一种采用植物栽种方式修复铜矿废弃地土壤重金属污染的方法技术

本发明专利技术提供了一种采用植物栽种方式修复铜矿废弃地土壤重金属污染的方法，该地区的重金属污染的土壤为铜、铅、锌、铬、镉、砷污染或复合污染，在重金属污染的土壤上种植对重金属具有富集能力的植物，当植物生长至生长期时，对其喷施植物生长抑制剂，当植物生长至成熟期，对其喷施重金属污染修复促进剂，在植物衰老期进行收割，实现重金属污染的移除。本发明专利技术中刺儿菜、虎尾草、葎草地下部分对铜和砷离子的富集能力较强，可作为铜、砷离子复合污染土壤的生态恢复植物；狗尾草对铅离子以及野西瓜苗对锌离子的富集能力和转运能力均较强；藜、鹅绒藤、益母草、甘菊对不同重金属离子分别表现为抗性或者耐性。本研究可为本区矿山重金属污染与治理提供基础材料与科学依据。

A Method of Rehabilitating Heavy Metal Pollution in Soil of Copper Mine Waste Land by Plant Planting

The invention provides a method for remediating heavy metal pollution in soil of copper mine wasteland by plant planting. The heavy metal contaminated soil in this area is copper, lead, zinc, chromium, cadmium, arsenic or compound pollution. Plants with accumulation ability of heavy metals are planted on the heavy metal contaminated soil, when plants grow to life. In the long run, plant growth inhibitors were sprayed on the plants, and heavy metal pollution remediation accelerators were sprayed on the plants from growth to maturity, and harvested in the senescence period of the plants to remove heavy metal pollution. In the invention, the underground parts of Echinacea spinosa, Sargassum tigrifolia and Humulus scandens have strong enrichment ability of copper and arsenic ions, and can be used as ecological restoration plants of soil polluted by copper and arsenic ions; the enrichment and transportation ability of Sargassum to lead ions and wild watermelon seedlings to zinc ions are strong; Chenopodium, velvet vine, Leonurus japonica and Chamomile are not. The same heavy metal ions showed resistance or tolerance respectively. This study can provide basic materials and scientific basis for the pollution and control of heavy metals in mines in this area.

