大環江流域重金屬污染土壤的3種修復技術研究

劉維明，黃 增，鄧超冰，黎鉉海

(1.廣西大學 化學化工學院，廣西 南寧 530004；2.廣西壯族自治區環境監測中心站，廣西 南寧 530028；3.廣西壯族自治區環境保護廳，廣西 南寧 530226)

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大環江流域重金屬污染土壤的3種修復技術研究

劉維明1,2，黃 增2，鄧超冰3，黎鉉海1

(1.廣西大學 化學化工學院，廣西 南寧 530004；2.廣西壯族自治區環境監測中心站，廣西 南寧 530028；3.廣西壯族自治區環境保護廳，廣西 南寧 530226)

以大環江流域重金屬污染土壤為研究對象，分別采用東南景天、蜈蚣草、蜈蚣草聯合活化劑3種方法進行土壤重金屬修復，測定了修復前后土壤重金屬和植物中重金屬含量，研究了各富集植物的修復效果和富集特征，結果表明：東南景天修復玉米地后，土壤中鎘的去除效率達12.23%，玉米中的鋅、鉛、鎘含量均有所降低，東南景天對鎘的富集系數為5.82，說明東南景天在修復鎘污染土壤的效果較好；在桑樹地中套作蜈蚣草，鉛、砷的去除效率分別達到12.57%、11.82%，桑葉中的5種重金屬含量均有所降低，其中鉛、砷含量比未套作前分別降低了28.09%和14.81%，蜈蚣草對鉛與砷的富集系數分別為1.05、1.45，說明蜈蚣草對土壤中鉛、砷具有明顯的去除效果；在桑樹與蜈蚣草套作地中施加化學活化劑后，土壤中5種元素的去除效率均有明顯的提高，桑葉中5種元素的含量均有所下降，蜈蚣草的富集系數均有所上升，說明活化劑的施用能增加蜈蚣草對重金屬元素的吸收。

重金屬；東南景天；蜈蚣草；植物修復

我國耕地資源總量多，人均耕地少，特別是高質量的耕地少，現階段耕地問題已經成為限制我國農業發展的主要障礙。而近年來，隨著社會經濟的進一步發展，人們一味地追求經濟效益，而與之配套的土壤環境保護監督管理體系卻未健全，在土壤污染防治方面的投入也明顯不足，全社會對土壤的防治意識不強，部分地區的土壤污染日趨嚴重[1]。根據環境保護部和國土資源部2014年4月17日公布的《全國土壤污染狀況調查公報》：全國土壤環境狀況總體不容樂觀，部分地區土壤污染較重，耕地土壤環境質量堪憂，工礦業廢棄地土壤環境問題突出。全國土壤總體超標率為16.1%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點位比例分別為11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。污染類型以無機型為主，有機型次之，復合型污染比重較小，無機污染物超標點位數占全部超標點位的82.8%[2]。廣西是全國14個重金屬污染防治重點省區之一，廣西的重金屬污染存在污染物產生量大、行業和地區排放集中等問題。隨著社會經濟的快速發展，隨之而來的環境污染隱患日見累積，環境污染問題日益嚴重。2001年，廣西環江縣發生了尾礦庫垮壩事件，環江下游近萬畝農田受到嚴重的重金屬污染，造成了極大的社會影響。

目前，土壤中重金屬修復方法有物理修復法、化學修復法、生物修復法等，大多存在工程量較大、實施成本較高，存在二次污染等問題。本試驗采用超富集植物與經濟作物套作修復技術、超富集植物與經濟作物套作+化學聯合修復技術，對受污染土壤中的重金屬予以修復去除，以降低農產品中重金屬的健康風險。通過此項研究來摸索經濟可行的治理土壤重金屬污染的方法，以建立可推廣應用的受污農田安全種植模式，為環江后續333.33 hm2污染農田的治理提供堅實的技術支撐，乃至為解決我國目前土壤重金屬污染治理提供可選擇的技術。

1　材料與方法

1.1試驗設計

本試驗選用環江流域典型區域大安鄉下板六中的4.66 hm2農田作為研究對象，其中包括1.33 hm2玉米地、3.33 hm2桑樹地。項目采用的技術措施為在玉米地中套作東南景天(A類，1.33 hm2)、桑樹地中套作蜈蚣草(B類，1.33 hm2)、桑樹地與蜈蚣草套作+活化劑聯合修復技術(C類，2 hm2)。分別對土壤重金屬含量及經濟作物中重金屬含量進行修復前后的對比，評價各修復技術的經濟可行性。

