铜污染土壤的生物原位修复方法 【技术领域】
本发明涉及治理铜污染土壤的方法。
背景技术
随着现代工农业生产的发展，铜已成为环境中一种重要的污染元素。矿山的开发，工业“三废”的排放，城市生活垃圾、污泥及含铜农药(如波尔多液)的不合理使用，厩肥的农用，造成土壤特别是农田土壤中的铜含量急剧增加。铜一旦污染土壤，不仅退化土壤肥力，降低作物的产量与品质，恶化水环境，并能通过食物链危及人类生命和健康。我国的重金属污染的农田土壤中，铜污染是个普遍现象，而且与其它重金属元素相比，铜的毒性较强，因此对环境中的铜治理应该受到重视。
目前，修复治理土壤重金属污染的措施主要有：(1)工程修复。如客土、换土、翻土、去表土和淋洗法；用工程修复措施来治理重金属污染土壤，具有效果彻底、稳定等优点，是一种治本的措施，但由于存在实施繁复、治理费用高、导致土壤结构破坏和易引起土壤肥力减弱等缺点，因而一般适用于小面积、重污染的土壤。(2)化学改良修复。如有机质法、吸附法及沉淀法等；该方法通过向土壤添加各种化学改良剂，增加土壤有机质、阳离子交换量及粘粒含量，改变土壤理化性质，使土壤中重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制和拮抗作用，可降低重金属的生物有效性，对重金属起一定钝化作用。但不能有效地修复治理重金属污染土壤。(3)生物修复。如动物、微生物和植物修复。这种利用能忍耐和积累某种或某些重金属的特殊植物修复治理重金属污染土壤的技术(即植物修复技术)越来越引起土壤-植物-环境界的重视。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种铜污染土壤的生物原位修复方法。
本发明目的是通过种植海州香薷，利用海州香薷的根系大量吸收土壤中的铜，并向上输送和转运到地上部，收割地上部并将其移走，而从土壤中带走大量铜，实现铜污染土壤的生物原位修复的。
本发明所提供的方法包括以下步骤：
以传统农耕法将海州香薷种植到铜污染土壤中，添加改良剂控制土壤pH为中性和偏碱性之间；定期或视海州香薷生长高度进行收割，并将收割的地上部转移到其他地方集中处理。
上述的定期或视海州香薷生长高度进行收割，可在海州香薷生长10个月后，生长到80～100cm高度时收割其地上部。并将收割的地上部材料转移到其他地方集中资源化处理，回收植物残株中可利用的元素。
对于酸性土壤则通过施用碱性改良剂如粉煤灰或碱性有机肥料进行调节。
为促进海州香薷的生长，提高其生物产量，在土壤中施加促进海州香薷生长的营养元素氮磷钾肥或有机肥料。
为促进海州香薷对铜的吸收转运，在土壤中施加促进海州香薷吸收转运铜的有机肥料。
海州香薷是一年生草本植物，茎直立，在野外高达15～50cm，有许多分枝，叶子呈茅尖状，长1.5～3.5cm，宽0.5～1.5cm，叶柄长0.3～1.0cm。据估计，海州香薷的干物质产量在野外可达4.5t/ha，如果土壤肥沃时则远远可超过4.5t/ha。海州香薷对铜有极强的耐性，在野外能在含铜量为1645～8950mg/kg土壤环境中正常生长，其根系和地上部分的铜含量可高达2288mg/kg和304mg/kg，其含铜量远高于一般植物(0～30mg/kg)。经人工栽培后的海州香薷，生物产量更高，植株高度更大。在田间条件下，其地上部生物产量可达12.1t/ha，植株高度可达80～100cm。海州香薷具有发达的根系组织，在Cu污染严重的土壤中，海州香薷能通过强大而又密集的根系吸收和富集及忍耐高水平的铜，而且在可收获部分能积累大量的铜，地上部的铜含量可达0.89～1.42kg/ha。海州香薷对Cu的强积累特性可应用于铜污染土壤的植物修复，即利用海州香薷能在被铜污染的土壤内生长并且能吸收积累高水平的铜的能力，收获地上部后可减少土壤中的铜含量。海州香薷有相对比其它超积累植物如遏蓝菜更大得多的生物量，且对干旱和贫瘠的土壤条件有较强的抵抗力，因此在Cu污染土壤的植物修复中具有广泛的应用价值。
不仅如此，海州香薷在整个生长过程，具有浓郁香味。海州香薷作为民间药材，在中医上用于发表解暑、行水利湿、治疗暑湿感冒等，其挥发性油成分具有广谱抗菌和杀菌作用，对痢疾杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色葡萄球菌有强的杀菌作用，对绿浓杆菌、伤寒杆菌均有明显的抑菌作用，可望做成油膏涂鼻剂、喷雾剂、栓剂、空气净化剂等。因此种植海州香薷对修复治理铜污染土壤不仅有重要环境意义，也有经济价值。
