(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 107671112 A(43)申请公布日 2018.02.09
(21)申请号 201710814181.5(22)申请日 2017.09.11
(71)申请人 甘肃省地质矿产勘查开发局第三地
质矿产勘查院
地址 730000 甘肃省兰州市七里河区兰工
坪路121号(72)发明人 马延龙 高丽 齐建宏 胡小耕 (74)专利代理机构 北京冠和权律师事务所
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代理人 朱健 陈国军(51)Int.Cl.
B09C 1/00(2006.01)
权利要求书1页 说明书6页 附图1页
(54)发明名称
一种重金属污染土壤的野生植物修复方法(57)摘要
本发明涉及一种重金属污染土壤的野生植物修复方法，本发明利用野生植物蕨菜对重金属污染土壤进行修复，使野生植物能够满足对于重金属的吸附能力强、对环境适应力强的特点，并且种植难度低、易于管理、适用于大面积污染土壤、生长迅速、生物量大。进一步的，为增加修复效率，联合使用微生物调节剂以及环保肥料，使得蕨菜的生长能力增加同时生长周期延长；同时避免重金属污染土壤修复治理过程中改变和破坏土壤结构的情况。
CN 107671112 ACN 107671112 A
权 利 要 求 书
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1.一种重金属污染土壤的野生植物修复方法，包括如下步骤：步骤A：整地：选择Cr金属污染严重的土壤，利用野生蕨菜或人工种植蕨菜，使得野生植物密度达到行距35-45cm、株距25-35cm；
步骤B：管理：植物全生育期无需灌溉和施肥，在展叶期油喷洒油菜素内酯一次；步骤C：收割：种植开始三年每年夏季6-8月间，选取总种植面积50％范围仅收割地上部分3次，同时三次分别选取总种植面积20％、20％、10％范围收割地上和地下部分3次；
步骤D：补充整地：将前一年收割了地上和地下部分的50％种植面积补种新鲜蕨菜，第二年继续重复步骤B、步骤C；
步骤E：后处理：将每次收割的地上部分按常规方法灰化，提取重金属，持续种植过程至土壤中重金属Cr金属含量达到环境安全标准。
2.根据权利要求1所述的野生植物修复方法，所述油菜素内酯喷洒期优选每年4-5月期间，喷洒浓度0.30mg/L，每年喷洒一次。
3.根据权利要求1-2任一项所述的野生植物修复方法，所述收割地上部分是指收割成熟或长得较高的蕨菜，不包括新发芽植株。
4.根据权利要求1-3任一项所述的野生植物修复方法，蕨菜生长每三年进行追加薄肥，肥料种类优选为：腐殖酸类肥料。
5.根据权利要求1-4任一项所述的野生植物修复方法，腐殖酸含量在20％以上、速效氮大于2.0％。
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说 明 书
一种重金属污染土壤的野生植物修复方法
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技术领域
[0001]本发明涉及农业技术领域，主要涉及一种污染土壤的植物修复方法，尤其涉及一种矿区重金属污染土壤的野生植物修复方法。
背景技术
