專利名稱：一種利用黃姜修復重金屬污染土壤的方法
技術領域：
本發明涉及污染環境的植物修復技術，具體地說是一種利用黃姜修復重金屬污染土壤的方法。
背景技術：
土壤是人類不可或缺、賴以生存的自然資源之一，也是生態環境的重要組成部分。隨著工業的發展，城市污染加劇以及農業生產的不斷進步，重金屬伴隨著外來有機化合物對土壤的污染日益嚴重(Pambrun V, Marquot A, Racault. Characterization of the toxiceffects of cadmium and3. 5—dichlorophenol on nitrifying activity and mortalityin biologically activated sludge systems-effect of low temperature[J]. EnvironScience Pollution Resource. 2008，15:592 - 599. )，土壤重金屬污染已經成為一個嚴峻 的全球性環境問題。重金屬污染會導致土壤的退化，降低農作物的產量和質量(駱永明，滕應.我國土壤污染退化狀況及防治對策[J]. 土壤，2006，38 (5) :505-508.)，并且隨雨水和泥沙通過徑流和淋溶作用進入地表水和地下水，造成水體污染(Mulligan C. N.，YongR.N.，Gibbs B. F. . Remediation technologies for metal-contaminated soils andground water:an evaluation [J]. Engineering Geology. 2001, 60:193-207.);重金屬在土壤中進行迀移轉化，被植物或微生物吸收利用，進而通過食物鏈危及人類的生命和健康(Alloway B J. Heavy metals in soil[M]. London:Blackie Academic&professional, 1995:1-65.)。此外重金屬在土壤系統中的污染過程具有迀移能力低、滯留時期長和不可被微生物或化學降解的特點(Kirpichtchikova T. A.，Manceau A.，Spadini L，etal.Speciation and solubility of heavy metals in contaminated soil using X-raymicrofluorescence, EXAFS spectroscopy, chemical extraction, and thermodynamicmodeling [J]. Geochimica et Cosmochimica Acta. 2006，70 (9) : 2163 - 2190. ) 因此，土壤重金屬污染給植物、動物、微生物以及生態環境帶來了巨大的損壞，對人體健康構成了潛在的威脅(McLaughlin M. J.，Zarcinas B. A.，Stevens D. P.，et al. Soil testing for heavymetals[J]. Communications in Soil Science and PlantAnalysis. 2000, 31(11-14):1661-1700. )0修復重金屬污染土壤，恢復土壤原有功能，一直是國際上的難點和熱點研究課題(Caecieatore DA, Mcneil MA. Principles of soil bioremediation [J]. Biocycle.1995，36(10):61-64;Caplan JA. The worldwide biommediatlon industry:prospectsforproits[J]. Trends Biotechnd. 1993，11:320-323. ) 比較經典的重金屬污染治理方法是工程措施，通過客土、換土和翻土的機械物理原理，或熱處理法、電化學法等物理化學原理，來降低土壤中重金屬含量(Probstein RF, Hick RE. Removal of contaminants fromsoils by electric fields [J]. Science. 1993，260:498-503.)。根據重金屬的化學性質還可釆取一些改良措施，如添加改良劑、固化劑，抑制劑等降低土壤重金屬的水溶性、迀移性以及有效性，使重金屬固定在土壤中，以減輕其對生態環境的危害(Charles M. Wilkj RaghuArora. Cement-based solidification/stabilization of lead-contaminated soil ata Utah highway construction site [J] Remediation. 