專利名稱：一種生態治理茶園土壤鉛超標的方法
技術領域：
本發明公開了一種生態治理茶園土壤鉛超標的植物修復方法，屬于植物修復茶園土壤重金屬超標的技術領域。主要是通過在茶園空隙中引種對重金屬鉛有高富集能力的植物，定期將這種植物收集，與茶園修枝一起通過機械固化成型制成生物質燃料塊，其燃燒后的灰燼分類處理，有冶金價值的可作為冶金原料回收利用，沒有冶金價值的可作為生產水泥或磚的原料，從而達到將吸附的重金屬鉛與土壤永久分離的治理目的，是一種生態治理茶園土壤鉛超標的有效方法。
背景技術：
茶，作為一種健康飲品，早已風靡了全世界。“喝茶有益身心健康”也已在國際范圍內達成共識，但日益加重的環境污染卻使得市場上流通的部分茶葉及茶的衍生物里重金屬含量嚴重超標[文獻 1 :http://wenku. baidu. com/view/825e4f72f242336cleb95e72. html]。人們發現茶葉產地的環境質量是關系到茶葉產品安全的一個重要環節。隨著經濟的迅猛發展和人口的持續增長，人們在生產和生活中排放的污染物，尤其是一些重金屬離子污染不能像有機物污染一樣通過生物的降解而消除，而是不斷積累，使生態環境承受著巨大的壓力，茶園環境面臨持續污染的風險[文獻2:楊揚.蘇州市茶園重金屬現狀研究 [D],中國優秀碩士學位論文全文數據庫.2009. 10]。近年來茶葉中鉛殘留有增加的態勢， 調查顯示市場茶葉中鉛含量彡2mg/kg的為5%，l-2mg/kg的為38. 75%,^ lmg/kg的為 56. 25% [文獻3:徐長興、王先宏.入世后我國茶葉衛生質量面臨的問題及對策.城市質量監督.2002. 6]。2003年全國茶葉衛生質量監督抽檢結果表明，鉛指標不合格占不合格總數的91. 7% [文獻4:康孟利.鉛在茶樹體內累積分布及其對茶樹生育、生理影響的研究 [D],中國優秀碩士學位論文全文數據庫.2004. 7]。中國是茶葉種植、生產的出口大國，茶葉中鉛殘留超標問題已在一定程度上制約了茶產業的健康發展。因此，加強茶園產區土壤重金屬的生態治理對促進農業生態環境保護和實現茶葉生產的可持續發展具有積極重要的現實意義。茶樹各器官中，重金屬元素的含量有明顯的差異，新陳代謝旺盛的器官對重金屬元素的富集能力較大[文獻5:楊揚.蘇州市茶園重金屬現狀研究[D].中國優秀碩士學位論文全文數據庫.2009. 10]。對茶樹不同部位和不同成熟度新梢鉛含量的測定表明，樹體地上部分的鉛含量依次為生產枝、側枝和老葉。傳統的修枝回園方法，實際上是將富集了一定重金屬的枝梢進行了修剪回園，使重金屬又一次進入土壤中。若焚燒修枝，不僅污染環境， 且焚燒后的灰燼幾乎還是回入茶園，日積月累，土壤重金屬污染有增無減。土壤重金屬污染的主要特點為污染范圍廣、持續時間長、污染隱蔽性、無法被生物降解，并可通過食物鏈不斷地在生物體內富集，甚至可轉化為毒害性更大的甲基化合物， 對食物鏈中某些生物產生毒害，或最終在人體內蓄積而危害健康。土壤重金屬污染已引起多國社會的高度重視，各種土壤修復技術陸續出現。目前常用的處理重金屬污染的方法有煅燒、固化、高溫熔融、酸浸、氨浸等物理化學修復方法，但是這些方法治理成本高，而且容易造成二次污染，因此這些治理方法不符合茶園可持續發展的污染治理模式。植物修復技術是近年來在國際上興起的一種有潛力、低成本的以太陽能為能源的綠色修復技術。基本思路是將野生的或經改造的重金屬超富集植物種植在重金屬超標的茶園土壤上，通過物理、化學或者生物的過程來消除、減少、隔離或者固化重金屬污染物，從而降低土壤中重金屬含量，達到生態治理的目的[文獻6:周向軍.重金屬超富集植物環境修復技術研究進展.安徽農業科學.2010，3:1408-1410]。較之傳統的修復方法，植物修復更符合可持續發展污染治理模式，有著很好的發展前景。重金屬超富集植物是植物修復的基礎。超富集植物(Hyperaccmulator)是指能超量吸收和積累重金屬的植物，這一定義最初是由Brooks等提出的，當時用以命名莖中 Ni 含量(干重)大于 1000mg/kg 的植物[文獻 7 =Brooks R. R.