李春林 許劍平 曹鳳娟 祁傳磊

青島冠中生態(tài)股份有限公司

重金屬污染土壤的“穩(wěn)定化-植物富集”聯(lián)合修復(fù)技術(shù)研究

李春林 許劍平 曹鳳娟 祁傳磊

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本文采用“穩(wěn)定化—植物富集”聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，通過特殊處理的密封層把重金屬污染土壤“固定”在原位，在密封層上面，覆蓋一層具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)性能的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)層，該層基質(zhì)適合植物檸條、紫穗槐和紫花苜蓿等快速生長(zhǎng)。通過植物根的吸收—傳導(dǎo)作用，萃取污染土壤中的重金屬離子，并富集在植物體內(nèi)。通過對(duì)植物體內(nèi)重金屬含量檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)檸條和紫花苜蓿對(duì)于Cd、紫穗槐對(duì)于Zn具有很好的富集作用。以上植物可作為重金屬污染土壤中Cd和Zn富集提取使用，且屬豆科植物，具有固氮作用，修復(fù)土壤的同時(shí)，還可改良土壤的理化性質(zhì)，增強(qiáng)土壤肥力。

土壤；重金屬；植物修復(fù)；聯(lián)合修復(fù)

1 前言

隨著城市工業(yè)化的發(fā)展，不同工礦企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)以及交通運(yùn)輸?shù)?，越來越多的重金屬通過各種途徑被排放到環(huán)境中。重金屬通過食物鏈遷移到動(dòng)物、人體內(nèi)，嚴(yán)重危害動(dòng)物、人體的健康，鎘米、砷毒、血鉛等重金屬污染危害近年來常見報(bào)道，土壤重金屬污染已經(jīng)成為土壤污染中倍受關(guān)注的公共問題[1]。對(duì)于重金屬污染治理，以往常采用的物理與化學(xué)治理技術(shù)，大多只能暫緩重金屬的危害，還會(huì)導(dǎo)致二次污染，不能從根本上解決問題[2]。植物修復(fù)技術(shù)主要是利用植物對(duì)重金屬的富集作用來降低土壤重金屬濃度或毒性的環(huán)境友好型方法，為重金屬污染的治理提供了一種新途徑[3]。目前相關(guān)研究報(bào)道中已經(jīng)篩選出蜈蚣草、東南景天、印度芥菜、龍葵、黑麥草、高羊茅、等對(duì)重金屬提取效果好的植物[4]。

本文經(jīng)過研究調(diào)查，對(duì)篩選富集重金屬的植物進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證和檢測(cè)，初步確定適用“穩(wěn)定化—植物富集”聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的具有富集重金屬植物，且所選植物為豆科植物，具有一定固氮作用，對(duì)土壤改良具有重要作用，這對(duì)利用植物修復(fù)技術(shù)治理重金屬污染土壤，以及改善重金屬污染區(qū)的生態(tài)環(huán)境具有重要的實(shí)踐意義。

2 研究?jī)?nèi)容與方法

2.1 污染土壤表層整理

在噴制密封層前需要對(duì)要治理的污染土壤表層進(jìn)行清理，去除較大土塊，碎石，雜草等，再對(duì)土壤表層進(jìn)行整平。

2.2 噴制密封層

本工程采用濕式噴播工藝，將密封層基質(zhì)噴制在污染土壤表面上，該基質(zhì)配方選取的組成材料主要有：粘土、膨潤(rùn)土、石膏、有機(jī)高分子聚合物質(zhì)。該密封層的厚度為2-3cm。

2.3 噴制營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)底層

在密封層的上面噴制一層特殊制備的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)層[5]，厚度3-5cm。該基質(zhì)層能抵抗大風(fēng)的侵蝕和雨水的沖刷，不會(huì)發(fā)生水土流失問題。最主要的是，該基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)豐富，保水保肥性強(qiáng)，能使植物快速生長(zhǎng)。

a)噴制營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)種子層。在噴制營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)底層后，噴制營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)種子層。厚度2cm。該營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)種子層除營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)外，主要包括檸條、紫穗槐和紫花苜蓿等植物種子。

b)養(yǎng)護(hù)管理。噴播2個(gè)月內(nèi)依照天氣情況確定澆水程度和頻次，隨著植物生長(zhǎng)，可借助噴灌系統(tǒng)適當(dāng)噴施液肥補(bǔ)充養(yǎng)分，并適當(dāng)進(jìn)行除草及病蟲害防治工作。

c)調(diào)查數(shù)據(jù)。噴播后2-3個(gè)月內(nèi)，調(diào)查植物高度及冠幅；在檸條、紫穗槐出苗一年后、兩年后分別采集根、莖、葉部分，紫花苜蓿出苗后一年分別采集地上部分和宿根部分，檢測(cè)檸條和紫穗槐的根、莖、葉部分和紫花苜蓿的地上部分和宿根部分的重金屬含量，以驗(yàn)證其對(duì)重金屬的富集能力；同時(shí)對(duì)植物修復(fù)前后的土壤進(jìn)行采樣，檢測(cè)其理化性質(zhì)。

