一種利用孔雀草修復(fù)鎘-多氯代二苯并呋喃復(fù)合污染土壤的方法【專(zhuān)利摘要】一種利用孔雀草修復(fù)鎘-多氯代二苯并呋喃復(fù)合污染土壤的方法，將孔雀草幼苗種植到Cd-PCDFs復(fù)合污染土壤中，定期澆水保持土壤濕潤(rùn)，孔雀草成熟后將植株整體從土壤中移除并妥善處理，完成一個(gè)修復(fù)周期；重復(fù)上述操作，直至土壤中Cd-PCDFs的含量下降到環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明采用植物修復(fù)技術(shù)修復(fù)Cd-PCDFs復(fù)合污染土壤，可操作性強(qiáng)，費(fèi)用低，不破壞土壤理化性質(zhì)，不引起二次污染；孔雀草適應(yīng)性強(qiáng)，可通過(guò)播種或扦插進(jìn)行繁殖，栽培管理容易；比較耐旱，對(duì)土壤和肥料要求不嚴(yán)格；比較耐寒，經(jīng)得起早霜的侵襲，孔雀草在Cd-PCBs復(fù)合污染下具有較強(qiáng)的對(duì)Cd累積與轉(zhuǎn)移能力?！緦?zhuān)利說(shuō)明】一種利用孔雀草修復(fù)鎘-多氯代二苯并呋喃復(fù)合污染土壤的方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及重金屬-有機(jī)污染物復(fù)合污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)，特別是一種利用孔雀草修復(fù)鎘-多氯代二苯并呋喃復(fù)合污染土壤的方法?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]由于電鍍、冶煉、采礦、制革、化工和電子等工業(yè)產(chǎn)生的含重金屬?gòu)U棄物進(jìn)入土壤，以及農(nóng)藥、化肥、污水灌溉和粉煤灰等的不合理使用，越來(lái)越多的農(nóng)業(yè)土壤受到重金屬Cd的污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)農(nóng)田Cd污染土壤在1980年為0.93萬(wàn)公頃，1989年為1.33萬(wàn)公頃，而2001年農(nóng)業(yè)部對(duì)全國(guó)24省320個(gè)重點(diǎn)污染區(qū)農(nóng)田的調(diào)查結(jié)果顯示Cd污染農(nóng)田已達(dá)27.86萬(wàn)公頃，參見(jiàn)文獻(xiàn)1:王凱榮.我國(guó)農(nóng)田鎘污染現(xiàn)狀及其治理利用對(duì)策.農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，1997，16(6):274-278;文獻(xiàn)2:中國(guó)社會(huì)科學(xué)院環(huán)境與發(fā)展研究中心.中國(guó)環(huán)境與發(fā)展評(píng)論(第I卷)[M].北京:社會(huì)科學(xué)文獻(xiàn)出版社，2001。2007年的一篇報(bào)道指出，我國(guó)農(nóng)田土壤Cd污染面積已超過(guò)20XIO4hm2，每年生產(chǎn)Cd含量超標(biāo)的農(nóng)產(chǎn)品達(dá)14.6X108kg，參見(jiàn)文獻(xiàn)3:彭星輝，謝曉陽(yáng).稻田鎘(Cd)污染的土壤修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展.湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，2:67-69。Cd在環(huán)境中具有穩(wěn)定、積累和不易消除的特點(diǎn)，通過(guò)食物鏈富積對(duì)人體產(chǎn)生慢性毒性。長(zhǎng)期大量攝入Cd會(huì)影響鈣和磷的代謝，引起腎、骨和肝的病理變化，誘發(fā)骨質(zhì)疏松、骨軟化和腎結(jié)石等疾病。