，et al. Detection of nickliferous rocks by analysis of herbarium species of indicator plants. Journal of Geochemical Exploration. 1977，7 :49 77]。現超富集植物的概念已擴大到植物對所有金屬元素的超量富集現象，即指能超量富集一種或同時富集幾種金屬元素的植物。超富集植物應同時具備三個特征[文獻8 :http://www. 100gczg.com/Detail. aspx ？ id = 1483886]一是植物地上部分(如莖或葉)的重金屬含量是普通植物在同一生長條件下的100倍以上，其臨界含量:Co、Cu、Ni、Pb均為1000mg/kg, Zn 10000mg/kg, Cd 100mg/kg ；二是植物地上部分重金屬含量大于根部該種重金屬含量；三是植物的生長沒有出現明顯的毒害癥狀。其實，植物地上部分生物量沒有明顯下降(與生長在未污染土壤同種植物生物量相比)，同時植物富集系數S/R > 1 (S和R分別指植物地上部與根部重金屬含量)也是必不可少的特征。目前國內外報道的鉛超富集植物有遏藍菜屬(Thlaspi rotimdilolium)、燕麥草(Arrhenatherum elatius) > MMMM (Thlaspi caerulescens)、土棄|J介(Chenopodium ambrosioides)、綠葉覽菜(Amaranthus tricolor)、紫穗槐(Sophora japonica)、習習葉鬼針草(Bidens maximowicziana)、東南景天(S. alfredii)禾口酸膜(Rumex acetosa)等。對茶樹修枝及收集的超富集植物進行生物質固化成型處理，可將吸附的重金屬與土壤永久分離，防止二次污染。生物質機械固化成型技術是將各類生物質原料經粉碎、干燥、高壓成型等環節使原來分散的、沒有一定形狀的原料壓縮成具有一定幾何形狀、密度較大的成型燃料，是目前國內外利用生物質能比較普遍且效果顯著的技術之一。所得成型燃料應用于兩個方面一是進一步炭化加工制成木炭棒或木炭塊，作為民用燒烤木炭或工業用活性炭；二是作為燃料直接燃燒，用于家庭或暖房采暖。生物質機械固化成型燃料與煤炭相比，熱值相當，生產成本低，無毒無味，環境友好，社會和經濟效益顯著。將這些燃料燃燒后的灰燼用作生產水泥或磚塊的原料，從而達到重金屬與土壤永久分離的目的。
發明內容
本發明的目的在于提供一種投資少、無二次污染、有效治理茶園土壤鉛超標的方法。植物修復技術治理茶園土壤鉛超標就是篩選一種生長快速、適應茶園、容易種植且不影響茶樹生長要求的灌木或木本超富集植物對茶園土壤進行鉛超標修復。結合研究其對茶園土壤鉛的吸附能力、種植與收集時機對茶葉生產及品質的影響，選擇合適的超富集植物并獲得切實可行的植物修復方法與技術。為實現上述目的，本發明篩選一種符合生長快速、適應茶園、容易種植且不影響茶樹生長要求的灌木或木本超富集植物，通過在茶園種植這種對土壤中重金屬鉛有超富集作用的植物對土壤中鉛進行吸附，在生長5-6個月后將超富集植物與茶葉修枝一并收集。對收集的超富集植物和茶葉修枝通過機械固化成型技術制成生物質燃料塊，再進行資源化利用。茶農不僅可安全處置修枝等廢棄物，還有效解決了茶園土壤鉛超標的問題。目前有少數的植物(或其特殊生態型)具有對某種重金屬元素的專適應性，它們吸入并存儲的重金屬離子可達0. 5-8g/kg(個別達25g/kg)，超過正常元素的數百倍。有些種類分化為若干專化生態型，能忍受數種有毒物質，如細弱剪股穎(Agrostis tenuis)、羊茅(Festuca ovina)、蠅子草等對Zn、Cu、Cr、Ni、As等皆有抗毒能力[文獻9 武吉華、張紳.植物地理學(第三版)]。本發明就是根據茶樹的栽培生長特點選擇合適的鉛超富集植物進行種植，并按時對超富集植物進行移除收集，資源化利用，實現對茶園鉛超標土壤的純生態植物修復治理并防止重金屬二次污染。治理茶園土壤鉛超標的植物修復方法主要包括如下步驟1)根據茶樹的不同生長階段，選擇合適的時間種植對鉛的超富集植物；2)根據超富集植物的生長特點適時調整種植位置及間種株距，以便全面治理茶園
