專利名稱：：一種在化學(xué)強化條件下蜀葵修復(fù)鎘污染土壤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及化學(xué)法強化植物修復(fù)技術(shù)，具體地說是一種在化學(xué)強化條件下蜀葵修復(fù)鎘污染土壤的方法。
背景技術(shù)：
：植物提取修復(fù)技術(shù)的效率在很大程度上取決于對重金屬生物有效態(tài)的吸收。有效態(tài)是指能被該土地上生存的生物(通常為植物)所吸收的那部分重金屬。一般來說，重金屬在土壤當(dāng)中的有效態(tài)含量較低，使其不能有效地被修復(fù)植物吸收和轉(zhuǎn)移，而化學(xué)強化法主要是指通過向污染土壤中添加外來物質(zhì)，或者直接與重金屬結(jié)合，從而改變重金屬的形態(tài)及生物有效性等，最終強化植物對重金屬的吸收。表面活性劑一螯合劑增效修復(fù)技術(shù)是20世紀90年代后期開展起來的，其實質(zhì)是利用表面活性劑對污染物的增溶、增流作用與螯合劑對污染物的螯合作用來去除環(huán)境中難溶解、難降解、難利用的有機污染物利用表面活性劑潤滑、增溶、分散、洗滌等特性，改變土壤表面電荷和吸收位能，或從土壤表面將重金屬置換出來，以絡(luò)合、螯合物的形式存在于土壤溶液中，加快重金屬在土壤溶液中的流動性[文獻1:王莉諱，陳玉成，董姍燕.2004.表面活性劑與螯合劑對植物吸收Cd及Cu的影響.西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，26(6):745-749]。表面活性劑對土壤中污染物的增溶機理主要有兩種一種是當(dāng)其濃度低于CMC時，其疏水端將污染物包裹在表面活性劑分子內(nèi)，使親水端向外與土壤顆粒物表面產(chǎn)生排斥作用，同時溶液中的對流、遷移等分子運動提供足夠的能量增加非水相的表面積，使非水相脫離土壤顆粒物而起增溶作用；另一種是當(dāng)表面活性劑濃度大于CMC時形成膠束，污染物通過分配作用進入膠東疏水中心而進入液相，使被吸附污染物進入水相[文獻2:DoongRA,Y^V,LeiWG.1998.Surfanctantenhancedremediationofcadmiumcontaminatedsoils.WaterScienceandTechnology,37(8):65-71]。表面活性劑促進植物吸收重金屬的作用機理可能與表面活性劑破壞細胞膜透性有關(guān)[文獻3:陳玉成，熊雙蓮，熊治延.2004.表面活性劑強化重金屬污染植物修復(fù)的可行性.生態(tài)環(huán)境，13(2):243-246]。表面活性劑是一種可溶性、兩親性的特珠脂類化合物，不同于構(gòu)成生物膜成分的不溶性和具膨脹性的脂類化合物，它在水中有較高的單體溶解度，其兩親性使之能與膜中成分的親水和親脂基團相互作用，從而改變膜的結(jié)構(gòu)和透性，促使植物對重金屬的吸收。研究發(fā)現(xiàn)表面活性劑對土壤中微量重金屬陽離子具有增溶作用和增流作用，而且表面活性劑的鏈越長，其效應(yīng)越高。螯合誘導(dǎo)技術(shù)的基本原理是擾動污染物在土壤液相濃度和固相濃度之間的平衡[文獻4:駱永明.2000.強化植物修復(fù)的螯合誘導(dǎo)技術(shù)及其環(huán)境風(fēng)險.土壤,(2):57-61]。螯合作用具體是指，將一種配位基(I^)加入土壤體系，因與配位基的螯合作用(按1:1螯合反應(yīng))游離金屬離子(Mn+)的活度低Mn++Lm-^MLn-m，由于離子價數(shù)的減少或符號的變化，土壤對金屬一配位復(fù)合體的吸持強度大大降低，為維持游離金屬(Mn+)在溶液和固體顆粒之間的平衡關(guān)系，金屬從土壤顆粒表面解吸。這種螯合反應(yīng)的形成常數(shù)(亦稱為穩(wěn)定性常數(shù))可定為K產(chǎn)(KCKL'",式中為該金屬、配位基和金屬-配位體在溶液中的摩爾濃度。