[0002]土壤不仅是地球生态圈的重要组成部分，也是人类赖以生存的重要自然资源之一，土壤环境是一个受多种因素影响的开放系统，随着矿产开采、冶炼等工业活动的迅速发展，以及污水灌溉、施用污泥和劣质化肥等农业活动的进行，土壤环境质量发生变化，矿区乃至矿业城市周边土壤重金属污染问题已成为环境污染的热点问题之一，矿山开采产生的废石、选矿产生的尾矿及冶炼废渣经风化淋滤使有害元素转移到土壤中，有害重金属不断进入土壤环境中，造成土壤质量下降的同时污染农作物，最后通过食物链进入人体，影响人类健康。因此，治理土壤重金属污染对生态文明的设及人类健康的生活具有重要意义。[0003]目前针对重金属污染土壤的治理方法有很多，但在实际应用上往往都存在某些局限。植物修复重金属污染土壤技术是一种环境友好、经济、高效的土壤环境修复技术，是指利用植物及其根系对土壤污染物的吸收、挥发、转化、降解、固定作用而去除土壤中污染物的修复技术。植物修复重金属污染土壤技术重金属被植物吸收后，如果进入植物可食部分，将危害人类健康。为避免对人体的暴露风险，近年来选择非食用性经济型作物进行植物修复的研究越来越引起关注，由于当前金属污染土壤的植物修复技术大多处于盆栽实验阶段，或需要额外植入原本不属于所污染地区的植物来吸收重金属，这对于污染严重地区而言，通常是一种极端的生境，土壤理化性质极差，传统的实验室试验成功的植物难以在复杂、恶劣的环境中定居，因此很难应用到实际中。大多数已报道的植物修复方法通常需要在某一特定地区采用人工种植修复土壤的植物，需要耗费大量人力物力财力，经济效果不显著、见效慢、修复效果不稳定，再加上受到气候、土壤环境的限制，使得这些植物的重金属积累量有限，从而在其应用上受到限制。[0004]针对现有技术的不足，本发明选择的是当地土生土长的野生植物，特别是针对甘肃陇南地区的土壤和野生植物进行分析研究。野生植物是一类人为与自然选择下产生的高度进化的植物类群，申请人经长期研究发现野生植物在水土保持、土壤改良和农业生态系统中生物多样性的维持等方面起着重要的作用。陇南市内地形复杂，光热充足，有银耳、木耳、香菇、猴头、薇菜、厥菜等100多种食用菌和山野菜。其中，蕨菜属于蕨科蕨属蕨类植物，抗逆性强，适应性广，喜光、湿润、凉爽的气候条件，既耐高温，也耐低温，对光照敏感，强光与弱光下均能正常生长，但在光照时数较长的情况下生长发育快，植株健壮高大。种植一次可采收10多年，生长力旺盛，采收一次后，10～15天可采收第二次，一年可连续采收2～3次，这对于重金属的富集及去除提供了得天独厚的条件。并且蕨菜是甘肃陇南一带常见的野生植物，生命力顽强，适应陇南地区的气候及水土环境，极易定居于陇南一带。因此蕨菜的生物量大、抗逆性强、生长迅速等特点使得其特别适合应用于实际中。[0005]同时，通过对于陇南地区重金属污染的土壤进行重金属含量分析，在陇南市岷县、
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武都等主要乡镇布点采样，选用Hg、As、Pb、Cd、Cr等五种重金属作为土壤污染评价因子，以国家《土壤环境质量标准》(GB15618-2009)以及土壤和甘肃省土壤环境背景值为评价标准，对土壤污染指数进行综合污染指数分级，结果表明Cd金属污染指数高，说明采样地区普遍Cd金属污染严重。同时，Cd在土壤中的流动性要远大于Cu、Pb、Zn等重金属，因而在极低的含量下其也会危害动物和人体健康。[0006]如上所述，为了更好地治理甘肃陇南地区重金属污染的土壤，急需解决以下技术问题：
[0007]1、寻找更好的利用当地野生植物特别是蕨菜修复重金属污染土壤的方法，使其满足对于重金属的吸附能力强、对环境适应力强的特点。[0008]2、寻找更好的联合处理方法，使得蕨菜这种野生植物达到种植难度低、易于管理、适用于大面积污染土壤、生长迅速、生物量大的特点；同时避免重金属污染土壤修复治理过程中改变和破坏土壤结构的情况。
发明内容