土壤；3)在超富集植物完成營養生長后進行收割或移除收集，監測土壤和超富集植物的重金屬含量的變化，根據監測結果決定是否繼續種植同類或他類超富集植物。一般經過5-8 年，可實現污染土壤中重金屬鉛的有效清除，使茶園土壤達到GB15618-95 土壤環境質量鉛含量標準；4)對超富集植物進行收集資源化利用，不產生二次污染，從根本上解決茶園重金屬污染的問題。收集的超富集植物及茶葉修枝經過切割機粉碎、混合拌料、輸送、篩機、輸送、烘干、輸送、制塊等流程，可加工成生物質燃料塊，成型密度大約為1. 1-1. 3kg/m3 ；5)對機械成型的生物質燃料塊燃燒后的灰燼進行分類處理，有冶金價值可作為冶金原料進行回收利用，沒有冶金價值可作為生產水泥或磚的原料，永久地將重金屬與土壤分離。茶樹是多年生常綠木本植物，一般采用單行條植法，行距150cm，叢距33cm，每叢3 株，每畝栽苗4000株。茶樹種植后約三年起可少量采收，十年后達盛產期，三十年后即開始老化。幼齡茶樹(茶苗種植三年以內)既怕干又怕曬，必須經常澆水抗旱、遮陰防曬，以促進茶樹苗根系的生長。在茶樹間種超富集植物短萼灰葉，既能吸收茶園土壤中的重金屬鉛， 降低茶葉中的鉛含量，又能為幼齡茶樹遮陰，避免茶樹葉子被強烈陽光灼傷。短萼灰葉，豆科灰葉屬的一個種，又名山毛豆、灰葉豆，多年生小灌木。適應性強， 耐酸、耐脊、耐旱，喜光，喜熱，亦能忍受0°c左右的低溫，適合在茶園間種。根據資料顯示，短萼灰葉體內鉛含量高達5000-6000mg/kg，對鉛有較強的富集能力，且由根部向地上部轉移鉛的能力比較強，容易種植，具有廣泛的適應性。早春的2月下旬至3月上中旬是茶苗移栽的最佳時期之一，在栽種茶樹苗時可間種短萼灰葉的種子。經過4-5個月的生長，7-8月份時其地上部分可達IOOcm以上，此時正是南方的“伏旱”季節，最易使茶苗受到傷害。幼齡茶樹一般株高在40cm以下，此時的短萼灰葉可為茶樹遮陰抗旱。等陽光強烈的9月份過后，對短萼灰葉的地上部分進行收割，留茬 40-50cm,在秋冬季節不影響茶樹的生長。成年茶樹(茶苗種植3年以上)一般在春茶采摘后約4月中下旬進行修枝，株高一般為70-80cm。此時，在茶園間種短萼灰葉種子。在8-9月份時，短萼灰葉的地上部分可達100-120cm，在高溫少雨的季節可以為茶樹遮陰保濕。在10月份對短萼灰葉的地上部分進行收割，留茬40-50cm。對上述超富集植物及茶樹修枝收集后，經機械固化成型制作成生物質燃料塊。本發明有益的效果是提供了一種治理茶園土壤鉛超標的純生態方法，根據茶樹的不同生長階段，種植超富集植物短萼灰葉，適時收集短萼灰葉植物和茶樹修枝進行機械壓塊成型后資源化利用，不僅有效地解決了茶園土壤鉛超標的問題，而且避免了重金屬對其他水土的二次污染，極大地提高了生態環保效益。與傳統土壤重金屬污染治理的方法相比，具有投資少、工程量小、管理技術要求不高、經濟可行，且不破壞原有土壤理化性質的特點，是一種應用范圍廣、投資少、維護成本低、可操作性強的“生態修復技術”，具有良好的社會、經濟和環境效益，在茶園土壤重金屬鉛的修復中具有廣闊的應用前景及重要的現實意義。
圖1是本發明基于生態治理茶園土壤重金屬鉛超標方法的流程示意圖。