據(jù)研究，在人體低蛋白、低鈣營(yíng)養(yǎng)時(shí)，Cd污染可能最終引發(fā)“痛痛病”，參見(jiàn)文獻(xiàn)4:FribergL.等.湯鴻霄(譯).世界衛(wèi)生組織(WHO)報(bào)告:鎘的環(huán)境衛(wèi)生評(píng)價(jià).AMΒΙ0,1977。特別是，Cd對(duì)動(dòng)物具有較強(qiáng)的致畸、致癌和致突變作用，參見(jiàn)文獻(xiàn)5:周啟星，孔繁翔，朱琳.生態(tài)毒理學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社，2004。[0003]多方面的資料顯不，參見(jiàn)文獻(xiàn)6:GansJ,WolinskyM,DunbarJ.Computationalimprovementsrevealgreatbacterialdiversityandhighmetaltoxicityinsoil.Science,2005，309:1387-1390、文獻(xiàn)7:SpaltEWjKisselJC，ShiraiJH，etal.Dermalabsorptionofenvironmentalcontaminantsfromsoilandsediment:acriticalreview.JournalofExposureScienceandEnvironmentalEpidemiology,2008，19:119-148、文獻(xiàn)8:孫鐵珩，李培軍，周啟星.土壤污染形成機(jī)理與修復(fù)技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社.2005:重金屬和持久性有機(jī)污染物(POPs)已經(jīng)成為土壤環(huán)境污染的罪魁禍?zhǔn)住Ｌ貏e是重金屬和POPs構(gòu)成的復(fù)合污染，不僅影響了土壤的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，而且破壞了土壤的生態(tài)系統(tǒng)，更為嚴(yán)重的是這些污染物往往以作物或農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)為中介，通過(guò)食物鏈把污染物傳遞到人類(lèi)這一最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)，構(gòu)成了對(duì)人體健康日益嚴(yán)重的威脅。PCDFs是一種典型的持久性有機(jī)污染物，其主要特性為高毒性、長(zhǎng)期殘留性、積聚性和較強(qiáng)的流動(dòng)性，能在全球范圍內(nèi)長(zhǎng)距離遷移，通過(guò)環(huán)境各鏈節(jié)逐級(jí)傳遞，最終富集到動(dòng)物的脂肪和肝臟器官，對(duì)生物和人類(lèi)的健康存在廣泛性、長(zhǎng)期性、隱蔽性和滯后性的威脅，參見(jiàn)文獻(xiàn)9:WorldHealthOrganization(WHO).Polybrominateddibenzo-p-dioxinsandpolybrominateddibenzofurans(EnvironmentalHealthCriteriaN0.205),Geneva,ICPS,1998。[0004]持久性有機(jī)污染物(POPs)主要有三大來(lái)源，參見(jiàn)文獻(xiàn)10:JiangK,LiLJ,ChenYD,etal.ResidualdioxinsinChineseschistosemiasisregionanditseco-environmentalrisk.ChiSciBull,1995,40:1740-1747:1)城市固體廢物燃燒、電子垃圾露天焚燒、含氯有機(jī)化合物如多氯聯(lián)苯、五氯酚、聚氯乙烯等焚燒以及含氯化學(xué)品廢渣的熱解；2)殺蟲(chóng)劑、防腐劑、除草劑和油漆添加劑等含氯化學(xué)品及農(nóng)藥的生產(chǎn)；3)紙漿和造紙工業(yè)的氯氣漂白過(guò)程。