[0009]因此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的技术缺陷，从而提供一种抗逆性强、容易定居、生长力旺盛且易于用于实际的土壤植物修复方法，并且操作简单、成本低廉、修复效果好、不破坏土壤肥力、适用于大面积污染土壤治理。[0010]为此，本发明提供一种重金属污染土壤的野生植物修复方法，包括如下步骤：[0011]步骤A：整地：选择Cr金属污染严重的土壤，利用野生蕨菜或人工种植蕨菜，使得野生植物密度达到行距35-45cm、株距25-35cm；[0012]步骤B：管理：植物全生育期无需灌溉和施肥，在展叶期油喷洒油菜素内酯一次；[0013]步骤C：收割：种植开始三年每年夏季6-8月间，选取总种植面积50％范围仅收割地上部分，连续三年每年一次；同时每年夏季6-8月间分三次分别选取总种植面积20％、20％、10％范围收割地上和地下部分3次；[0014]步骤D：补充整地：将前一年收割了地上和地下部分的50％种植面积补种新鲜蕨菜，第二年继续重复步骤B、步骤C；[0015]步骤E：后处理：将每次收割的地上部分按常规方法灰化，提取重金属，持续种植过程至土壤中重金属Cr金属含量达到环境安全标准。[0016]优选的，以上所述的油菜素内酯喷洒期优选每年4-5月期间，喷洒浓度0.30mg/L，每年喷洒一次。[0017]优选的，以上所述的收割地上部分是指收割成熟或长得较高的蕨菜，不包括新发芽植株。
[0018]优选的，为防止蕨菜根茎生长几年后逐渐老化而枯死，蕨菜生长每三年进行追加薄肥，肥料种类优选为：腐殖酸类肥料。同时，优选腐殖酸含量在20％以上、速效氮大于2.0％。
[0019]其中步骤C中，即每年夏季6-8月间收割三次，第一次选取总种植面积20％范围收割地上和地下部分、第二次选取总种植面积20％范围收割地上和地下部分、第三次选取总种植面积10％范围收割地上和地下部分。[0020]本申请人经过长期研究发现，蕨菜在甘肃陇南一带非常常见，并且这种野生植物
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生命力顽强，适应陇南地区的气候及水土环境，极易定居于陇南一带。因此蕨菜的生物量大、抗逆性强、生长迅速等特点使得其特别适合应用于修复重金属污染的土壤中。经过计算出植物对重金属转运系数和吸收系数，对蕨菜修复土壤能力的综合评价，认为其非常适用于大面积种植管理，进行重金属污染土壤的修复。[0021]在研究过程中，为了进一步增加特定周期内蕨菜对重金属土壤的修复能力，提高蕨菜的根茎叶对重金属的吸收力，本发明特别在蕨菜的种植期和管理期对其进行微生物生长调节剂的喷洒，以增加了叶片相对含水量和临界饱和亏，特别是增加了叶片的长度、宽度和厚度，从而增加吸收重金属的有效面积。此外，为了进一步增加重金属从地下部分到地上部分的转移，同时保证地下部分的生长能力，增强蕨菜的生长周期，对生长中的蕨菜每三年进行追加薄肥处理，同时肥料种类优选为腐殖酸类肥料，利用其疏松土壤、增加土温、提高土壤阴离子交换量和土壤缓冲性能等作用，对蕨菜根茎能提供一定量的养分，增加其生长能力并且延长其生长周期。
[0022]本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：与现有植物修复方法相比，本发明利用当地野生植物对重金属污染土壤进行修复，使野生植物能够满足对于重金属的吸附能力强、对环境适应力强的特点，并且种植难度低、易于管理、适用于大面积污染土壤、生长迅速、生物量大。进一步的，为增加修复效率，联合使用微生物调节剂以及环保肥料，使得蕨菜的生长能力增加同时生长周期延长；同时避免重金属污染土壤修复治理过程中改变和破坏土壤结构的情况。
附图说明
[0023]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。[0024]图1：为收割后对样品处理、测定过程的照片。具体实施方式
[0025]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。[0026]实施例1
