一种去除土壤中重金属的方法 【技术领域】
本发明涉及利用植物生长配置进行重金属生态恢复领域，具体涉及一种去除土壤中重金属的方法。
背景技术
重金属矿业排土场是矿业废弃地的主要组成部分，不仅破坏和占用了大量的土地资源，而且带来一系列影响深远的环境问题，其中最突出的是重金属等污染物通过大气和水体等途径广为扩散，使周边地区作物质量下降、减产甚至失收，生态系统极度退化，污染物直接通过食物链最终影响人体健康。与此同时，大量存在的矿业排土场还会给当地的自然环境景观造成不同程度的破坏。植被恢复作为矿业排土场源污染控制的一个重要手段，不仅是国际生态环境研究领域的热点问题，也是我国当前生态环境保护所面临的紧迫任务。
矿业排土场典型的特征包括重金属毒性、极端酸碱性、盐害、干旱和贫瘠等，在对其进行生态恢复过程中最关键的阶段是植被重建，而其中用于植被重建的物种选择则又是进行生态恢复的核心问题之一。植物的选择至少要遵循以下几条原则：首先，所选择的植物能适应当地的气候条件，最好是乡土种；其次，对极端的基质条件如重金属毒性等具有耐性；再次，这类植物生物量大，根系发达，应当具有一定的速生性，能够在较短的时间内形成植被覆盖，并能改善排土场所在地的景观效果。
目前，尽管利用植被重建进行重金属矿业排土场生态恢复已发展成为环境科学领域的研究和应用热点，但从当前国内外排土场生态恢复技术研究和实践发展来看，尚存在以下问题：(1)虽然相关研究已经筛选出较多的重金属耐性植物，但尚未出现专门针对重金属矿业排土场生态恢复的植物配置技术；(2)从恢复技术及相关操作规程看，国内对于重金属矿业排土场生态恢复相关技术还不够成熟，不能综合考虑不同习性物种进行合理配置，从而导致重建植被物种单一、维护成本高、生长状况不稳定等现象；(3)从应用效果来看，由于缺乏科学的植物配置技术，目前开展的重金属矿业排土场生态恢复普遍存在生态系统不稳定、景观效果不理想、恢复效果差等问题。
【发明内容】
本发明目的在于根据现有重金属矿业排土场生态恢复技术中存在的不足，提供一种成本低，生长状况稳定的去除土壤中重金属的方法。
本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：
一种去除土壤中重金属的方法，其特征在于该技术是将乔木、灌木和草本植物搭配种植；其中，乔木、灌木和草本植物的配置面积比例分别是10～20％、20～30％、50～70％。
本发明去除土壤中重金属的方法，所述乔木可以是一种乔木，也可以是多种乔木混合种植；所述灌木可以是一种灌木，也可以是多种灌木混合种植；所述草本植物可以是一种草本植物，也可以是多种草本植物混合种植。
本发明去除土壤中重金属的方法中，所述乔木的栽种间距优选为2～10m；所述灌木的栽种间距优选为0.5～5m；所述草本植物的栽种密度优选为每公顷直播草种10～30kg。
本发明去除土壤中重金属的方法中，所述乔木优选为泡桐或桉树；所述灌木优选为苎麻或类芦；所述草本植物优选为铺地黍、高羊茅或狗牙根。
本发明去除土壤中重金属的方法用于重金属矿业排土场的生态恢复，可以在短时间建立起覆盖度大、稳定性强的大面积恢复重金属矿业排土场土壤生态系统。
本发明在筛选植物时采用以下几个原则：(1)以乡土种为主，避免了异地气候适应的问题；(2)选择那些适应性强、生物量大，生长快，具有一定的重金属耐性，耐干旱，贫瘠，抗逆性强，易于存活、定居的速生性物种，可保障在较短的时间内形成植被覆盖；(3)选择物种时考虑到一定比例的乔木、灌木和草本植物来构建上-中-下立体植被群落系统；(4)物种选择时兼顾到区域自然景观、社会经济特点以及区域发展方向，选择了一定比例的具有耐性的经济类物种，既可有效控制污染，改善排土场景观，而且能够带来一定的直接经济效益。所筛选的草皮物种能够起到防风固沙，乔灌木能够涵养水源，提高土壤基质持水保肥的能力。这些植物种包括泡桐(Paulownia fortunei)、桉树(Eucalyptus urophylla)、苎麻(Boehmeria nivea)、类芦(Neyraudia reynaudiana)铺地黍(Panicum repens)、高羊茅(Lygeum spartum)和狗牙根(Cynodon dactylon)等。