P⑶Fs可以通過(guò)呼吸道、皮膚和消化道三種途徑和食物鏈積累的形式進(jìn)入人體，一旦進(jìn)入人體，就會(huì)長(zhǎng)期積蓄在體內(nèi)，損害多種器官和組織，導(dǎo)致生殖毒性、免疫毒性和內(nèi)分泌毒性。如果長(zhǎng)期食用含有這種低濃度污染物的食品，會(huì)導(dǎo)致癌癥、皮膚病、生殖障礙、畸形和嬰幼兒發(fā)育不全等，參見(jiàn)文獻(xiàn)11:張杏麗，周啟星.土壤環(huán)境多氯代二苯并二噁英/呋喃(P⑶D/Fs)污染及修復(fù)研究進(jìn)展.生態(tài)學(xué)雜志，2013，32(4):1054-1064。[0005]植物修復(fù)(Phytoremediation)是指利用植物及其根際圈微生物體系的吸收、揮發(fā)、轉(zhuǎn)化和降解作用機(jī)理來(lái)清除環(huán)境中有毒有害污染物，使其對(duì)環(huán)境無(wú)害，使污染環(huán)境得到修復(fù)與治理，參見(jiàn)文獻(xiàn)12:ZhouQX,CaiZ,ZhangZN,LiuWT.Ecologicalremediationofhydrocarboncontaminatedsoilswithweedplants.JournalofResourcesandEcology,2011，2(2):97-105。植物修復(fù)作為綠色原位修復(fù)技術(shù)，以太陽(yáng)能作為驅(qū)動(dòng)力，能耗低、成本較低、易于操作且技術(shù)要求不高，可以在大面積污染土壤中使用；經(jīng)植物修復(fù)過(guò)的土壤，其有機(jī)質(zhì)含量和土壤肥力變化較小，不破壞土壤理化性質(zhì)，不會(huì)造成二次污染，一般可直接用于農(nóng)作物生產(chǎn)，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略；在修復(fù)污染的同時(shí)可以美化環(huán)境，容易得到公眾的認(rèn)可。[0006]采用植物修復(fù)技術(shù)治理污染土壤中的重金屬關(guān)鍵是篩選出相應(yīng)的超累積植物。研究表明，作為花卉植物的孔雀草patulaL.)在Cd污染嚴(yán)重土壤中可以正常生長(zhǎng)，對(duì)Cd具有較強(qiáng)的吸收和轉(zhuǎn)移能力，符合超富集植物的主要特征，參見(jiàn)文獻(xiàn)13:周啟星，王林，任麗萍等.一種利用花卉植物孔雀草修復(fù)治理鎘污染土壤的方法.中國(guó)，2007101590398(P).2009-06-24。同時(shí)國(guó)外的一些研究表明，用某些植物修復(fù)土壤中的P⑶Fs時(shí)，植物根際分泌物及根系微生物可以將土壤顆粒中的P⑶Fs“活化”，增加P⑶Fs的植物可利用性和生物有效性，土壤中的P⑶Fs被吸收到植物體內(nèi)或者在土壤中被降解，參見(jiàn)文獻(xiàn)14:HulsterA,JochenF，MarschnerH.Soil-planttransferofpolychlorinateddibenzo-p-dioxinsanddibenzofuranstovegetablesofthecucumberfamily(Cucurbitaceae).Environ.Sc1.Techno,1994,28:1110-1115;文獻(xiàn)15:1nuiH,WakaiT,GionK,etal.Differentialuptakefordioxin-likecompoundsbyzucchinisubspecies.Chemosphere,2008,73:1602-1607。因此，利用花卉植物孔雀草修復(fù)Cd-PCDFs復(fù)合污染土壤具有一定的理論基礎(chǔ)。[0007]孔雀草patulaL.)是近年來(lái)從眾多花卉植物中篩選出來(lái)的作為一種較為理想的Cd超積累植物。該植物為菊科萬(wàn)壽菊屬，一年生草本花卉，具有很好的觀賞價(jià)值；株高20-40厘米，株型緊湊，多分枝呈叢生狀，莖呈紫色；葉對(duì)生，羽狀分裂，裂片披針形，葉緣有明顯的油腺點(diǎn)；頭狀花序頂生，單瓣或重瓣?？兹覆莸倪m應(yīng)性十分強(qiáng)，撒落在地上的種子在合適的溫、濕度條件中可自行生長(zhǎng)，能耐旱耐寒，經(jīng)得起早霜的考驗(yàn)，適合在全世界各地廣泛種植，這些特點(diǎn)均有利于其在污染土壤植物修復(fù)中廣泛應(yīng)用。【
