紙等工業(yè)的排放，使土壤和水體受到污染。
[0004]目前治理銻、砷、鉛及鋅等重金屬污染土壤的方法很多，主要有物理修復(fù)技術(shù)，化學(xué)修復(fù)技術(shù)，生物修復(fù)技術(shù)。生物修復(fù)技術(shù)主要有植物修復(fù)技術(shù)和微生物修復(fù)技術(shù)。
[0005]植物修復(fù)技術(shù)就是利用植物來治理污染了的環(huán)境，即利用植物及其根際圈微生物體系的吸收、揮發(fā)和轉(zhuǎn)化及降解等作用機(jī)理來清除污染環(huán)境中的污染物質(zhì)。廣義的植物修復(fù)包括利用植物凈化空氣，利用植物及其根際圈微生物凈化污水和治理污染土壤，主要包括重金屬、放射性核素及有機(jī)污染物等。狹義的植物修復(fù)主要指利用植物及根際圈微生物體系清潔污染土壤，包括無機(jī)和有機(jī)污染物。而通常所說的植物修復(fù)主要指利用超富集植物的提取作用出去污染土壤中的重金屬，即通過重復(fù)種植和收獲超富集植物將污染土壤中的重金屬濃度降到可接受水平。植物修復(fù)技術(shù)具有費(fèi)用低、效果好、可操作性強(qiáng)、不破壞土壤和水體基本結(jié)構(gòu)與功能、不引起二次污染、保持水體、美化環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有潛力的污染治理技術(shù)。
[0006]植物修復(fù)技術(shù)的前提是找到對某種或某些重金屬具有特殊吸收富集能力的超富集植物。超富集植物也叫超積累植物，這一定義最初是由Books提出的，當(dāng)時(shí)是用來命名莖中鎳的含量大于1000 mg/kg的植物。現(xiàn)在超富集植物的概念已經(jīng)擴(kuò)大到植物多所有金屬元素的超富集現(xiàn)象，即能超富集一種金屬元素或同時(shí)能富集幾種金屬元素的植物，超富集通常指對重金屬的吸收累積量超過一般植物的100倍。目前國際上有關(guān)衡量超富集植物的常用標(biāo)準(zhǔn)有三個(gè):一是臨界含量特征，即植物地上部分(主要指莖或葉)富集的重金屬量是普通植物在同一生長條件下的100倍以上，銻、砷及鉛的臨界濃度均為1000 mg kg—1，鋅的臨界濃度為10000 mg kg_S二是轉(zhuǎn)移特征，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(即植物地上部分(主要指莖或葉)重金屬含量與其根部重金屬含量的比值)大于I。三是耐性特征，是指植物對重金屬具有較強(qiáng)的耐性，植物能正常生長。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅污染土壤或水體的方法。該方法具有能同時(shí)去除多種污染物、費(fèi)用低、效果好、可操作性強(qiáng)、不破壞土壤或水體基本結(jié)構(gòu)與功能、不引起二次污染、保持水體、美化環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0009]本發(fā)明通過在含銻、砷、鉛及鋅污染的土壤或水體中種植藎草，利用其在生長發(fā)育過程中對銻的超富集能力，對砷、鉛及鋅的高富集能力，將土壤或水體中的銻、砷、鉛及鋅向植物地上部分轉(zhuǎn)移，當(dāng)藎草種植到植株成熟時(shí)期，將整個(gè)植株或其地上部分收割并從污染土壤或水體中移走，再在銻、砷、鉛及鋅污染土壤或水體中重復(fù)上述種植及收割并移走藎草的操作過程，直至土壤或水體中銻、砷、鉛及鋅含量達(dá)到環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從而達(dá)到去除土壤或水體中的鋪、砷、鉛及鋅污染的目的。
[0010]本發(fā)明所用植物為禾本科寒草屬植物寒草，英文名為Arthraxon hispidus(Thunb.) Makino0