本发明以生态恢复学为指导，综合考虑废弃地的岩土性质、重金属污染状况、养分，水分条件，进行适当的植物种类选择。在不同的土壤基质区域构建不同搭配模式的植物组合。在土壤物理性状较差，重金属含量高，缺肥、缺水的区域，首先要选择耐贫瘠、耐干旱的重金属耐性植物种类进行植被恢复，在群落结构配置上以草灌植物为主，适当客土移植耐性较强的乔木。
为了提高植被的成活率，在土壤基质极其恶劣的区域可适当采用植穴法，植穴中添加适量的基肥，草种采用撒播、条播或点播法，为保证种子的萌发率可盖一层稻草。
本发明所选用植物地分类学特征如下：
(1)泡桐(Paulownia fortunei)：落叶乔木，高可达27m，树冠宽阔。树皮灰褐色，平滑，有突起的皮孔，老时纵裂。小枝粗壮，中空，幼时密生白色绒毛，后渐脱落。单叶对生，有时三叶轮生。叶大，卵形或长椭圆形，基部心脏形，叶背密生灰白色绒毛，全缘或微呈波状。圆锥状聚伞花序，大型，3-4月先叶开花，花冠乳白色，内有紫斑，有香气。蒴果长圆有尖，较大，果熟期9-10月，种子小而薄，有翅。
(2)桉树(Eucalyptus urophylla)：常绿乔木，树皮粗厚而宿存，或平滑而年年脱落。叶两型，幼态叶无柄而对生，成熟叶镰形或长圆形。有挥发性芳香油。花两性，萼管钟形与子房合生；花瓣与萼裂片连成帽状体；雄蕊多数，花药心形或肾形、直裂或孔开；花盘存在；子房下位，2-7室，胚珠多数。蒴果藏在壶形萼管内或突出萼管外；花盘在结实时形成果缘。
(3)苎麻(Boehmeria nivea)：灌木，高1-2m；茎、花序和叶柄密生短或长柔毛。叶互生，宽卵形或近圆形，表面粗糙，背面密生交织的白色柔毛。花雌雄同株，团伞花序集成圆锥状，雌花序位于雄花序之上；雄花花被片4，雄蕊4；雌花花被管状，被细毛。瘦果椭圆形，长约1.5mm。花果期7-10月。
(4)类芦(Neyraudia reynaudiana)：多年生草本，具木质根状茎，须根粗而坚硬。秆直立，高2-3m，径5-10mm，通常节具分枝，节间被白粉；叶鞘无毛，仅沿颈部具柔毛；叶舌密生柔毛；叶片长30-60cm，宽5-10mm，扁平或卷折，顶端长渐尖，无毛或上面生柔毛。圆锥花序长30-60cm，分枝细长，开展或下垂；小穗长6-8mm，含5-8小花，第一外稃不孕，无毛；颖片短小；长2-3mm；外稃长约4mm，边脉生有长约2mm的柔毛，顶端具长1-2mm向外反曲的短芒；内稃短于外稃。花果期8-12月。
(5)铺地黍(Panicum repens)：多年生草本，秆直立，质地坚硬，高30-100cm，具多节。叶鞘光滑，边缘具纤毛；叶舌长约0.5mm，具纤毛；叶片质硬，挺直，长5-20cm，宽3-6mm，上被柔毛。圆锥花序开展，长10-30cm。小穗长圆形，先端尖，无毛，长约3mm；第一颖长约为小穗的1/4，具3脉，先端截平或圆钝，脉不明显；第二颖与小穗等长，具7-9脉，先端喙尖；第一花雄性，外稃与第二颖等长同形但较宽；内稃膜质；雄蕊3枚，花药黑褐色。谷粒长圆形，先端尖，长2.2-2.5mm，平滑光亮。花果期5～11月。
(6)高羊茅(Lygeum spartum)：多年生草本，叶片宽阔，根系发达，分蘖增值；抗逆性强，耐旱，耐寒，耐酸、耐瘠薄，抗病性强。