發(fā)明內(nèi)容】[0008]本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述技術(shù)分析，提供一種利用孔雀草修復(fù)鎘-多氯代二苯并呋喃(Cd-PCDFs)復(fù)合污染土壤的方法，該方法操作簡(jiǎn)單、不破壞土壤理化性質(zhì)，同時(shí)又美化環(huán)境。[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種利用孔雀草修復(fù)鎘-多氯代二苯并呋喃復(fù)合污染土壤的方法，步驟如下:1)在鎘-多氯代二苯并呋喃(Cd-PCDFs)復(fù)合污染土壤中通過(guò)播種孔雀草或扦插移栽幼苗期孔雀草；2)在孔雀草生長(zhǎng)過(guò)程中采用溫室栽培，每天通風(fēng)澆水，土壤含水量保持在田間持水量的60-80%；3)當(dāng)孔雀草到開(kāi)花期成熟時(shí)，將孔雀草從土壤中移出，可作為觀賞花卉出售，或者將孔雀草收獲后集中處理；4)重復(fù)上述1)-3)操作種植孔雀草直至土壤中Cd和P⑶Fs的含量均下降到環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)。[0010]本發(fā)明的工作機(jī)理:多氯代二苯并呋喃(PCDFs)本屬于持久性有機(jī)污染物(POPs)，辛醇水分配系數(shù)高、月旨溶性強(qiáng)、水溶性低，不易被植物直接由根部吸收，且通過(guò)木質(zhì)部向上轉(zhuǎn)移；在鎘-多氯代二苯并呋喃(Cd-PCDFs)復(fù)合污染土壤中種植孔雀草后，在植物生長(zhǎng)過(guò)程中，植物根際分泌物及根系微生物可以將土壤顆粒中的TCDFs“活化”，P⑶Fs有提高孔雀草吸收、積累土壤中Cd并向地上部分轉(zhuǎn)移的能力，增加PCDFs的植物可利用性和生物有效性，有利于土壤中PCDFs的降解和去除；到孔雀草開(kāi)花或者成熟期時(shí)，將植株整體從污染土壤中移走，從而達(dá)到去除土壤中Cd的目的。[0011]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明采用植物修復(fù)技術(shù)修復(fù)Cd-PCDFs復(fù)合污染土壤，可操作性強(qiáng)，費(fèi)用低，不破壞土壤理化性質(zhì)，不引起二次污染；孔雀草適應(yīng)性強(qiáng)，可通過(guò)播種或扦插進(jìn)行繁殖，栽培管理容易；比較耐旱，對(duì)土壤和肥料要求不嚴(yán)格；比較耐寒，經(jīng)得起早霜的侵襲，孔雀草在Cd-PCBs復(fù)合污染下具有較強(qiáng)的對(duì)Cd累積與轉(zhuǎn)移能力?！揪唧w實(shí)施方式】[0012]實(shí)施例:一種利用孔雀草修復(fù)鎘-多氯代二苯并呋喃復(fù)合污染土壤的方法，首先進(jìn)行盆栽濃度梯度實(shí)驗(yàn)，步驟如下:O在鎘-多氯代二苯并呋喃(Cd-p⑶Fs)復(fù)合污染土壤中播種孔雀草，地點(diǎn)在天津塘沽經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)南開(kāi)大學(xué)泰達(dá)學(xué)院溫室內(nèi)，周?chē)鷽](méi)有重金屬和有機(jī)物污染源，盆栽實(shí)驗(yàn)土壤采自天津塘沽經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)某森林公園無(wú)污染的表層土壤，土壤類(lèi)型為褐土，具體方法是:本實(shí)驗(yàn)共設(shè)13個(gè)處理組，