一种修复石灰性镉污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及重金属污染土壤的修复，尤其是涉及一种修复石灰性镉污染土壤的方法。

背景技术

重金属一般指密度大于5.5g/cm

2014年原环境保护部和原国土资源部发布的《全国土壤污染状况调查公报》表明，重金属是我国土壤中主要的污染物类型，主要污染重金属有镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌和镍，这8种元素的点位超标率分别为7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%和4.8%。土壤重金属污染的来源主要有工业企业的无序排放、污水灌溉、交通等。这其中，以有色金属开采和冶炼对土壤的重金属污染最为严重。

未污染土壤的重金属含量称为背景值。一般地，将污染土壤中的重金属含量与该元素的背景值的比值称作土壤污染指数。不同污染土壤的污染指数不同，但多数情况下，有色金属冶炼区土壤的污染指数可达到10以上甚至更高。

污染土壤中的重金属可通过多种途径影响污染区的居民身体健康。这些途径包括：污染土壤中的重金属通过食物链进入人体；污染土壤中的重金属通过淋溶等途径进入地下水、进而再通过饮用水进入人体；污染土壤的表层土壤颗粒在风力作用下，重新悬浮进入大气，成为大气污染物，从而通过呼吸道进入人体、被人体吸收。

常见污染重金属中，镉、汞、砷、铅不是人体所需要的营养元素，进入人体会对人体健康造成不利影响；铜、锌、镍和铬是人体需要的营养元素，但过量摄入也会对人体造成伤害。

因此，对重金属污染土壤进行修复，从而降低污染土壤中重金属对居民健康的危害具有重要的现实意义。

对重金属污染土壤的修复方法可以分为两类方法：一种方法是通过降低土壤中重金属的总量来对污染土壤进行修复；另一种方法是不改变土壤中重金属总量，但通过降低重金属的有效性来对污染土壤进行修复。

降低重金属有效性的方法常称为稳定法或者钝化法。常用的土壤重金属钝化剂有磷酸盐、碱性物料、氧化铁或单质铁、有机物料、粘土矿物、生物炭等。钝化法能在较短时间内快速降低土壤中重金属的有效性，其中的一些钝化剂具有较好的修复效果。然而，钝化法的缺点是，这种方法没有降低土壤中重金属的全量，只是改变了重金属的形态，其长期效果仍然不确定。被钝化的重金属有可能在长期地质过程的作用下重新释放出来。另外，钝化剂的价格较高，部分钝化剂还有可能对环境造成不利影响。这些缺点都表明，降低土壤中重金属含量的修复方法具有较为明显的优势。

降低土壤重金属含量的修复方法包括植物提取修复、淋洗、电动修复等。但在实际应用中，以植物提取修复方法应用较多。植物提取修复是在污染土壤中种植对土壤重金属有较强吸收能力的植物，植物生长过程中吸收土壤中的重金属，通过收获植物，降低土壤中重金属含量的方法。

一般情况下是采用生物富集系统来衡量植物对土壤重金属的吸收能力。生物富集系数是植物部重金属含量（干重）与土壤重金属含量（干重）的比值。生物富集系数大于1的植物，如果产量较大，就可以用于对重金属污染土壤的修复。

到目前为止，发现能对污染土壤进行修复的植物有：用于修复砷污染土壤的蜈蚣草，用于修复镉和锌污染土壤的伴矿景天，用于修复锌污染土壤的东南景天，用于修复镉污染土壤的鬼针草和龙葵等。

石灰性土壤指的是富含碳酸钙的土壤，pH值一般在7.0-9.0之间，在我国北方地区较为常见。目前发现了多种对土壤镉有较强吸收能力的植物，但这些植物中，多数植物地上部镉含量较低，且产量较低，因此对镉污染土壤的修复能力较差。对土壤镉具有较强积累能力且产量较高的修复植物包括伴矿景天等极少数几种植物。但伴矿景天是发现于我国浙江省的植物，当地气候和土壤条件与我国北方地区均存在较大差异。这导致其在北方石灰性土壤上种植时适应性差，易死苗，修复效果不佳。因此，目前情况下，北方石灰性镉污染土壤的植物修复只能采用适合北方环境的其它植物进行。