[0011]藎草作為超富集銻植物在我國尚屬首次發(fā)現(xiàn)，在國際上亦未見過相關(guān)報(bào)道。采集于我國某銻污染區(qū)的藎草所富集銻的量符合國際上有關(guān)超富集植物的衡量標(biāo)準(zhǔn)；其地上部分銻含量高達(dá)1336 mg kg'超過其臨界濃度；根部銻含量為35 mg kg_\轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大于I ;對銻有較強(qiáng)的耐性，植物能夠正常生長。
[0012]藎草不僅能對銻有超富集能力，而且對砷、鉛及鋅的富集能力也很高，是普通植物富集砷、鉛及鋅能力的幾十倍以上，可同時(shí)用于治理銻、砷、鉛及鋅污染。
[0013]藎草形態(tài)特征:一年生，桿細(xì)弱，無毛，基部傾斜，高30-60 cm，具多節(jié)，常分枝，基部節(jié)著地易生根。葉鞘短于節(jié)間，生短硬疣毛；葉舌膜質(zhì)，長0.5-1 _，邊緣具纖毛；葉片卵狀披針形，長2-4 cm，寬0.8-1.5 cm，基部心形，抱莖，除下部邊緣生疣基毛外余均無毛?？偁罨ㄐ蚣?xì)弱，長1.5-4 cm, 2-10枚呈指狀排列或簇生于桿頂；總狀花序軸節(jié)間無毛，長為小穗的2/3-3/4。無柄小穗卵狀披針形，呈兩側(cè)壓扁，長3-5 mm，灰綠色或帶紫；第一穎草質(zhì)，邊緣膜質(zhì)，包住第二穎2/3，具7-9脈，脈上粗糙至生疣基硬毛，尤以頂端及邊緣為多，先端銳尖；第二穎近膜質(zhì)，與第一穎等長，舟形，脊上粗糙，具3脈而2側(cè)脈不明顯，先端尖；第一外稃長圓形，透明膜質(zhì)，先端尖，長為第一穎的2/3 ;第二外稃與第一外稃等長，透明膜質(zhì)，近基部伸出一膝曲的芒；芒長6-9 mm,下幾部扭轉(zhuǎn)；雄蕊2 ;花藥黃色或帶紫色,長0.7-1mm。穎果長圓形，與稃體等長。有柄小穗退化僅到針狀刺，柄長0.2-1毫米。花果期9_11月。分布于全國各地及舊大陸的溫暖區(qū)域，變異性甚大，主要生于山坡草地陰濕處。
[0014]本發(fā)明所述的種植藎草是指可采用土培和水培兩種栽培方式。土培方式即采用土壤作為植物生長發(fā)育所需的環(huán)境介質(zhì)的栽培方式，將植物種子直接播種或?qū)⒅参镉酌缰苯釉耘嘣谕寥乐校⒃诜N植過程中提供植物正常生長發(fā)育所需的光照、溫度、水分等條件及其生長發(fā)育所需的營養(yǎng)物質(zhì)，以保證植物能正常生長發(fā)育；植物生長發(fā)育所需營養(yǎng)物質(zhì)由土壤環(huán)境所含營養(yǎng)物質(zhì)直接提供，或通過人工施肥添加外源營養(yǎng)物質(zhì)的方式提供，氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)的添加量為0.01-0.5 g kg_s植物生長發(fā)育所需水分由自然降水方式提供，或通過人工灌溉方式提供，水分在20%-100%田間持水量范圍內(nèi)；植物生長發(fā)育所需光照和溫度由室外自然條件提供，溫度在5-40 °C范圍內(nèi)。水培方式即采用水體作為植物生長發(fā)育所需的環(huán)境介質(zhì)的栽培方式，將植物幼苗栽培于水體中，植物通過根部與水體接觸，通過支撐介質(zhì)穩(wěn)固在水體上，并在種植過程中提供植物正常生長發(fā)育所需光照、溫度、水分等條件及生長發(fā)育所需營養(yǎng)物質(zhì)，以保證植物能正常生長發(fā)育；利用浮床作為植物固定在水體中的支撐介質(zhì)，植物根部通過浮床上鉆的小孔直接與水體接觸；植物生長發(fā)育所需營養(yǎng)物質(zhì)由水體環(huán)境所含營養(yǎng)植物直接提供，或通過人工施肥添加外源營養(yǎng)物質(zhì)的方式提供，氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)的添加量為0.01-0.5 g kg_S植物生長發(fā)育所需水分由水體自身提供；植物生長發(fā)育所需光照和溫度由室外自然條件提供，溫度在10-40 °C范圍內(nèi)。
[0015]本發(fā)明所述的種植藎草是指可利用藎草種子繁殖方式或可利用藎草匍匐莖莖節(jié)處萌發(fā)的腋芽進(jìn)行營養(yǎng)繁殖方式。
[0016]本發(fā)明所述的土壤或水體是指含有銻、砷、鉛及鋅單一污染或復(fù)合污染的土壤或水體。