1.2取樣與分析

土壤監測按照每667 m2網格布設1個采樣點，布點網格約為25.8 m×25.8 m。采樣頻次為修復前(2011年)和土壤修復后(2012年)各采樣1次。采樣方法為圍繞每個網格中心點四周布設4個分點，共取5個分點的土壤樣品，組成一個土壤混合樣品，約1 kg干樣，采樣深度為0～20 cm。取樣方法遵循技術操作規范，防止污染。土壤全量分析項目包括pH值、砷、鎘、鉛、銅、鋅等6項指標。

農產品監測布點對應1個土壤采樣點，使用GPS衛星定位儀進行定位。每667 m2布設1個采樣點。采樣頻次為在土壤修復前(2011年)和土壤修復后(2012年)各采樣1次。采樣和制樣方法：圍繞每個網格中心點四周布設4個分點，共取5個分點的農產品樣品，組成一個農產品混合樣品，約1 kg干樣。

桑葉：采集桑樹成熟葉片，烘干后粉碎。玉米：采集成熟玉米棒子，曬干剝離后得到玉米，烘干后粉碎。具體測試方法見表1。

表1　測試方法及其檢出限

2　結果與分析

2.1土壤中重金屬總量的變化

分別以東南景天套作玉米地、蜈蚣草套作桑樹地、蜈蚣草套作桑樹地并聯合施加活化劑的3種修復方式，通過測定各試驗區域土壤中修復前后的重金屬含量變化，分析各種修復技術對經濟作物地土壤重金屬的去除率，各區域重金屬含量統計結果見表2。

經過修復后，各試驗區域土壤中重金屬含量均值均有不同程度的下降。通過對各修復技術的去除率對比分析可知，東南景天在修復鎘污染土壤中的效果較好，對土壤中鎘的去除效率能達到12.23%；在桑樹地中套作蜈蚣草對去除土壤中的鉛、砷具有明顯的效果，鉛、砷的去除效率分別達到12.57%、11.82%，但對銅、鋅和鎘的去除效果不明顯；在桑樹與蜈蚣草套作地中施加化學活化劑后，銅、鋅、鉛、鎘和砷5種元素的去除效率均有明顯的提高。說明在桑樹與蜈蚣草套作地中施加化學活化劑后，在一定程度上提升了對重金屬污染土壤的修復能力。

表2　不同修復技術的土壤重金屬去除率

2.2農作物中重金屬總量的變化

通過測定各試驗區域修復前后經濟作物中的重金屬含量變化，分析各種修復技術對經濟作物中重金屬的減少率，各區域重金屬含量統計結果見表3。

由表3可知，東南景天套作玉米地修復后，玉米中的鉛、鎘含量比未套作前分別降低了11.22%、14.12%；桑樹地里套作了蜈蚣草之后，桑葉中的鉛、砷含量比未套作前分別降低了28.09%、14.81%；而在桑樹與蜈蚣草套作地中施加化學活化劑后，銅、鋅、鉛、鎘和砷5種元素的降低效率均有不同程度的提高。說明活化劑的施用增加了蜈蚣草對重金屬的吸收，從而減少了桑葉對銅、鋅、鉛、鎘、砷元素的吸收。

表3　不同修復技術的作物重金屬去除率

2.3修復植物對5種重金屬元素的富集能力分析

修復植物從土壤中吸收、富集重金屬能力的強弱，可以用富集系數來反映。富集系數越大，說明越有利于植物富集土壤中的重金屬[3]。富集系數等于1是一個重要的臨界標準，富集系數大于或者等于1時，說明該植物中的重金屬元素含量已經超過或者等于其生長的土壤環境中同種重金屬元素的含量，而這些植物在這樣的生態環境條件下還能以絕對優勢正常生長，且沒有遭到土壤中重金屬的毒害，說明這些植物經過長期的適應和演變，已經對土壤中的重金屬形成了抗性，這樣的重金屬耐性植物就可以作為修復重金屬污染土壤的優質原材料，具有重要的研究價值和廣闊的應用前景[4]。