龙葵是一种在我国北方广泛分布的杂草。研究表明，龙葵对土壤镉等重金属具有较强的吸收能力。与伴矿景天相比，龙葵对土壤镉的生物富集系数（地上部镉含量与土壤镉含量比值）略低（龙葵的生物富集系数在3-10之间，伴矿景天的生物富集系数在约4-20之间）。但与伴矿景天相比，龙葵用于修复我国北方地区石灰性镉污染土壤有以下优点：（1）龙葵适应北方环境，可在自然条件下生长，生长过程不需要人为过多干预；而伴矿景天在北方地区种植时，需要多次灌水，经常除草；（2）龙葵产量高于伴矿景天。伴矿景天的干重产量一般在0.1-0.5 kg/m

但是，鉴于龙葵对土壤镉的生物富集系数较低，导致植物对土壤重金属吸收数量较小，植物修复年限长，如果可以通过施用活化剂等方法促进龙葵对土壤镉的吸收，将能进一步改善龙葵修复北方镉污染土壤的效果。

目前，常见的土壤重金属活化剂有EDTA（乙二胺四乙酸）、EDDS（乙二胺二琥珀酸）、GLDA（谷氨酸N,N-二乙酸）、聚天冬氨酸、HEDP（羟基亚乙基二膦酸）、小分子有机酸等。这些活化剂中，除小分子有机酸外，其它活化剂均价格昂贵，在几十甚至上千元/kg，因此，多数仅应用在实验室阶段。

发明内容

本发明目的在于提供一种修复效果好、更加经济的修复石灰性镉污染土壤的方法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的修复石灰性镉污染土壤的方法，采用的是植物提取修复方法，其中所用的修复植物为龙葵，所用的活化剂为一水柠檬酸。

本发明修复方法的具体步骤如下：

第一步，在当年5月份，在镉污染土壤中种植龙葵；在龙葵生长期间，通过喷药控制蚜虫病害；

第二步，龙葵生长到9月初时，按0.12-0.15kg/m

第三步，至9月底时收获龙葵。

一水柠檬酸是一种有机化合物，分子式为C

本发明针对石灰性土壤的特点，选用镉的超富集植物--龙葵作为修复植物，为提高龙葵对石灰性土壤中镉的超富集效果，本发明创造性的采用了一水柠檬酸作为活化剂，从而大大促进龙葵对土壤中重金属镉的吸收，达到了很好的植物修复效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做更加详细的说明，以便于本领域技术人员的理解。

本申请选择河南省新乡市某镉污染土壤区域作为试验用地。

试验前，经过多点采集0-20cm土壤样品，测定土壤性质，结果表明，土壤中全镉和DTPA提取态镉（也称为有效镉）含量分别为3.22和1.27mg/kg，土壤pH为8.12，呈弱碱性，为石灰性土壤。

选择长40m，宽20m，面积为800m

发明人团队于2020年5月10日在试验地撒施100kg养分含量为26-14-5（N-P

8月20日和9月12日分别进行喷高效氯氟氰菊酯除蚜虫作业。

9月10日，向处理小区二的4个重复小区施用一水柠檬酸粉末，用量为0.14kg/m

9月29日收获。采用镰刀沿地面割下地上部收获。每个小区植物单独收获，称总重量。4个对照小区龙葵产量分别为89.2、85.3、86.0和88.2kg，4个加一水柠檬酸的处理小区龙葵产量分别为88.0、86.3、87.6和88.9kg。

取部分样品带回实验室测含水量，之后粉碎、消煮后测定镉含量。结果表明，4个对照样品的含水量分别为63.1%、65.2%、64.2%和63.7%；4个处理样品的含量量分别为64.0%、63.1%、64.4%和64.1%。

根据以上结果计算，4个对照小区的植物产量（干重）分别为0.82、0.74、0.77和0.80kg/m

利用以上结果计算对照和处理龙葵单位面积吸收镉数量，4个对照小区结果分别为9.96、10.3、8.93和10.1 mg/m

对以上结果进行计算表明，施用一水柠檬酸处理后，龙葵单位面积吸收土壤中镉的数量比对照高28.2%。证明一水柠檬酸可高效促进土壤中重金属镉的富集。

而以上试验中所用一水柠檬酸的价格约为2.50元/kg，将其作为重金属活化剂辅助龙葵使用，单位面积土地活化剂的费用仅为0.35元/m