一种治理土壤重金属复合污染的方法 【技术领域】
本发明涉及环境污染与治理领域，具体涉及一种土壤重金属复合污染的修复方法。
背景技术
重金属及其化合物是众所周知的“三致物质”，即致畸、致癌和致突变。自然条件下，土壤中的重金属并不会被生物所降解，其持留时间甚至超过一千年。重金属，尤其是镉、铅、锌毒性较大，会抑制土壤微生物生长，破坏生态平衡，进而引起土壤退化、肥力不足。更为严重地是，大约18.5％的农产品污染物含量超过了健康标准，在广东省的一些蔬菜和其它作物产品中，已检出了重金属含量超标，大大地限制了无公害食品、绿色食品、有机食品的生产和农产品出口，对经济效益的增加以及人体的健康和安全也是严重的阻碍。因此土壤的重金属污染造成的严重环境和公共健康问题日益受到人们的密切关注。
植物修复是上世纪90年代初发展起来的一种经济有效、环境友好、适用于轻度到中度污染土壤的生物修复技术，已逐渐成为当今环境科学领域的一个研究热点。作为其核心技术之一的植物提取技术是一种具永久性和广域性于一体的植物修复途径，已为人们认为是去除土壤内重金属的重要方法。植物提取是利用植物根系吸收一种或几种污染物特别是有毒金属，并将其转移、贮存到植物茎叶，然后收割茎叶，离地处理。在指将某种特定的植物种植在重金属污染的土壤上，而该种植物对土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力，将植物收获并进行妥善处理(如灰化回收)后可将该种重金属移出土壤，达到污染治理与生态恢复的目的(Flathman & Lanza，1998)。由于它具有投资少、不破坏场地结构、不引起二次污染等优点，已经成为一种可靠的、相对安全的环境友好修复技术，正被世界各国政府、科技界、企业界所关注。
目前用于修复土壤的植物包括高大的乔木，如杨树(Populus)、柳树(Salix)；野生的灌木、草类如苋；叶类作物，如烟草(Nicotiana tabacum)；块茎作物，如马铃薯(Solanum tuberosum)；谷类作物，如玉米(Zea mays)；纤维作物，如大麻(Linium usitatissimum)和棉花(Gossipium hirsutum)等。从当前国内外植物提取技术研究与实践进展来看，这些植物存在生物量小或重金属富集量低，或只对一种或少数几种重金属具有耐性或易造成二次污染，或无明显的经济价值等缺陷。
苎麻(Boehmeria nivea)为苎麻属(Boehmeria Jacq)荨麻科(Urticaxeae)植物。苎麻是多年生宿根性植物，并且是重要的纤维作物，其分类学特征如下：亚灌木或灌木，高0.5~1.5米；茎上部与叶柄均密被开展的长硬毛和近开展和贴伏的短糙毛。叶互生；叶片草质，通常圆卵形或宽卵形，少数卵形，长6~15厘米，宽4~11厘米，顶端骤尖，基部近截形或宽楔形，边缘在基部之上有牙齿，上面稍粗糙，疏被短伏毛，下面密被雪白毡毛，侧脉约3对；叶柄长2.5~9.5厘米；托叶分生，钻状披针形，长7~11毫米，背面被毛。圆锥花序腋生，或植株上部为雌性，其下的为雄性，或同一植株的全为雌性，长2~9厘米；雄团伞花序直径1~3毫米，有少数雄花；雌团伞花序直径0.5~2毫米，有多数密集的雌花。雄花：花被片4，狭椭圆形，长约1.5毫米，合生至中部，顶端急尖，外面有疏柔毛；雄蕊4，长约2毫米，花药长约0.6毫米；退化雌蕊狭倒卵球形，长约0.7毫米，顶端有短柱头。雌花：花被椭圆形，长0.6~1毫米，顶端有2~3个小齿，外面有短柔毛，果期菱状倒披针形，长0.8~1.2毫米；柱头丝形，长0.5~0.6毫米。瘦果近球形，长约0.6毫米，光滑，基部突缩成细柄。花期8~10月。
苎麻纤维是我国天然纤维的主打产品，有很高的经济价值，如果管理措施到位，每公顷的经济效益可达24,000元。由于其具有良好的经济效益和水土保持作用，种植成本低，产量高，苎麻被广泛种植于中国广东、贵州、湖南、湖北、安徽、浙江、江苏、河南、陕西、甘肃、江西、广西、台湾等地。后来的研究发现，苎麻对砷、镉具有富集作用，并有研究进一步关注于苎麻超富集重金属的生理机制。但是，目前这些的应用只是停留在室内实验和小面积的田间示范实验阶段，以及机理性的研究阶段，没有形成成熟而综合的修复土壤中多种重金属的复合性污染的方法。专利200410027833.3通过在土壤中种植小飞扬草和苎麻，并接种金属活化细菌，发现当三者同时存在时，能提高对土壤中铅和镉的吸收能力，但该技术仅针对土壤铅和镉的修复，并且操作条件较为苛刻，实行难度高；再者，该技术中植物种植到一定程度时，难以维持良好的生长状态，难以循环往复地收割地上部分，留下地下部分继续生长，以持续地进行原地生长的持续修复。
蚯蚓已经被证实对土壤具有改良作用，也有研究报道，蚯蚓对重金属具有一定的富集作用，但是由于蚯蚓不能耐受高浓度的重金属污染，因此，利用其进行土壤修复受到较大的局限。
【发明内容】