富集系數的計算公式為：重金屬富集系數=植物體內重金屬含量/土壤中重金屬含量×100%。

通過對富集植物中重金屬含量進行測定，并結合土壤中重金屬含量結果，分別分析東南景天套作玉米地、蜈蚣草套作桑樹地、蜈蚣草套作桑樹+活化劑聯合修復地中的富集植物的富集系數，并對分析結果進行對比，結果見表4。

表4　修復植物的富集系數

在東南景天和蜈蚣草2種富集植物中，東南景天對鎘的富集系數為5.82，富集系數遠大于1，說明東南景天對鎘具有很明顯的富集效果。蜈蚣草對鉛與砷的富集系數分別為1.05、1.45，蜈蚣草對鉛、砷2種元素的富集系數均大于1，說明蜈蚣草為鉛、砷的高積累植物。在桑樹+蜈蚣草套作地中施加活化劑，蜈蚣草的各元素富集系數均有所上升，說明蜈蚣草在活化劑的作用下，進一步提高了對銅、鋅、鉛、鎘、砷5種元素的富集效果，說明活化劑的施用能夠提高修復植物的富集效果，這與不同修復技術去除土壤和農作物中重金屬的效果是一致的。

3　結論

通過對比試驗分析，結果表明：東南景天對鎘具有很明顯的富集效果；蜈蚣草對鉛、砷元素具有很明顯的富集效果；在桑樹+蜈蚣草套作地中施加活化劑，能夠進一步提高蜈蚣草對銅、鋅、鉛、鎘、砷5種元素的富集效果，說明活化劑的施用能夠提高修復植物的富集效果。

[1] 周國華,黃懷曾,何紅蓼.重金屬污染土壤植物修復及進展[J].環境工程學報,2002,3(6):33-39.

[2] 環境保護部.環境保護部和國土資源部聯合發布全國土壤污染狀況調查公報[EB/OL].[2014-04-17]http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/qt/201404/t20140417_270670.htm.

[3] 顏櫻.青海常見植物對土壤中重金屬的富集及修復作用研究[D].西寧:青海師范大學,2007.

[4] 張麗慧.寶雞市東嶺鉛鋅冶煉廠周邊地區植物及土壤中重金屬含量研究[D].西安:陜西師范大學,2011.

(責任編輯：曾小軍)

Study on Three Kinds of Remediation Technologies for Heavy-metal-contaminated Soil in Dahuanjiang River Basin

LIU Wei-ming1,2, HUANG Zeng2, DENG Chao-bing3, LI Xuan-hai1

(1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China; 2. Guangxi Environmental Monitoring Center, Nanning 530028, China; 3. Guangxi Environmental Protection Department, Nanning 530226, China)

In this thesis, three kinds of remediation technologies (plantingSedumalfredii, plantingPterisvittata, and plantingPterisvittatacombined with applying chemical activator) for the heavy-metal-contaminated soil in the Dahuanjiang River basin of Guangxi were researched, the heavy metal contents in the soil and plants before and after the remediation were measured, and the remediation effect and heavy-metal-enrichment characteristics of various plants were compared. The main research results were obtained as follows: plantingSedumalfrediiin maize field could reduce Cd content in the soil by 12.23%, and also could reduce the content of Zn, Pb and Cd in maize; the enrichment coefficient ofSedumalfrediito Cd was 5.82, so this plant had a better remediation effect on the Cd-contaminated soil; after interplantingPterisvittatain mulberry field, the content of Pb and As in the soil was decreased by 12.57% and 11.82%, respectively, and that in the mulberry leaf was reduced by 28.09% and 14.81%, respectively; the enrichment coefficient ofPterisvittatato Pb and As was 1.05 and 1.45, separately, indicating this plant had an obvious removing effect on Pb and As in the soil; after interplantingPterisvittatacombined with applying chemical activator in mulberry field, the removal efficiency for Cu, Zn, Pb, Cd and As in the soil was improved obviously, the content of these heavy metal elements in the mulberry leaf was decreased to a certain extent, and the enrichment coefficient ofPterisvittatawas increased somewhat, showing the application of chemical activator could improve the absorption ofPterisvittatato heavy metal elements in the soil.

Heavy metal;Sedumalfredii;Pterisvittata; Phytoremediation

2016-04-28

廣西自然科學基金項目“基于鎘、砷污染農田安全利用的生態修復研究”(2015GXNSFEA139001)。

劉維明(1979—)，男，廣西靈川人，工程師，主要從事環境監測工作。

X53

A

1001-8581(2016)10-0094-04