[0017]本發(fā)明所述藎草來源于我國某銻、砷、鉛及鋅污染區(qū)，可利用其種子進(jìn)行繁殖或可利用自然生長在銻污染區(qū)的藎草幼苗進(jìn)行栽培或可利用其匍匐莖莖節(jié)處萌發(fā)的腋芽進(jìn)行營養(yǎng)繁殖形成新的藎草植株幼苗進(jìn)行栽培。藎草種子的繁殖溫度要求在10-40 °C范圍內(nèi)，水分要求在20%-100%田間持水量范圍內(nèi)，播種深度要求為0-2 cm范圍內(nèi)。將藎草種子直接播種在銻、砷、鉛及鋅污染土壤中，或?qū)⒂酌缙诘乃|草栽培在銻、砷、鉛及鋅污染土壤或有浮床為固定支撐介質(zhì)的水體中。
[0018]本發(fā)明所述收割并移走藎草是指將藎草種植到植株成熟時(shí)期，將其整個(gè)植株或其地上部分收割，并從污染土壤或水體中移走；再在銻、砷、鉛及鋅污染土壤或水體中重復(fù)上述種植及收割并移走藎草的操作過程，直至土壤中銻、砷、鉛及鋅的含量達(dá)到環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從而達(dá)到去除土壤或水體中的銻、砷、鉛及鋅污染的目的。
[0019]本發(fā)明有以下顯著優(yōu)點(diǎn)。
[0020]1.本發(fā)明所采用的植物藎草是一種超富集銻植物，在我國尚屬首次發(fā)現(xiàn)，在國際上亦未見過相關(guān)報(bào)道。該植物不僅能對銻有超富集能力，而且對砷、鉛及鋅的富集能力也很高，是普通植物富集砷和鋅能力的幾十倍以上，可同時(shí)用于治理銻、砷、鉛及鋅污染。該植物對環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)，生長范圍廣，容易種植，為研究銻、砷、鉛及鋅污染植物修復(fù)技術(shù)提供了寶貴的植物資源。
[0021]2.本發(fā)明所述的一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅污染土壤或水體的方法，具有能同時(shí)去除多種污染物、費(fèi)用低、效果好、可操作性強(qiáng)、不破壞水體或土壤基本結(jié)構(gòu)與功能、不引起二次污染、保持水土、美化環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。
[0022]3.本發(fā)明所述的一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅污染土壤或水體的方法，可大面積推廣應(yīng)用。

【具體實(shí)施方式】
[0023]在某銻污染區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)研究，該污染區(qū)土壤中銻、砷、鉛及鋅的平均含量分別為85、96、280、3200 mg kg—1，利用該銻污染區(qū)自然生長的藎草幼苗進(jìn)行種植，溫度在10-40 V范圍內(nèi)，水分在20%-100%田間持水量范圍內(nèi)；當(dāng)藎草植株長到成熟時(shí)期，將其整個(gè)植株收害!]，并從污染土壤中移走。經(jīng)分析測定，成熟的藎草植株地上部分銻、砷、鉛及鋅的平均含量分別達(dá)1336、316、1120、370 mg kg_\根部銻、砷、鉛及鋅的平均含量分別為35、28、890、57 mg kg—1，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均大于I。植物對銻、砷、鉛及鋅有較強(qiáng)的耐性，植物生長正常，株高達(dá)50-60 cm。該試驗(yàn)表明，藎草對銻具有超富集能力，對砷、鉛及鋅具有高富集能力，可用于治理鋪、砷、鉛及鋅污染土壤或水體。
【權(quán)利要求】