3 結(jié)果與分析

3.1 前期植物的高度、冠幅等調(diào)查

在噴播后的2-3個(gè)月內(nèi)，植物的高度（檸條、紫穗槐）在50cm以上，冠幅在30cm以上，植被覆蓋率在95%以上。

3.2 木本植物檸條和紫穗槐重金屬富集情況

對(duì)一年生和兩年生的木本植物檸條和紫穗槐采集根、莖、葉部分，分別進(jìn)行Cd、Pd和Zn含量的檢測(cè)，檸條對(duì)于Cd的富集，其富集作用為葉＞根＞莖；紫穗槐對(duì)于Pd的富集，其富集作用為根＞莖＞葉，對(duì)于Zn的富集，其富集作用為葉＞根＞莖；具體見表1、表2。

表1 檸條重金屬Cd含量的檢測(cè)（mg/kg）

表2 紫穗槐重金屬Pd、Zn含量的檢測(cè)（mg/kg）

3.3 草本植物紫花苜蓿重金屬富集情況

對(duì)一年生草本植物紫花苜蓿采集宿根和地上部分分別進(jìn)行重金屬檢測(cè)，包括對(duì)Cd、Pd、Zn含量的檢測(cè)，紫花苜蓿對(duì)于Cd的富集，其富集作用為地上部分＞宿根部分；對(duì)于Pd、Zn的富集，其富集作用為宿根部分＞地上部分；具體見表3。

表3 一年生紫花苜蓿重金屬Cd、Pb、Zn含量的檢測(cè)（mg/kg）

修復(fù)前土壤的容重較大，養(yǎng)分含量低，保水性能差。通過表4可以看出，與修復(fù)前相比，修復(fù)后土壤容重降低了19.87%，最大持水量提升了33.30%，氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量明顯增加，特別是堿解氮的含量增加明顯。

表4 重金屬污染土壤理化性質(zhì)

4 結(jié)論

通過“穩(wěn)定化—植物富集”聯(lián)合修復(fù)技術(shù)對(duì)重金屬污染土壤進(jìn)行修復(fù)，在噴播后的2-3個(gè)月內(nèi)，植物的高度（檸條、紫穗槐）、冠幅及植被覆蓋率效果良好，解決了植物生長(zhǎng)慢、富集能力弱的問題，有效提高了污染土壤重金屬萃取和修復(fù)效率，縮短了修復(fù)周期。本研究對(duì)檸條、紫穗槐中的Cd、Pd、Zn的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，檸條和紫花苜蓿對(duì)于Cd、紫穗槐對(duì)于Zn具有很好的富集作用，其富集作用隨著植物生長(zhǎng)而加強(qiáng)。對(duì)于Pd的富集，還需進(jìn)一步篩選出其他富集植物。通過對(duì)重金屬富集植物中重金屬含量和修復(fù)后土壤理化性質(zhì)的檢測(cè)，表明本研究提供的“穩(wěn)定化—植物富集”聯(lián)合修復(fù)技術(shù)對(duì)重金屬污染的土壤具有一定的修復(fù)和改良作用，但對(duì)于富集重金屬植物的后期處理工藝技術(shù)還需做進(jìn)一步研究。

[1]劉素純,蕭浪濤,王惠群,童建華.植物對(duì)重金屬的吸收機(jī)制與植物修復(fù)技術(shù)[J].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004,30(5):493～498.

[2]張繼舟,王宏韜,袁磊,王立民.重金屬污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2013,29(14):134～139.

[3]鐘珍梅,楊冬梅,黃勤樓,等.土壤重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].福建農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2006,21(增刊):145～151.

[4]聶亞平,王曉維,萬(wàn)進(jìn)榮,尹陽(yáng)陽(yáng),許溫蓬,楊文亭.幾種重金屬(Pb、Zn、Cd、Cu)的超富集植物種類及增強(qiáng)植物修復(fù)措施研究進(jìn)展[J].生態(tài)科學(xué),2016,35(2):174～182.

[5]李春林,許劍平,吳剛等.團(tuán)粒噴播在廢棄采石場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)方面的應(yīng)用[J].環(huán)境工程,2011(29):278～281.