一般而言，某種螯合劑與重金屬離子形成的螯合物的穩(wěn)定常數(shù)越大，該種螯合劑活化對應(yīng)重金屬的能力越強，土壤溶液中這種重金屬濃度也就越高，對于Cd,Cu,Pb,Zn而言，DTPA>EDTA>HEDTA>NTA;對同一配位基來說，通常是Cu>Pb>Zn>Cd。可見，運用螯合誘導(dǎo)技術(shù)強化植物提取修復(fù)的成功與否與螯合劑類型的選擇密切相關(guān)。螯合劑誘導(dǎo)植物修復(fù)的效應(yīng)已被大量實踐所證實，其中，已有的試驗結(jié)果顯示，DTPA和EDTA在增加植物吸收Pb量方面最有效[文獻5:GrcmanH，Velikonja-BoltaS，VodnikD,etal.2001.EDTAenhancedheavymetalphytoextraction:metalaccumulation,leachingandtoxicity.PlantandSoil,235:105-114],而EGTA則對Cd最有效[文獻6:BlaylockMJ,SaltDE,DushenkovS，etal.1997.EnhancedaccumulationofPbinIndianmustardbysoil-appliedchelatingagents.EnvironmentalScienceandTechnology,31:860-865]。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種在化學(xué)強化條件下蜀葵修復(fù)鎘污染土壤的方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明釆用的技術(shù)方案如下修復(fù)鎘污染土壤的方法在每千克受鎘污染土壤中施加0.5-2.0腿ol螯合劑和0.5-2.0mmol表面活性劑，而后種植蜀葵，從而實現(xiàn)去除土壤中過量鎘的目的，其中螯合劑為乙二醇雙四乙酸(EGTA),表面活性劑為十二烷基硫酸鈉(SDS)。所述乙二醇雙四乙酸和十二烷基硫酸鈉均以固體形式和鎘一起施加到土壤中。在鎘污染土壤中種植蜀葵是釆用室外栽培，將幼苗期的蜀葵移植到含有乙二醇雙四乙酸和十二烷基硫酸鈉的鎘污染土壤中，定期澆水，使土壤含水量保持在田間持水量的75-85%。在鎘污染土壤上種植蜀葵后，蜀葵從污染土壤中吸收鎘并向地上部轉(zhuǎn)移，當(dāng)蜀葵生長至開花期時，將植物從污染土壤上移除，再種植第二茬蜀葵，重復(fù)上述搡作，直至土壤中的鎘含量達到環(huán)境安全標準。本發(fā)明所具有的優(yōu)點'釆用本發(fā)明積累重金屬鎘的方法顯著提高了蜀葵地上部積累Cd的總量，有效地強化了蜀葵修復(fù)Cd污染土壤的效率。本發(fā)明為原位修復(fù)污染土壤技術(shù)，不破壞場地，對土壤的擾動小，耗資較少，技術(shù)操作比較簡單，容易在大范圍內(nèi)實施。在治理Cd污染土壤的同時又美化了環(huán)境，易于為社會接受。釆用本發(fā)明修復(fù)土壤，收獲的蜀葵可以作為觀賞花卉(商品)進行出售，在獲得經(jīng)濟效益的同時，自動獲得對生物量的無成本處理(千家萬戶可以把使用過的花卉扔到各自的垃圾箱，隨著垃圾的處理，就解決了生物量的處理)。因此，大規(guī)模栽培，意味著大規(guī)模修復(fù)，同時也意味著通過商品交換取得更大的經(jīng)濟效益。當(dāng)然，如果不考慮成本，可以進行集中處理，或者衛(wèi)生填埋，或者進行資源化加工處理，回收其中的鎘，從而也能創(chuàng)造一些經(jīng)濟效益。圖l為土壤中含Cd為30mgkg-i時在本發(fā)明化學(xué)強化條件下蜀葵的地上部干重示意圖。圖2為土壤中含Cd為30mgkg-時在本發(fā)明化學(xué)強化條件下蜀葵的地上部和根部Cd濃度示意圖。圖3為土壤中含Cd為30mgkg-'時在本發(fā)明化學(xué)強化條件下蜀葵的地上部Cd總量示意圖。圖4為土壤中含Cd為100mgkg-i時在本發(fā)明化學(xué)強化下蜀葵的地上部干重示意圖。圖5為土壤中含Cd為100mgkg-i時在本發(fā)明化學(xué)強化下蜀葵的地上部和根部Cd濃度示意圖。