[0027]甘肃陇南岷县重金属污染土壤(Cr含量103.2mg/kg)，于春季开始，利用野生蕨菜或人工种植蕨菜，使得野生植物密度达到行距35-45cm、株距25-35cm，50米为一个梯度划分采样区域。共设4个处理，分别为处理组1不喷洒油菜素内酯并不追加薄肥处理组、处理组2喷洒油菜素内酯并不追加薄肥处理组、处理组3不喷洒油菜素内酯并追加薄肥处理组、处理组4喷洒油菜素内酯并追加薄肥处理组。种植开始三年每年夏季6-8月间，选取总种植面积50％范围仅收割地上部分3次，同时三次分别选取总种植面积20％、20％、10％范围收割地上和地下部分3次，即每年夏季6-8月间收割三次，第一次选取总种植面积20％范围收割地上和地下部分、第二次选取总种植面积20％范围收割地上和地下部分、第三次选取总种植面积10％范围收割地上和地下部分；将前一年收割了地上和地下部分的50％种植面积补种新鲜蕨菜，第二年继续重复步骤收割操作。
[0028]每个采样区域内分别采取足够的植物样，植株要完整、地上地下要分离；根系附近
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土壤要具有代表性；混合土样设点采集。收割后的植物样品处理方法为：采回的植物样品使用去离子水反复冲洗，在105度下杀青30分钟，然后将样品保存在80度烘箱中烘干至恒定，使用不锈钢粉碎机粉碎处理、过筛并保存。用硝酸-高氯酸法消化，ICP-MS进行测定。收割后的土壤样品处理方法为：采集的样品自然风干、粉碎、过筛，王水-高氯酸法消化，ICP-MS进行测定。
[0029]分别采集植物的地上部分、地下部分的重金属含量和其对应的土壤中重金属的含量，计算出蕨菜对重金属转运系数和吸收系数，由此进行蕨菜修复土壤能力的综合评价。其中，
[0030]转运系数＝植物地上部某重金属浓度/植物地下部相应元素浓度[0031]吸收系数＝植物吸收某重金属浓度/土壤中相应元素浓度。[0032]表1，各处理组中地上部分、地下部分的重金属含量和其对应的土壤中重金属的含量
[0033]
mg/kg处理组1处理组2处理组3地上部植物3.55.55.2地下部植物2.43.54.5根系附近土壤97.492.293.2[0034]表2，各处理组中蕨菜对重金属转运系数和吸收系数
[0035]
处理组4
8.24.389.7
处理组1处理组2处理组3处理组4转运系数1.4581.5711.1561.907吸收系数0.0610.0980.1040.139[0036]由表1、表2数据分析可知，处理组1不喷洒油菜素内酯并不追加薄肥处理组、处理组2喷洒油菜素内酯并不追加薄肥处理组、处理组3不喷洒油菜素内酯并追加薄肥处理组、处理组4喷洒油菜素内酯并追加薄肥处理组，地上部植物、地下部植物、根系附近土壤中Cr元素的含量明显不同，并且转运系数、吸收系数明显不同，其中处理组4的地上部植物、地下部植物中Cr元素的含量最高、根系附近土壤中Cr元素的含量最低，并且转运系数、吸收系数更高，洒油菜素内酯并追加薄肥处理不但可以提高转运系数同时吸收系数最高，说明该处理组在修复Cr金属污染的土壤中作用最好。[0037]实施例2
[0038]甘肃陇南武都重金属污染土壤(Cr含量80.5mg/kg)，于春季开始，利用野生蕨菜或人工种植蕨菜，使得野生植物密度达到行距35-45cm、株距25-35cm，50米为一个梯度划分采样区域。共设4个处理，分别为处理组1不喷洒油菜素内酯并不追加薄肥处理组、处理组2喷洒油菜素内酯并不追加薄肥处理组、处理组3不喷洒油菜素内酯并追加薄肥处理组、处理组4喷洒油菜素内酯并追加薄肥处理组。种植开始三年每年夏季6-8月间，选取总种植面积50％范围仅收割地上部分3次，三次分别选取总种植面积20％、20％、10％范围收割地上和地下部分，即每年夏季6-8月间收割三次，第一次选取总种植面积20％范围收割地上和地下部分、第二次选取总种植面积20％范围收割地上和地下部分、第三次选取总种植面积10％范围收割地上和地下部分；将前一年收割了地上和地下部分的50％种植面积补种新鲜蕨