(7)狗牙根(Cynodon dactylon)：多年生草本植物，具有根状茎和匍匐枝，须根细而坚韧；匍匐茎平铺地面或埋入土中，长10-110厘米，光滑坚硬，节处向下生根，株高10-30厘米，优良的固土护坡植物；叶片平展、披针形，长3.8-8厘米，宽1-3毫米；狗牙根生长期长，生活力强，繁殖迅速，蔓延快，侵占能力强，成片生长，耐践踏；播种和根茎繁殖，种子发芽率高。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明使用的植物，综合了乔灌草多个植物生态型，同时包含有多个乡土树种及常绿物种，应用于重金属矿业排土场的生态恢复，能够在较短的时间内建立起稳定的植被生态系统，有效控制重金属矿业排土场对周边环境的污染；同时还可以有效改善排土场所在地的景观；
(2)本发明使用的植物均具有一定的重金属耐性，耐干旱，贫瘠，抗逆性强，根系发达，易于存活、定居和繁殖；
(3)本发明所选择的乔木类树种如泡桐、桉树以及灌木类植物苎麻均具有一定的经济利用价值。在对重金属矿业排土场进行生态恢复过程中，不但能够有效控制和改善排土场所产生的污染及景观的破坏，而且能够带来一定的直接经济效益；
(4)本发明选择的草皮物种如高羊茅、狗牙根发芽率高，生长迅速，可利用分蘖和根茎繁殖，蔓延快，侵占力强，能有效地固着土壤颗粒，防止风扬对污染物的传播。
【附图说明】
图1是Cu耐性植物-海洲香薷；
图2是耐性灌木-苎麻；
图3是室内乔(杨桃)-灌(地桃花)-草(狗牙根)立体配置模式；
图4是大宝山排土场乔(桉树)-灌(象草)-草(铺地黍)立体植被配置恢复模式。
【具体实施方式】
以下结合实施例来进一步解释本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。
实施例1植被调查和Pb/Zn/Cu耐性植物筛选
对广东、安徽、湖北、江苏和云南的九个铜/铅锌矿区进行了植被状况的生态调查，记录并分析了高等植物85属种217种。综合考虑植物在定居地的生物量、优势度、重金属含量及其对应土壤的重金属含量，初步筛选出铜耐性植物35种，铅和锌耐性植物45种。通过室内水培或土培试验，验证了16种Cu耐性植物，分别为：海洲香薷、鸭跖草、蝇子草、头花蓼、酸模叶蓼、水蓼、滨蒿、蚤缀、瞿麦、女娄菜、扛板归、酸模、商陆、苎麻、茵陈蒿和狗尾草。15种铅和锌的耐性植物，分别为：滇白前，翻白叶，魁蒿，穗序野古草，毛蕊花，细叶芨芨草，香青，阿墩子龙胆，滇紫草，苦卖菜，粉花蝇子草，阿墩子龙胆，细蝇子草，小驳骨和小寸金黄(图1、图2)。
实施例2室内盆栽立体植物配置模式
2007年9月从大宝山废弃地采集重金属污染土运回实验室，在室内利用盆栽实验构建乔-灌-草立体配置植被恢复模式。上层植被种植Cd耐性植物杨桃，中层种植灌木地桃花，苎麻等，下层种植草本Zn耐性植物东南景天，Cu耐性植物鸭趾草，多金属耐性草种狗牙根，高羊茅等。设计不同乔-灌-草或乔-草配置模式共16个组合，乔木杨桃苗采用大田培育的实生苗，地桃花、苎麻采用茎繁殖的扦插苗，东南景天和鸭趾草是采自矿区的野生苗，高羊茅，狗牙根采集种子直接播种。一年后，乔木长势良好，灌木较差，存活率低，草本生长旺盛。乔-草植被配置模式在室内盆栽情况下表现最好(图3)。
实施例3大宝山排土场植被恢复配置模式
大田育苗包括桉树、泡桐、樟树、马尾松等树苗；类芦、铺地黍、象草、五节芒采用根茎直接营养袋中育苗；狗牙根、高羊茅在秋季收集种子。将育好的幼苗按乔木、灌木和草本的配置面积比分别是10-20％、20-30％、50-70％栽种到重金属污染排土场。乔木的栽种间距5m，灌木的栽种间距1m，将狗牙根和高羊茅草种的密度是以每公顷土地面积直播20kg草种，将种植带中间的田垄铲松，撒播，抚平，盖一层稻草。视幼苗的成活生长情况，补种一定的幼苗。一年后基本上在排土场裸地上建立起稳定的植被群落，覆盖度达70～80％(图4)。