圖6為土壤中含Cd為100mgkg—i時在本發(fā)明化學(xué)強化下蜀葵的地上部Cd總量示意圖。具體實施例方式實施例1:針對30mgkg-iCd污染土壤的化學(xué)強化實驗實驗設(shè)計與實驗條件實驗設(shè)計如表l所示。其中，實驗投加的Cd形態(tài)為CdCl22.5H20,為分析純試劑。實驗用土壤釆自中國科學(xué)院沈陽生態(tài)站(地理位置為東經(jīng)123°41'、北煒41°31')休耕地(為無污染區(qū))表土(0~20cm),土壤類型為草甸棕壤，土壤理化性質(zhì)為pH值6.59,有機質(zhì)1.19%，總氮0.S5gkg",有效磷8.9611^]^-1,有效鉀95.21mgkg"。表1土壤中Cd濃度為30mgkg—時的各化學(xué)強化處理組成及濃度Cd(mgkg")SDS(mmolkg-1)EGTA(mmolkg-1)5ocj刀<pooo刀ooooooooo"1234567KAAAAAAA2006年4月，將供試土壤風(fēng)干并過4.0mm篩后，按照濃度設(shè)計與相應(yīng)量的試劑混合，裝入塑料盆(O=20cm，H=15cm)中，每盆2.5kg,平衡一個月待用。同時，進行花卉的育苗，具體方法為將花卉種子置于預(yù)裝沙土的育苗盒中，沙/土1:3,待幼苗長出5~6片葉子后移栽到上述處理土中。選擇生長一致的幼苗分別移栽入各處理的盆中。根據(jù)植株大小，每盆各栽3棵苗，各重復(fù)間栽入的苗數(shù)一致。盆栽實驗地點設(shè)在中國科學(xué)院沈陽生態(tài)所露天網(wǎng)室內(nèi)，該場地在沈陽巿中心，海拔約50m,實驗場地周圍沒有污染源，是重金屬未污染區(qū)，屬溫帶半濕潤大陸性氣候。根據(jù)盆中土壤水份情況，不定期澆自來水(水中未檢測出Cd),使土壤含水量經(jīng)常保持在田間持水量的75~85%。植物在Cd污染土壤中生長4個月后收獲植株。樣品分析和數(shù)據(jù)分析將收獲的植物樣分成根、莖和葉3部分，用自來水充分沖洗以去除粘附于植物樣品上的泥土和污物，然后再用去離子水沖洗，瀝去水分，于105。C下殺青20min，然后在70。C下烘至恒重。烘干后的植物樣品粉碎備用。土壤樣品風(fēng)干后過100目篩備用。植物及土壤樣品均釆用HN0rHC104法消化(二者體積比為1:3)。原子吸收分光光度計法測定植物及土壤樣中的重金屬含量，原子吸收分光光度計為日立180-80型，其Cd的波長為228.8nm。所得數(shù)據(jù)釆用ExcelXP及DPS進行處理，所列結(jié)果為平均值士標準偏差。實驗仕果.^整;生長過程中，蜀葵沒有表現(xiàn)出受重金屬Cd毒害的癥狀，具有較強的耐性。如圖l所示，與對照處理CK1相比，各化學(xué)強化處理使蜀葵的地上部干重均增加，可見EGTA和SDS的加入促進了蜀葵的生長，尤其對于TA4處理，生物量增加了66.0%,差異是明顯的(P<0.05),此時為單一EGTA強化處理。如圖2所示，蜀葵的地上部重金屬Cd濃度均大于根部的，即轉(zhuǎn)移系數(shù)大于l;并且地上部重金屬Cd濃度均大于相應(yīng)的土壤中Cd濃度，即富集系數(shù)大于1。另外，化學(xué)強化處理條件下蜀葵的地上部Cd濃度與對照處理CK1相比均顯著增加(P<0.05),其中，TA6和TA7處理的地上部Cd濃度分別為119.l和131.9mgkg-、已超過了Cd超積累植物的臨界含量標準值lOOmgkg-1,此時的根部重金屬濃度分別為50.9和67.5mgkg-、綜合耐性分析的結(jié)果，適宜濃度的EGTA和SDS復(fù)合強化處理可使生長在該土壤中的蜀葵具備Cd超積累植物的基本特征。應(yīng)用超積累植物進行重金屬污染土壤修復(fù)即植物提取修復(fù)的最終目的是希望在收獲修復(fù)植物時其地上部能夠積累盡可能多的重金屬，因為地上部是較容易收獲和處理的部位。如圖3所示，各化學(xué)強化處理條件下，蜀葵的地上部積累的Cd總量與對照處理相比均顯著增加(P<0.05)，即蜀葵從土壤中提取的Cd總量增加，可見，EGTA和SDS的加入可有效地提高蜀葵植物提取修復(fù)Cd污染土壤的效率，最大Cd提取量(TA7)為對照處理的3.95倍。