海州香薷可生长在中性和偏酸性及偏碱性的土壤中，适应范围广，但土壤的酸碱度对海州香薷吸收铜有一定影响，在中性和偏酸性条件下更易吸收和富集铜，只是偏酸性土壤增加土壤铜的溶解性，从而造成地下水污染等。因此，对于pH偏酸性的土壤，适当添加粉煤灰或碱性肥料等提高土壤pH值，以钝化土壤铜的有效性，同时大面积种植海州香薷通过海州香薷强大而又密集的根系，分泌特定物质酸化根际，改善根际环境，增加根际土壤铜有效性，促进海州香薷对铜的吸收和富集，加快海州香薷对铜污染土壤的修复和治理速度及效益。
通过改善栽培措施及耕作条件，可改善土壤理化性质，促进海州香薷根系生长、发育，加速海州香薷对土壤中铜的吸收和富集。无机营养元素的添加，有机肥的施用，都能不同程度地促进铜向海州香薷地上部转运。对铜污染土壤结合传统农耕措施和大面积种植海州香薷，可使土壤中铜更快地向海州香薷地上部转运，加速海州香薷对铜污染土壤的修复效果。当海州香薷长至10个月后，或视海州香薷高度为80～100cm时，可收割海州香薷地上部，转移到其他地方集中资源化处理，并回收其中的元素，避免造成二次污染。
与传统的污染土壤修复治理方法相比，通过种植海州香薷修复铜污染土壤，主要是利用海州香薷强大而又密集的根系固定土壤环境中大量的铜，吸收并转运至地上部，从而收割地上部达到从土壤环境中带走大量铜的目的，且通过海州香薷根部固定铜可避免造成地下水的污染。在酸性土壤中，通过施用粉煤灰等提高土壤pH，以钝化土壤铜有效性，避免铜污染地下水。覆盖密集的海州香薷强大根系一方面分泌酸性物质酸化根际，一方面分泌可溶性有机质，促进铜溶解及向海州香薷地上部转运。另外，本发明提供的治理铜污染土壤的原位修复方法，具有投资少，维护成本低，工程量适当，管理技术要求不高，可较快减轻污染土壤中的有效铜含量；而且不产生二次污染，对水土保持、固定土壤和美化景观环境均具有良好效果。修复治理后的海州香薷植物资源化利用也可带来一定的经济效益。
【附图说明】
图1为本发明的3种实施例中海州香薷根际和非根际土壤pH变化的试验结果，图中，表示海州香薷非根际土壤pH，表示海州香薷根际土壤pH；
图2为本发明的3种实施例中海州香薷根际和非根际土壤可溶性有机质变化的试验结果，图中，表示海州香薷非根际土壤可溶性有机质，表示海州香薷根际土壤可溶性有机质；
图3为本发明的3种实施例中种植海州香薷前后铜污染土壤有效铜含量变化的试验结果，图中，表示种植海州香薷前土壤表层醋酸铵有效铜，表示种植海州香薷后土壤表层醋酸铵有效铜；
图4为本发明的3种实施例中海州香薷地上部清除土壤铜污染的试验结果。
【具体实施方式】
以下实例将进一步说明本发明方法的可行性和积极效果。
实施例1：
在含铜量为1435mg/kg土壤环境中，若仅采用传统方法施加氮磷钾肥后，土壤表层醋酸铵有效铜含量为76.7mg/kg。种植海州香薷并按照普通农作物的管理办法，10个月后收割地上部。经测定，种植海州香薷一季后，土壤表层醋酸铵有效铜含量为52.7mg/kg，减少24.0mg/kg；海州香薷根际pH降低0.22，根际可溶性有机质分泌增加0.17mg/kg，海州香薷根际硝酸铵有效铜含量增加5.68mg/kg，根际重金属活化率分别为18.1％。种植一季后海州香薷地上部生物产量可达9.2t/ha，地上部从含铜土壤环境中吸收和富集的总铜量为0.89kg/ha，地上部清除土壤环境中的铜含量为0.89kg/ha。
表1
实施例2
在含铜量为1435mg/kg土壤环境中，若采用施加有机肥的办法后，土壤表层醋酸铵有效铜含量为78.2mg/kg。种植海州香薷并按照普通农作物的管理办法，10个月后收割地上部。经测定，种植海州香薷一季后，土壤表层醋酸铵有效铜含量为52.4mg/kg，减少25.8mg/kg；海州香薷根际pH降低0.06，根际可溶性有机质分泌增加0.11mg/kg，海州香薷根际硝酸铵和醋酸铵有效铜含量相应地增加15.71mg/kg、0.04mg/kg，根际重金属活化率分别为48.0％和9.6％。种植一季后海州香薷地上部生物产量为9.1t/ha，地上部从含铜土壤环境中吸收和富集的总铜量为0.82kg/ha，地上部清除土壤环境中的铜含量为0.82kg/ha。
表2
实施例3
在含铜量为1435mg/kg土壤环境中，若采用同时施加有机肥和粉煤灰的办法后，土壤表层醋酸铵有效铜含量为71.4mg/kg。种植海州香薷并按照普通农作物的管理办法，10个月后收割地上部。经测定，种植海州香薷一季后，醋酸铵有效铜含量为54.4mg/kg，减少可达20.9mg/kg；海州香薷根际pH降低0.27，根际可溶性有机质分泌增加0.16mg/kg，海州香薷根际硝酸铵和醋酸铵有效铜含量相应地增加8.66mg/kg、2.27mg/kg，根际重金属活化率分别为25.0％和4.4％。种植一季后海州香薷地上部生物产量为9.3t/ha，地上部从含铜土壤环境中吸收和富集的总铜量为1.44kg/ha，地上部清除土壤环境中的铜含量为1.44kg/ha。
表3