1995，5 (3) : 103-110.)。這兩類方法往往投資昂貴，需用復雜的設備，難以應用于大規模污染土壤的改良，大多數只是改變的重金屬的存在形態，暫時緩解重金屬危害，而且常常導致土壤結構破壞、生物活性下降和肥力退化，很難恢復到土壤的原始狀態等，并有可能造成二次污染破環環境，處理效率低(王向健，鄭玉峰，赫冬青.重金屬污染土壤修復技術現狀與展望[J].環境保護科學 2004，30(122) :48-49.)。經過多年的摸索，Brooks (Brooks RR, Lee J, Reeves RD, etal.Detection of nickeliferous rocks by analysis of herbarium specimens ofindicator plants[J]. Journal of Geochemical Exploration. 1977，7:49-57.)在1977年首次提出了重金屬超富集植物的概念，超富集植物是植株體積累的重金屬濃度比普通植物高出100倍的植物。到了二十世紀八十年代，美國科學家Chaney (Chaney RL. Plant uptakeof inorganic waste. In:Parr J E，Marsh PB, Kla JM(eds)Land treatment of hazardollswastes [M]. Noyes Data, Park Ridge, III. 1983, 50-76.)提出了運用植物來修復土壤重金屬污染的設想。他提出用超富集植物修復重金屬污染的土壤，當植物成熟收割后可帶走土壤中的大量重金屬，再進一步將重金屬提純作為工業原料，達到了修復土壤污染以及變廢 為寶的雙重目的(Chaney R L, Angle J S，Broadhurst C L, et al. Improved understandingof hyperaccumulation yields commercial phytoextraction and phytominingtechnologies [J]. Journal of Environmental Quality. 2007，36:1429-1243.)。因為植物修復具有廉價和清潔的優勢，又能產生良好生態效應并具有經濟開發價值，植物修復成為了當今國內外學者研究的熱點，且發展迅速，成為21世紀綠色環境修復技術之一。在植物修復技術中，傳統意義上的超富集植物往往植株矮小、生長緩慢、生物量低、或者吸收的重金屬向莖葉運輸的比例不夠大(Wang KR. Tolerance of cultivatedplants to Cadmium and their utilization in polluted farmland soils[J]. Acta Biotechnol.2002, 22:189-198. ;Brown SL, Chancy RL, Angle JS, et al. Zinc and cadmiumuptake by Thlaspi caerulescens and Silene cucubalis in relation to soil metalsand soil pH [J]. Environ. Qual. 1994, 23:1151-1157.);這些植物多為野生植物，對生態氣候條件有著嚴格的要求，區域性很強(周振民，朱彥云.土壤重金屬污染大生物量植物修復技術研究進展[J].灌溉排水學報.2009，28 (6) :26-27.);且大多本身不具有較好的經濟效益等缺點，因而實際應用綜合效果不大。近幾年來人們開始趨向于尋找積累能力一般但抗性強、生物量大而修復效果好的植物，比如黑麥草和紫花苜蓿等。但這些植物積累的重金屬可能會以飼料、肥料等形式進入或重新進入食物鏈，危害人體健康。因此，在植物修復的實際操作中，尋找抗性強、生物量大、生長周期短、吸收積累重金屬總量多、而且又能避免重金屬重新進入食物鏈的理想植物，比如用作造紙、紡織、制藥等的植物，是一條更好的技術思路。
發明內容