實施例2:針對IOOmgkg-1Cd污染土壤的化學(xué)強化實驗實驗設(shè)計如表2所示，實驗條件以及樣品和數(shù)據(jù)分析與實施例l相同。表2土壤中Cd濃度為100mgkg-'時的各化學(xué)強化處理組成及濃度<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實驗結(jié)果:對于10Qmgkg-td污染處理，蜀葵除植株高度比沒有投加重金屬Cd的處理稍矮外，沒有表現(xiàn)出明顯受重金屬Cd毒害的癥狀。如圖4所示，與對照處理CK2相比，TB1、TB2、TB4和TB5的地上部干重均明顯增加(P<0.05),可見，適宜濃度的EGTA和SDS的加入可促進100mgkg—污染土壤中蜀葵的生長。如圖5所示，除TB2和TB3處理外，其余化學(xué)強化處理的地上部重金屬Cd濃度均高于根部的，即轉(zhuǎn)移系數(shù)大于l,并且地上部重金屬Cd濃度均大于相應(yīng)的土壤中Cd濃度，即富集系數(shù)大于l;尤其是，這些化學(xué)強化處理的地上部Cd濃度與對照處理相比均明顯增加(P<0.05),超過了Cd超積累植物的臨界含量標準值。因此，此時的蜀葵也具備了Cd超積累植物的基本特征。如圖6所示，除TB3和TB7處理外，其余化學(xué)強化處理的蜀葵地上部積累的Cd總量與對照處理相比均顯著增加(P<0.05),可見，盡管Cd污染水平已達到了lOOmgkg—、適宜濃度的EGTA和SDS的加入也可有效地提高蜀葵植物提取修復(fù)Cd污染土壤的效率，最大Cd提取量(TB5)為對照處理的2.27倍。實施例3與實施例1不同之處在于在每千克受鎘污染土壤中施加0.5mmolEGTA和1隱olSDS，而后種植蜀葵，從而實現(xiàn)去除土壤中過量鎘的目的。實施例4與實施例l不同之處在于在每千克受鎘污染土壤中施加2mmolEGTA和0.5腿olSDS，而后種植蜀葵，從而實現(xiàn)去除土壤中過量鎘的目的。權(quán)利要求1.一種在化學(xué)強化條件下蜀葵修復(fù)鎘污染土壤的方法，其特征在于在每千克受鎘污染土壤中施加0.5-2.0mmol螯合劑和0.5-2.0mmol表面活性劑，而后種植蜀葵，從而實現(xiàn)去除土壤中過量鎘的目的，其中螯合劑為乙二醇雙四乙酸，表面活性劑為十二烷基硫酸鈉。2.按權(quán)利要求1所述的在化學(xué)強化條件下蜀葵修復(fù)鎘污染土壤的方法，其特征在于所述乙二醇雙四乙酸和十二烷基硫酸鈉均以固體形式和鎘一起施加到土壤中。3.按權(quán)利要求1所述的在化學(xué)強化條件下蜀葵修復(fù)鎘污染土壤的方法，其特征在于在鎘污染土壤中種植蜀葵是釆用室外栽培，將幼苗期的蜀葵移植到含有乙二醇雙四乙酸和十二烷基硫酸鈉的鎘污染土壤中，定期澆水，使土壤含水量保持在田間持水量的75-85%。4.按權(quán)利要求1所述的在化學(xué)強化條件下蜀葵修復(fù)鎘污染土壤的方法，其特征在于在鎘污染土壤上種植蜀葵后，蜀葵從污染土壤中吸收鎘并向地上部轉(zhuǎn)移，當(dāng)蜀葵生長至開花期時，將植物從污染土壤上移除，再種植第二茬蜀葵，重復(fù)上述搡作，直至土壤中的鎘含量達到環(huán)境安全標準。全文摘要本發(fā)明涉及化學(xué)法強化植物修復(fù)技術(shù)，具體地說是一種在化學(xué)強化條件下蜀葵修復(fù)鎘污染土壤的方法。具體為在每千克受鎘污染土壤中施加0.5-2.0mmol螯合劑乙二醇雙四乙酸和0.5-2.0mmol表面活性劑十二烷基硫酸鈉，而后種植蜀葵，從而實現(xiàn)去除土壤中過量鎘的目的。采用本發(fā)明方法可有效地強化植物提取修復(fù)的效率，在治理污染的同時又美化了環(huán)境。文檔編號A01G1/00GK101497079SQ20081001035公開日2009年8月5日申請日期2008年2月3日優(yōu)先權(quán)日2008年2月3日發(fā)明者劉家女,周啟星申請人:中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所