具體實施例方式實施例1對某新建茶園土壤重金屬含量監測結果表明茶園土壤中重金屬鉛的平均含量是 82aiig/kg。將短萼灰葉種子于3月上中旬按短萼灰葉與茶樹的株距*行距=60*60cm間種到該茶園中。在其自然生長6個月后，株高130cm左右時進行首次收割其地上部，留茬40cm。 經分析測定，地上部中鉛含量約為1550mg/kg，土壤中的鉛含量平均值由原來的82aiig/kg 降低到6^mg/kg，相當于使土壤中的鉛含量減少了約25%。種植短萼灰葉當年可收割1 次，第二三年可以收割2次，利用年限為2-3年，到了利用年限將其整體移除收集進行資源化利用，再種植第二茬，重復上述過程，直至茶園土壤達到GB15618-95 土壤環境質量鉛含量標準。收割或移除的植物與茶園修枝一樣收集后進行生物質機械壓塊成型，成型密度大約1. 1-1. 3kg/m3。收集的超富集植物和茶樹修枝是高生物質含量的資源，經機械固化成型可制成生物質燃料塊，其燃燒后的灰燼進行分類處理，有冶金價值可作為冶金原料進行回收利用，沒有冶金價值的作為生產水泥或磚的原料，永久地將重金屬與土壤分離，從而從根本上解決茶園土壤鉛含量超標的問題。實施例2對某成年茶樹茶園，在4月下旬春茶采摘修枝完畢后，按短萼灰葉與茶株的株距* 行距=70*100cm將短萼灰葉間種到該茶園中，經自然生長5個月后，株高約120cm時進行首次收割其地上部，留茬50cm，種植短萼灰葉當年收割1次，第二三年可以收割2次，利用年限2-3年，到利用年限將其整體移除后再種植第二茬，重復上述過程，直至茶園土壤達到GB15618-95 土壤環境質量的鉛含量標準。收割或移除的植物與茶園修枝收集后進行機械固化成型，制作成生物質燃料塊，成型密度大約1. 1-1. 3kg/m3。收集的超富集植物和茶樹修枝是高生物質含量的資源，經機械固化成型設備的固化處理，可制作為生物質燃料塊，其燃燒后的灰燼進行分類處理，有冶金價值可作為冶金原料進行二次回收利用，沒有冶金價值作為生產水泥或磚的原料，永久地將重金屬與土壤分離。從而從根本上解決茶園土壤鉛含量超標的問題。實施例3對另一茶園土壤重金屬含量監測，其鉛含量平均值為1151mg/kg，按實施例1的方法將短萼灰葉種植兩年后，經分析測定，其地上部鉛含量為2250mg/kg，地上部對土壤鉛的吸收富集量隨其生長期增長而增多，土壤中的鉛含量有不斷恢復正常的趨勢。通過重復種植超富集植物達到有效解決茶園重金屬鉛超標的問題。從根本上改良土壤物理性質，提高土壤肥力，促進茶樹生長，為茶園優質高產提供良好的生態條件。
權利要求
1.一種生態治理茶園土壤鉛超標的方法，其特征在于其方法是在鉛超標的茶園土壤中播種短萼灰葉種子，種植5-6個月后，當植物長到株高120-130cm時，將植物地上部分收割與茶園修枝一起進行機械固化成型，作為生物質燃料利用。
2.根據權利要求1所述的一種生態治理茶園土壤鉛超標的方法，其特征在于短萼灰葉間種于幼齡茶樹的時間為每年的3月份，間種于成年茶樹的時間為每年的4-5月份。
3.根據權利要求1所述的一種生態治理茶園土壤鉛超標的方法，其特征在于在植物收割及移除后可通過機械固化成型制成生物質燃料塊，其燃燒后的灰燼進行分類處理，有冶金價值的可作為冶金原料回收利用，沒有冶金價值的可作為生產水泥或磚的原料，永久地將重金屬鉛與土壤分隔。
全文摘要
本發明涉及了一種利用超富集植物對茶園超標的重金屬鉛進行吸附并通過生物質機械固化成型技術將富集鉛的植物進行資源化利用的生態治理茶園土壤鉛超標的方法。本發明采用的是選種培育合適的灌木類超富集植物——短萼灰葉，采取間種的方法，通過超富集植物不斷吸附茶園土壤中重金屬鉛，從而改良土壤物理性質，提高土壤肥力，促進茶樹生長，為茶園優質高產提供了良好的生態條件。將超富集植物及茶園的修枝經過機械固化成型，作為燃料利用，這種燃料經燃燒后的灰燼再作為水泥或磚的原料，與土壤永久分離。不僅避免重金屬鉛對水土的二次污染，而且進行了資源化利用。該方法投資少，工程量小，不破壞土壤理化性質，不造成二次污染，永久性地解決茶園土壤鉛污染問題，是一種經濟可行，環境友好的茶園土壤重金屬鉛污染修復的方法。
文檔編號B09C1/00GK102240665SQ20111012447
公開日2011年11月16日 申請日期2011年5月16日 優先權日2011年5月16日
發明者不公告發明人 申請人:杭州大清智能技術開發有限公司, 浙江長三角應用數學研究所