本發明目的在于提供一種利用黃姜修復重金屬污染土壤的方法，以解決現有重金屬污染土壤修復技術中植物存在的植株矮小、生長緩慢、生物量低、吸收積累重金屬總量少、只對單一重金屬有耐性和富集能力、不具有較好的經濟效益、實際應用綜合效果不大等問題。為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為在重金屬復合污染的土壤中種植黃姜，通過其自然生長過程中對重金屬的吸收富集能力從而去除土壤中過量的重金屬。所述種植在重金屬復合污染土壤中的黃姜是一種對重金屬有超耐性的植物，其根部對重金屬有超強的富集能力。所述黃姜在重金屬復合污染地區進行野外大田種植，選擇土層深松的適應土地，進行常規的耕地，將黃姜種莖直播在污染土壤中，按常規追肥，當黃姜株高達到30cm時進行搭架，定期對農田進行除草、除蟲等田間管理。所述在重金屬復合污染土壤中種植的黃姜，其根部從土壤中吸收大量的重金屬，隨著植物的生長，塊根生物量的加大，其對重金屬積累的總量也隨之增加。當植物成熟后，地上部分枯萎，便可對黃姜塊根進行采挖，再種植新的黃姜種莖，多次重復操作，能有效降低土壤中重金屬的含量，從而修復污染土壤。所述黃姜在重金屬復合污染土壤中能正常生長，沒有明顯毒害癥狀，畝產約為8000-10000株左右，其塊根成熟采挖后，測得IOOg含水率為70%的鮮姜塊根可提取皂素
0.7g左右。本發明中的黃姜，又名盾葉薯蕷，多年生草本植物，為我國特有種，主要分布在我國的湖南、湖北、云貴高原、陜西、四川、河南等地。經試驗表明，黃姜塊根對多種重金屬都有很強的耐性和富集能力。本發明充分利用黃姜對重金屬的這一富集特性，將其種植在重金屬復合污染的地區，吸收積累土壤中的重金屬，黃姜成熟后通過挖采其地下部分來提取土壤中的重金屬，從而達到降低污染土壤中重金屬含量的目的。本發明的有益效果是發明人通過試驗研究發現，黃姜塊根對多種重金屬具有顯著的富集特性，能在重金屬復合污染的土壤中正常生長。本發明正是利用黃姜對重金屬的這一耐性和富集特征，將其直接種植于重金屬復合污染的地區，通過對成熟黃姜塊根進行挖采和處理，以達到修復重金屬復合污染土壤的目的。由于黃姜對土壤的適應性強，生長旺盛，根系發達，抗旱能力強，生長范圍較廣，栽培較簡單，管理費低，一次種植能多年受益，其經濟、藥用價值很高，廣泛應用于醫藥和民用工業，并且其經濟利用方式又能避免重金屬重新進入食物鏈。因此，本發明為土壤重金屬復合污染的植物修復技術開發了新的植物資源品種，利用重金屬污染土壤的種植產生經濟效益，無論從生態學角度，還是從經濟學角度都將具有重要的現實意義。
圖I為本發明實例中初花期黃姜中重金屬Cu、Zn、Pb的含量分析圖一。圖2為本發明實例中初花期黃姜中重金屬的含量分析圖二。圖3為本發明實例中成熟期黃姜中重金屬Cu、Zn、Pb、Cd、As的含量分析圖。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明做進一步詳細描述。但不應將此理解為本發明上、述主題的范圍僅限于下述實施列。實施例I污染礦區土壤修復試驗試驗地點為湖南郴州礦區受重金屬污染的農田，該農田土壤為重金屬Cu、Zn、Pb、Cd,As的復合污染土壤(土壤重金屬的本底值見表I)。表I 土壤中重金屬的本底值單位mg/kg
權利要求
1.ー種利用黃姜修復重金屬污染土壌的方法，其特征在于將黃姜種植于重金屬復合污染土壌中，通過其自然生長過程中對重金屬的吸收富集能力從而去除土壤中過量的重金ノ禹。
2.根據權利要求I所述的利用黃姜修復重金屬污染土壌的方法，其特征在于所述黃姜在重金屬復合污染地區進行野外大田種植，選擇土層深松的適應土地，進行常規的耕地，將黃姜種莖直播在污染土壤中，按常規追肥，當黃姜株高達到30cm時進行搭架，定期對農田進行田間管理。
3.根據權利要求I所述的利用黃姜修復重金屬污染土壌的方法，其特征在于所述在重金屬復合污染土壤中種植的黃姜成熟后，地上部分枯萎，對黃姜塊根進行采挖，再種植新的黃姜種莖，多次重復操作，能有效降低土壌中重金屬的含量，從而修復污染土壌。
4.根據權利要求I所述的利用黃姜修復重金屬污染土壌的方法，其特征在于所述黃姜在重金屬復合污染土壤中正常生長，畝產約為8000-10000株左右，其塊根成熟采挖后，測得IOOg含水率為70%的鮮姜塊根提取皂素0. 7g左右。
全文摘要
本發明涉及重金屬污染土壤的植物修復技術，具體地說是一種利用黃姜修復重金屬污染土壤的方法，解決現有重金屬污染土壤修復技術中植物存在的植株矮小、生長緩慢、生物量低、吸收積累重金屬總量少、只對單一重金屬有耐性和富集能力、不具有較好的經濟效益、實際應用綜合效果不大等問題。該方法是將黃姜直接栽種在重金屬復合污染的土壤中，進行常規地栽培。黃姜在污染土壤中能夠正常地生長，沒有出現明顯的毒害癥狀，不影響黃姜塊根皂素含量；而且其根系發達、生物量大，能夠吸收積累大量的多種重金屬；特別是重金屬Zn、Cd在須根中的含量明顯高于土壤本底值，達到了超富集的水平。采用本方法栽培較簡單，管理費低，一次種植能多年受益，有很高的藥用價值，又能避免重金屬重新進入食物鏈，可以在治理污染的同時得到一定的經濟收入。
文檔編號B09C1/00GK102755990SQ201210271638
公開日2012年10月31日 申請日期2012年8月1日 優先權日2012年8月1日
發明者彭亮, 彭星, 曾清如, 楊洋, 陳志鵬 申請人:湖南農業大學