1.一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅污染土壤或水體的方法，其特征在于:在含銻、砷、鉛及鋅污染的土壤或水體中種植藎草，利用其自然生長過程中對銻的超富集能力及對砷、鉛及鋅的高富集能力，將土壤或水體中的鋪、砷、鉛及鋅向植物地上部分轉(zhuǎn)移，當(dāng)藎草長到成熟時(shí)期，將其地上部分或整個(gè)植株收割并從污染土壤或水體中移走，再在銻、砷、鉛及鋅污染土壤或水體中重復(fù)上述種植及收割并移走藎草的操作過程，直到土壤或水體中鋪、砷、鉛及鋅含量達(dá)到環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從而達(dá)到治理土壤或水體中鋪、砷、鉛及鋅污染的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅污染土壤或水體的方法，其特征在于:所述種植藎草是指可采用土培方式種植，即采用土壤作為植物生長發(fā)育所需的環(huán)境介質(zhì)，將植物種子直接播種或?qū)⒅参镉酌缰苯釉耘嘣谕寥乐?，并在種植過程中提供植物正常生長發(fā)育所需光照、溫度、水分等條件及其生長發(fā)育所需營養(yǎng)物質(zhì)，以保證植物能正常生長發(fā)育；植物所需營養(yǎng)物質(zhì)由土壤環(huán)境所含營養(yǎng)植物提供，或通過人工施肥添加外源營養(yǎng)物質(zhì)的方式提供，氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)的添加量為0.01-0.5 g kg—1;植物所需水分由自然降水方式提供，或通過人工灌溉方式提供，水分在20%-100%田間持水量范圍內(nèi)；植物生長發(fā)育所需光照和溫度由室外自然條件提供，溫度在10-40 °C范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅污染土壤或水體的方法，其特征在于:所述種植藎草是指可采用水培方式種植，即采用水體作為植物生長發(fā)育所需的環(huán)境介質(zhì)，將植物幼苗直接栽培在水體環(huán)境中，植物通過根部與水體接觸，通過支撐介質(zhì)穩(wěn)固在水體上，并在種植過程中提供植物正常生長發(fā)育所需光照、溫度、水分等條件及生長發(fā)育所需營養(yǎng)物質(zhì)，以保證植物能正常生長發(fā)育；利用浮床作為植物固定在水體中的支撐介質(zhì)，植物根部通過浮床上鉆的小孔直接與水體接觸；植物所需要營養(yǎng)植物由水體環(huán)境所含營養(yǎng)植物提供，或通過人工施肥添加外源營養(yǎng)物質(zhì)的方式提供，氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)的添加量為0.01-0.5 g/kg，植物所需水分由水體自身提供；植物生長所需光照和溫度由室外自然條件提供，溫度在10-40 °〇范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅污染土壤或水體的方法，其特征在于:所述藎草來源于我國某銻、砷、鉛及鋅污染區(qū)，可利用其種子進(jìn)行繁殖或利用自然生長在銻、砷、鉛及鋅污染區(qū)的藎草幼苗進(jìn)行栽培或可利用其匍匐莖莖節(jié)處萌發(fā)的腋芽進(jìn)行營養(yǎng)繁殖形成新的藎草植株幼苗進(jìn)行栽培，將藎草種子直接播種在銻、砷、鉛及鋅污染土壤中，或?qū)⑺|草幼苗直接栽培于污染土壤或水體中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅污染土壤或水體的方法，其特征在于:將藎草種植到植株成熟時(shí)期，將其整個(gè)植株或其地上部分收割，并從污染土壤或水體中移走；再在銻、砷、鉛及鋅污染土壤或水體中重復(fù)上述種植及收割并移走藎草的操作過程，直至土壤中銻、砷、鉛及鋅含量達(dá)到環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從而達(dá)到治理銻、砷、鉛及鋅污染土壤或水體的目的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超富集植物藎草治理銻、砷、鉛及鋅污染土壤或水體的方法，其特征在于:所述土壤或水體是指含有銻、砷、鉛及鋅單一污染或復(fù)合污染的土壤或水體。
【文檔編號】B09C1/00GK104174638SQ201310201011
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月27日
【發(fā)明者】袁藝寧, 盧明 申請人:袁藝寧, 盧明