【技术实现步骤摘要】
一种采用植物栽种方式修复铜矿废弃地土壤重金属污染的方法
本专利技术提供一种铜矿废弃地土壤重金属污染修复方法，属于生态污染控制领域。
技术介绍
矿山开发在获得巨大经济利益的同时，造成大片植被和土地被严重破坏，而且对周边土壤造成严重的重金属污染。截至2011年底，全国至少存在985个铜矿区，铜尾矿排放量为23亿t，按照其周边33.33hm2为尾矿废弃地进行保守估算，中国铜矿废弃地至少存有3.33万hm2。铜矿区土壤重金属污染成因主要有两方面：(1)井下废水、选矿废水、冶炼厂废水等,含有较多的重金属元素；(2)铜矿业废弃地一般都含有大量的重金属,其中又以尾矿和废弃的低品位矿石的重金属量最高。这些废弃物露天堆放后迅速风化,并通过降雨、酸化等作用向周边地区扩散从而导致重金属污染。重金属污染不仅隐蔽性强，且长期、稳定的存在，一旦进入生物链，容易在动、植物体内积累，从而给人类健康造成安全隐患。因此，废弃矿山的生态修复无论是在国内还是国外都是一个十分严重紧迫的问题。传统的土壤重金属污染治理方法是物理化学修复方法，该方法对于重金属和放射性物质污染的修复适用性较差,不能从根本上解决大面积的土壤环境污染问题。植物修复技术以其对环境干扰少、修复成本低、环保等优势应运而生，为治理土壤重金属污染提供了新的途径。“植物修复”(Phytoremediation)是指通过将某种特定的植物种植在污染土壤上，而该种植物对土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力，然后收获植物并进行妥善处理(如灰化回收)，从而将该种污染元素移出土体，达到土壤污染治理与生态修复的目的。由于矿业废弃地物理结构不良、养分缺乏、重金属毒性大等因素，一般植物难以生长。因此，植物修复技术的关键是寻找重金属离子修复植物，包括富集、抗性、耐性植物。迄今为止，国内有关铜矿及其废弃地植物修复的报道很少。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种铜矿废弃地土壤重金属污染修复方法，该地区的重金属污染的土壤为铜、铅、锌、铬、镉、砷污染或复合污染，在重金属污染的土壤上种植对重金属具有富集能力的植物，当植物生长至生长期时，对其喷施植物生长抑制剂，当植物生长至成熟期，对其喷施重金属污染修复促进剂，在植物衰老期进行收割，实现重金属污染的移除。所述的重金属污染的土壤为砷、铜污染是指砷单因子污染指数为1-3，铜单因子污染指数为3-5，所述的单因子污染指数是指Pi＝Ci/Si，式中：Pi为土壤中污染物，i为单因子污染指数；Ci代表土壤污染物i的实测值；Si代表土壤中污染物i的污染起始临界值，单因子污染指数分级标准为：Pi＜1清洁；1≤Pi＜2轻污染；2≤Pi＜3中污染；Pi≥3重污染。所述的重金属污染的土壤为铜污染是指铜单因子污染指数为4.675，所述的单因子污染指数是指Pi＝Ci/Si，式中：Pi为土壤中污染物，i为单因子污染指数；Ci代表土壤污染物i的实测值；Si代表土壤中污染物i的污染起始临界值，单因子污染指数分级标准为：Pi＜1清洁；1≤Pi＜2轻污染；2≤Pi＜3中污染；Pi≥3重污染。对重金属具有富集能力的植物是指栽种藜、狗尾草、虎尾草、葎草、鹅绒藤、野西瓜苗、益母草、甘菊、刺儿菜中的两种以上植物；对一年生的藜、狗尾草、虎尾草、葎草、鹅绒藤、野西瓜苗、益母草、甘菊、刺儿菜自根部收割。所述的植物生长抑制剂为青鲜素与草铵膦的混合物，其青鲜素喷施质量浓度为0.1-0.5％(进一步优选为喷施质量浓度为0.2％)；草铵膦的喷施质量浓度为0.01-0.1％(进一步优选为喷施质量浓度为0.02％)。所述的重金属污染修复促进剂为硫脲，所述的硫脲在使用过程中与农药中常用的辅助性粘结试剂共用，硫脲喷施质量浓度为0.8-1.2％(进一步优选为喷施质量浓度为1.1％)。本专利技术中栽种的藜、狗尾草、虎尾草、葎草、鹅绒藤、野西瓜苗、益母草、甘菊、刺儿菜对重金属离子具有一定的吸附能力，经1-3年的轮回栽种可将土壤的重金属降至《土壤环境质量标准(GB15618-1995)》三级标准值。本专利技术的植物生长抑制剂青鲜素在植物生长至生长期，在该阶段喷施青鲜素与草铵膦的混合物，降低了植物的生长生长，但在光合作用力下，植物处于最佳生长期，生长力强，在该阶段喷施青鲜素有利于将土壤中的重金属的吸附(因土壤也具有一定的吸附性，所以，将土壤中的重金属吸附出来需要一定的作用力)，喷施的草铵膦使植物叶部渐渐枯黄，但根茎部还处于较健康状态。喷施过程中青鲜素与草铵膦的喷施量必须严格控制，喷施过多，植物生长力下滑，不利于植物的吸附，落入地面后与重金属离子易发生化学反应，进一步污染土壤；喷施过少，起不到促进作用，且草铵膦喷施过多，植物枯萎死去，使富集一部分重金属的植物凋谢或死亡在土壤上，起不到富集重金属的效果。本专利技术喷施的重金属污染修复促进剂硫脲在植物生长至成熟期，硫脲粘附在植物叶面或根茎部分，硫脲易渗透入植物叶面内或根茎部内，易与在生长期间吸附的重金属发生络合反应，形成不溶性化合物沉积在植物内，成熟期后，便于收割并移除。所述的硫脲在使用过程中与农药中常用的辅助性粘结试剂共用(所述的常用的辅助性粘结试剂可以为淀粉、羧甲基纤维素等)，硫脲喷施量可以稍微过量，但必须严格控制在一定量以内。稍微过量后，可促进植物进一步生长，也可以作为土壤肥分，若喷施量过多，与土壤中的重金属发生络合后就不易分再次分离出。附图说明图1为采集点示意图。具体实施方式研究区概况本实施例以冀中地区典型铜矿矿群中某一铜矿废弃地为研究对象，对区域内的土壤和优势植物进行采样分析，探讨土壤重金属污染情况以及优势植物对重金属的吸收和积累特征，从而筛选出适宜废弃铜矿地区的生态修复植物，旨在为矿山污染和治理提供科学依据。本专利技术的废弃铜矿位于河北省中部地区，太行山北端，四周环山，耕地面积较少。属暖温带大陆性季风气候，年均气温8℃，年均降雨量508mm以上，全年主导风向为西北风和东南风，地带性土壤类型为棕壤土和褐色土。植被属华北植物区系，现有植被大部分为灌草丛，其次是天然次生林和人工林，植物多以自然分布。冀中地区矿山资源丰富，其中铜综合内蕴经济资源量98.11万吨，铜金属资源量77.98万吨，是河北省大型铜矿矿群。样品采集以重金属污染严重的地区为中心，分别在采矿区(A区)、运矿区(B区)、半山腰(C区)、厂区及周边村庄(D区)布设4个调查样地(图1)。每个调查样地上，按照随机布点法采集5个表土(0-30cm)子样，然后将其混合为质量为1kg的土壤样品备用，一共采集4个土壤样品。同时，在每个调查样地内分别调查植物种类和生长状况，然后根据调查样地面积的大小、植物生长量，最后确定单种植物自然分布面积在30％及以上的，为该调查样地的代表性优势植物，一共采集9种优势植物(见表1)，隶属于7个科9个属，每种优势植物挑选6-8株，整株采集备用。因此，在4个调查样地上，土壤和植物一共有13个采集点。(注：采矿区(A区)2012年发生暴风雨造成坍塌，所以海拔高度低于运矿区(B区))表19种优势植物样品处理与分析土样预处理及土壤重金属含量的测定去除土壤样品中的碎石、植物残根等杂物，风干后过100目筛备用。采用HNO3-HF-HClO4(4:4:2)消解法，利用原子吸收分光光度计测定铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Z本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种采用植物栽种方式修复铜矿废弃地土壤重金属污染的方法，该地区的重金属污染的土壤为铜、 铅、锌、铬、镉、砷污染或复合污染，其特征在于，在重金属污染的土壤上种植对重金属具有富集能力的植物，当植物生长至生长期时，对其喷施植物生长抑制剂青鲜素与草铵膦的混合物，当植物生长至成熟期，对其喷施重金属污染修复促进剂硫脲，在植物衰老期进行收割，实现重金属污染的移除；所述的对重金属具有富集能力的植物是指栽种藜、狗尾草、虎尾草、葎草、鹅绒藤、野西瓜苗、益母草、甘菊、刺儿菜中的两种以上植物；对一年生的藜、狗尾草、虎尾草、 葎草、鹅绒藤、野西瓜苗、益母草、甘菊、刺儿菜自根部收割。