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种能有效修复土壤重金属复合污染的方法，使其可以实现对较高浓度的重金属污染土壤进行持续的循环原地修复。
一种治理土壤重金属复合污染的方法，是在土壤中同时养殖蚯蚓和种植苎麻。
苎麻种植过程中定期收割苎麻地上部分，地下部分继续生长循环收割。收割周期为3~4个月收割一次。
所述的土壤是湿润的土壤。
蚯蚓养殖的每公顷引种数量在1万条以上，以保证蚯蚓的存活率。
在养殖蚯蚓和种植苎麻的过程中，可定期施加肥料。
苎麻的引种可以采用直接移栽麻蔸、或通过种子萌发或嫩梢扦插培育至10～15厘米或生长3～4周苎麻幼苗。种子萌发的培育条件为：将苎麻的成熟种子，均匀播于过筛并蒸炒过的腐叶土上。昼温25～35℃，夜温10～15℃，空气湿度60～80％。嫩梢扦插培育幼苗的条件为：将植株叶片无病斑的嫩梢，扦插于经杀菌剂消毒过的贫瘠土壤或沙中；扦插后淋足淋透土层，再拱盖薄膜保温保湿。昼温25～35℃，夜温10～15℃，膜内空气湿度90％以上。
在土壤中通过引入蚯蚓养殖，有效提高了土壤的电导率提高，维持稳定适中的pH值，钙、氮、磷含量及比例有利于土壤中的重金属以有效态形式存在，大大提高了苎麻对重金属的吸收作用。同时，在此系统中苎麻可以实现长期的循环生产吸收过程，即每次收割时收割地上部分，留下地下部分，长期循回，减小了人力物力，同时获得良好的生长效果和吸收效果。
苎麻与蚯蚓在这个修复方法中形成了良性循环，蚯蚓增加了土壤的有机质，促进了苎麻的生长及对重金属的吸收能力；苎麻的根部分泌的有机酸及根菌同时有利于蚯蚓的生存。
本发明所提供的方法，适用于受As、Cd、Cu、Pb和Zn等污染的土壤中，对其进行重金属吸收转移式的修复，所转移到重金属，大部分存在于苎麻中。收割所得的苎麻地上部统一处理，直接用于纤维生产，可产生巨大的经济价值从而降低植物修复的成本。
本发明所使用的苎麻在污染土壤上生长良好，即使土壤中的重金属浓度高达21,056mg As kg-1，789mg Cd kg-1，8,787mg Cu kg-1，10,384mg Pb kg-1和9,767mg Zn kg-1，表明了苎麻具有某种程度的重金属耐性。苎麻的叶片、茎和根对多种重金属(As、Cd、Cu、Pb和Zn)均有一定的积累能力，但此能力相对较小。例如：在上述土壤中，苎麻的生物量只有正常土壤中的1/4，叶中重金属含量(干重)只有115±13mg As kg-1，4.8±0.4mg Cd kg-1，149±14mg Cukg-1，87±12mg Pb kg-1和582±51mg Zn kg-1。
本发明的有益效果：
1.本发明建立了一套经济的连续提取模式，简化了治理重金属复合污染土壤的程序，可维持长期持续的植物原位生长修复，可连续转移污染土壤中大量的重金属直至达到环境安全标准，同时所使用的经济作物可产生巨大的经济价值而且不会经过食物链而产生二次污染，达到环境效应与经济效益的双赢，容易推广应用；
2.本发明所提供的修复方法可以实现对土壤中多种重金属复合污染的修复。
3.本发明所提供的方法在达到修复目的的同时，提高了土壤腐殖质含量，调节土壤理化性质，使其更适合于修复后的进一步利用。
【具体实施方式】
以下通过具体的实施例进一步说明本发明的技术方案。为了验证修复效果，本发明在修复过程中测定苎麻的生物量和重金属含量。
实施例1
从野外污染地点取回土壤中，磨碎后待用。在种植植物前经测定，土壤含水量10％，土壤中重金属As、Cd、Cu、Pb和Zn的含量分别为556mg kg-1，50mg kg-1，904mg kg-1，1,384mg kg-1和1,767mg kg-1。每平方米种植苎麻10株，3个月后收割苎麻地上部分。
修复结果：每平方米苎麻的地上部分生物量为300g，苎麻的重金属As、Cd、Cu、Pb和Zn的含量为10.2mg kg-1，1.5mg kg-1，22.1mg kg-1，93.5mg kg-1，175.3mg kg-1。
每年收割三次，持续收割6次后，每平方米苎麻的地上部分生物维持到600-720g，土壤重金属持续降低。
实施例2
所用土壤如实施例1，但引入蚯蚓，并在之前向土壤中加入适量的水，使含水量达到20％；分三个实验组进行，分别引入蚯蚓1万条/公顷、2万条/公顷或3万条/公顷。每平方米种植苎麻10株，3个月后收割苎麻地上部分。
修复结果：每平方米苎麻的地上部分生物量分别为340g，450g和460g。相较于实施例1，生物量分别提高了13.3％、50％和53％。苎麻的重金属As、Cd、Cu、Pb和Zn的含量与实施例1的处理相比有提升，平均值为14.2mg kg-1，1.6mg kg-1，23.2mg kg-1，102.3mg kg-1，180.2mg kg-1。
持续收割4次以后，每平方米苎麻的地上部分生物维持到900-1050g。蚯蚓的引入显著提高了苎麻地上部分生物量。由于苎麻重金属含量的小幅提升伴随着生物量的显著提高，苎麻和蚯蚓的组合使得土壤重金属的去除效率大幅提高。