重金屬污染土壤的“穩定化-植物富集”聯合修復技術研究

李春林 許劍平 曹鳳娟 祁傳磊

青島冠中生態股份有限公司

重金屬污染土壤的“穩定化-植物富集”聯合修復技術研究

李春林 許劍平 曹鳳娟 祁傳磊

青島冠中生態股份有限公司

本文采用“穩定化—植物富集”聯合修復技術，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，覆蓋一層具有穩定結構性能的營養基質層，該層基質適合植物檸條、紫穗槐和紫花苜蓿等快速生長。通過植物根的吸收—傳導作用，萃取污染土壤中的重金屬離子，并富集在植物體內。通過對植物體內重金屬含量檢測，發現檸條和紫花苜蓿對于Cd、紫穗槐對于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，修復土壤的同時，還可改良土壤的理化性質，增強土壤肥力。

土壤；重金屬；植物修復；聯合修復

1 前言

隨著城市工業化的發展，不同工礦企業工業生產、農業生產活動以及交通運輸等，越來越多的重金屬通過各種途徑被排放到環境中。重金屬通過食物鏈遷移到動物、人體內，嚴重危害動物、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道，土壤重金屬污染已經成為土壤污染中倍受關注的公共問題[1]。對于重金屬污染治理，以往常采用的物理與化學治理技術，大多只能暫緩重金屬的危害，還會導致二次污染，不能從根本上解決問題[2]。植物修復技術主要是利用植物對重金屬的富集作用來降低土壤重金屬濃度或毒性的環境友好型方法，為重金屬污染的治理提供了一種新途徑[3]。目前相關研究報道中已經篩選出蜈蚣草、東南景天、印度芥菜、龍葵、黑麥草、高羊茅、等對重金屬提取效果好的植物[4]。

本文經過研究調查，對篩選富集重金屬的植物進行試驗驗證和檢測，初步確定適用“穩定化—植物富集”聯合修復技術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，對土壤改良具有重要作用，這對利用植物修復技術治理重金屬污染土壤，以及改善重金屬污染區的生態環境具有重要的實踐意義。

2 研究內容與方法

2.1 污染土壤表層整理

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

2.2 噴制密封層

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

2.3 噴制營養基質底層

在密封層的上面噴制一層特殊制備的營養基質層[5]，厚度3-5cm。該基質層能抵抗大風的侵蝕和雨水的沖刷，不會發生水土流失問題。最主要的是，該基質營養豐富，保水保肥性強，能使植物快速生長。

a)噴制營養基質種子層。在噴制營養基質底層后，噴制營養基質種子層。厚度2cm。該營養基質種子層除營養基質外，主要包括檸條、紫穗槐和紫花苜蓿等植物種子。

b)養護管理。噴播2個月內依照天氣情況確定澆水程度和頻次，隨著植物生長，可借助噴灌系統適當噴施液肥補充養分，并適當進行除草及病蟲害防治工作。

c)調查數據。噴播后2-3個月內，調查植物高度及冠幅；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，以驗證其對重金屬的富集能力；同時對植物修復前后的土壤進行采樣，檢測其理化性質。

3 結果與分析

3.1 前期植物的高度、冠幅等調查

在噴播后的2-3個月內，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，分別進行Cd、Pd和Zn含量的檢測，檸條對于Cd的富集，其富集作用為葉＞根＞莖；紫穗槐對于Pd的富集，其富集作用為根＞莖＞葉，對于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（mg/kg）

表2 紫穗槐重金屬Pd、Zn含量的檢測（mg/kg）

3.3 草本植物紫花苜蓿重金屬富集情況

對一年生草本植物紫花苜蓿采集宿根和地上部分分別進行重金屬檢測，包括對Cd、Pd、Zn含量的檢測，紫花苜蓿對于Cd的富集，其富集作用為地上部分＞宿根部分；對于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（mg/kg）

修復前土壤的容重較大，養分含量低，保水性能差。通過表4可以看出，與修復前相比，修復后土壤容重降低了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

4 結論

通過“穩定化—植物富集”聯合修復技術對重金屬污染土壤進行修復，在噴播后的2-3個月內，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效率，縮短了修復周期。本研究對檸條、紫穗槐中的Cd、Pd、Zn的檢測發現，檸條和紫花苜蓿對于Cd、紫穗槐對于Zn具有很好的富集作用，其富集作用隨著植物生長而加強。對于Pd的富集，還需進一步篩選出其他富集植物。通過對重金屬富集植物中重金屬含量和修復后土壤理化性質的檢測，表明本研究提供的“穩定化—植物富集”聯合修復技術對重金屬污染的土壤具有一定的修復和改良作用，但對于富集重金屬植物的后期處理工藝技術還需做進一步研究。

[1]劉素純,蕭浪濤,王惠群,童建華.植物對重金屬的吸收機制與植物修復技術[J].湖南農業大學學報(自然科學版),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技術研究[J].中國農學通報,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技術研究進展[J].福建農業學報,2006,21(增刊):145～151.

[4]聶亞平,王曉維,萬進榮,尹陽陽,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植物修復措施研究進展[J].生態科學,2016,35(2):174～182.

[5]李春林,許劍平,吳剛等.團粒噴播在廢棄采石場生態恢復方面的應用[J].環境工程,2011(29):278～281.