【技术特征摘要】
1.一种采用植物栽种方式修复铜矿废弃地土壤重金属污染的方法，该地区的重金属污染的土壤为铜、铅、锌、铬、镉、砷污染或复合污染，其特征在于，在重金属污染的土壤上种植对重金属具有富集能力的植物，当植物生长至生长期时，对其喷施植物生长抑制剂青鲜素与草铵膦的混合物，当植物生长至成熟期，对其喷施重金属污染修复促进剂硫脲，在植物衰老期进行收割，实现重金属污染的移除；所述的对重金属具有富集能力的植物是指栽种藜、狗尾草、虎尾草、葎草、鹅绒藤、野西瓜苗、益母草、甘菊、刺儿菜中的两种以上植物；对一年生的藜、狗尾草、虎尾草、葎草、鹅绒藤、野西瓜苗、益母草、甘菊、刺儿菜自根部收割。2.权利要求1所述的采用植物栽种方式修复铜矿废弃地土壤重金属污染的方法，其特征在于，所述的重金属污染的土壤为砷、铜污染是指砷单因子污染指数为1-3，铜单因子污染指数为1-6，所述的单因子污染指数是指Pi=Ci/Si，式中：Pi为土壤中污染物，i为单因子污染指数；Ci代表土壤污染物i的实测值；Si代表土壤中污染物i的污染起始临界值，单因子污染指数分级标准为：Pi＜1清洁；1≤Pi＜2轻污染；2≤Pi＜3中污染；Pi≥3重污染。3.权利要求1所述的采用植物栽种方式修复铜矿废弃地土壤重金属污染的方法，其特征在于，所述的重金属污染的土壤为铜污染是...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔彬彬，张冬梅，曹柳青，张妍，靳茜，周丽娜，管延英，关超男，滕忠才，周丁丁，孔丽晓，李姗，
申请(专利权)人：保定学院，上海市园林科学规划研究院，
类型：发明
国别省市：河北,13