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菜，第二年继续重复步骤收割操作。
[0039]每个采样区域内分别采取足够的植物样，植株要完整、地上地下要分离；根系附近土壤要具有代表性；混合土样设点采集。收割后的植物样品处理方法为：采回的植物样品使用去离子水反复冲洗，在105度下杀青30分钟，然后将样品保存在80度烘箱中烘干至恒定，使用不锈钢粉碎机粉碎处理、过筛并保存。用硝酸-高氯酸法消化，ICP-MS进行测定。收割后的土壤样品处理方法为：采集的样品自然风干、粉碎、过筛，王水-高氯酸法消化，ICP-MS进行测定。
[0040]分别采集植物的地上部分、地下部分的重金属含量和其对应的土壤中重金属的含量，计算出蕨菜对重金属转运系数和吸收系数，由此进行蕨菜修复土壤能力的综合评价。其中，
[0041]转运系数＝植物地上部某重金属浓度/植物地下部相应元素浓度[0042]吸收系数＝植物吸收某重金属浓度/土壤中相应元素浓度。[0043]表3，各处理组中地上部分、地下部分的重金属含量和其对应的土壤中重金属的含量
[0044]
[0045][0046]
表4，各处理组中蕨菜对重金属转运系数和吸收系数
处理组1处理组2处理组3处理组4
转运系数2.5003.6671.6804.313吸收系数0.0620.0920.0880.120[0047]由表3、表4数据分析可知，处理组1不喷洒油菜素内酯并不追加薄肥处理组、处理组2喷洒油菜素内酯并不追加薄肥处理组、处理组3不喷洒油菜素内酯并追加薄肥处理组、处理组4喷洒油菜素内酯并追加薄肥处理组，地上部植物、地下部植物、根系附近土壤中Cr元素的含量明显不同，并且转运系数、吸收系数明显不同，其中处理组4的地上部植物、地下部植物中Cr元素的含量最高、根系附近土壤中Cr元素的含量最低，并且转运系数、吸收系数更高，说明该处理组在修复Cr金属污染的土壤中作用最好。[0048]实施例3
[0049]甘肃陇南老尾矿库库尾、老尾矿坝进水口种植蕨菜，于春季开始，利用野生蕨菜或人工种植蕨菜，,收割后的植物样品处理方法为：采回的植物样品使用去离子水反复冲洗，
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在105度下杀青30分钟，然后将样品保存在80度烘箱中烘干至恒定，使用不锈钢粉碎机粉碎处理、过筛并保存。用硝酸-高氯酸法消化，ICP-MS进行测定。[0050]表5，甘肃陇南老尾矿库库尾种植蕨菜的地上部分、地下部分的重金属含量和其对应的土壤中重金属的含量及对重金属转运系数和吸收系数
[0051]
mg/kg处理组4地上部植物775地下部植物710根系附近土壤94转运系数1.09吸收系数0.158[0052]表6，甘肃陇南老尾矿坝进水口种植蕨菜对重金属转运系数和吸收系数
[0053]
处理组4植物508根系附近土壤97.3吸收系数0.0522[0054]由表5、表6数据分析可知，于甘肃陇南老尾矿库库尾、老尾矿坝进水口种植蕨菜实际收割情况处理后，地上部植物、地下部植物中Cr元素的含量高，根系附近土壤中Cr元素的含量低，并且转运系数、吸收系数较高，说明利用本发明蕨菜进行重金属污染的处理，在修复Cr金属污染的土壤中作用好。[0055]显然，上述实施例中采用的具体种类仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
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