每個(gè)處理組重復(fù)3次，Cd-P⑶Fs的添加濃度為:0-0(CK),5-0(T1)、5-50(T2)、5_100(Τ3)、5-500(Τ4)、10-0(Τ5)、10-50(Τ6)、10-100(Τ7)、10-500(Τ8),50-0(T9)、50-50(TlO)、50-100(Tll)、50-500(Τ12)，其中前一數(shù)字表示Cd染毒濃度、單位為mg/kg,后一數(shù)字表示PCDFs染毒濃度、單位為μg/kg,Cd以分析純CdCl2.2.5H202固體粉末狀加入，P⑶Fs以標(biāo)準(zhǔn)品O⑶F丙酮稀釋液形式添加。土壤風(fēng)干過(guò)篩后，裝入型號(hào)一致的花盆中，每盆裝土1.5kg，分別與要達(dá)到各處理濃度所需的污染物混合、攪拌，平衡待用。[0013]2)采用溫室栽培進(jìn)行孔雀草育苗，具體方法是:將種子放于10wt%雙氧水中浸泡滅菌30分鐘后用蒸餾水沖洗干凈，然后播種于干凈土壤育苗盤(pán)中，每天澆水；3周后，選取高度為5-8cm且長(zhǎng)勢(shì)高度一致的幼苗移栽到平衡好的各處理盆中，每盆3棵苗，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)平行；每天通風(fēng)并根據(jù)土壤的干濕狀況適量澆水，使土壤含水量保持在田間持水量的60-80%ο[0014]3)當(dāng)孔雀草到開(kāi)花期成熟時(shí)，將孔雀草從土壤中移出，可作為觀賞花卉出售，或者將孔雀草收獲后集中處理；孔雀草生長(zhǎng)3個(gè)月開(kāi)花成熟后收獲植株,將收獲的植物分為根、莖、葉和花四部分，分別用自來(lái)水沖洗干凈，再用蒸餾水沖洗，浙去水分，在105°C殺青20分鐘；然后在65°C下烘干至恒重，稱(chēng)量干重后粉碎備用，得到植物；將植物樣品通過(guò)硝酸-過(guò)氧化氫法消解，0.1g植物樣品所用硝酸-過(guò)氧化氫體積組合為6-2ml;微波消解后,用0.45μm膜過(guò)濾、定容,最后用原子吸收分光光度計(jì)(VarianAA240FS型)測(cè)定其中的Cd含量。[0015]實(shí)驗(yàn)結(jié)果所有結(jié)果以3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，差異顯著性采用SPSS20.0(Duncan法)進(jìn)行檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)顯著性設(shè)為p〈0.05。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:移植3個(gè)月后孔雀草植株各部分干重如表1所示；直至收獲，孔雀草生長(zhǎng)良好，各處理組從外觀看均無(wú)受害現(xiàn)象。[0016]表1各處理組孔雀草植株干重(g/盆)【權(quán)利要求】1.一種利用孔雀草修復(fù)鎘-多氯代二苯并呋喃復(fù)合污染土壤的方法，其特征在于步驟如下:1)在鎘-多氯代二苯并呋喃復(fù)合污染土壤中通過(guò)播種孔雀草或扦插移栽幼苗期孔雀草；2)在孔雀草生長(zhǎng)過(guò)程中采用溫室栽培，每天通風(fēng)澆水，土壤含水量保持在田間持水量的60-80%；3)當(dāng)孔雀草到開(kāi)花期成熟時(shí)，將孔雀草從土壤中移出，可作為觀賞花卉出售，或者將孔雀草收獲后集中處理；4)重復(fù)上述1)-3)操作種植孔雀草直至土壤中Cd和P⑶Fs的含量均下降到環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)?！疚臋n編號(hào)】B09B1/00GK103480625SQ201310470917【公開(kāi)日】2014年1月1日申請(qǐng)日期:2013年10月11日優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日【發(fā)明者】張杏麗,周啟星,石紅蕾,高園園申請(qǐng)人:南開(kāi)大學(xué)