一種評價植物修復放射性核素污染土壤潛力的新方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及放射性核素污染土壤的修復，特別涉及放射性核素污染土壤的植物修 復。
【背景技術】
[0002] 隨著我國國防和核電的快速發展，對天然鈾的需求在日益增加，這就要求加大鈾 礦開采和冶煉的規模，這使得越來越多的土壤遭到了放射性核素的污染。放射性核素污染 土壤具有放射性核素濃度低、面積廣、處理量大等特點。雖然采用客土法、原位覆蓋法、固化 法、穩定化法、電動修復法、土壤淋洗法、螯合劑浸取法等物理和化學方法，雖可取得較好的 效果，但其處理成本高、易造成二次污染，同時還需采用專門的設備，配備專業技術人員對 其進行操作、維護和管理，因而只適用于小面積的重度放射性核素污染土壤的處理，而且常 常會導致土壤結構破壞、土壤生物活性下降和土壤肥力退化等問題。因此，研宄高效、廉價 的修復鈾礦冶放射性核素污染土壤的方法是我國鈾礦冶最緊迫的任務之一。
[0003] 與傳統的物理和化學修復方法相比，生物修復法具有環境友好、技術難度小、投資 少、成本低、操作簡便、無二次污染等特點。尤其是植物修復法，以陽光為能源，節省人力物 力，處理設施小，成本低，適合大規模的應用；有利于土壤生態系統的保持；對污染地景觀 有美學價值，對環境基本沒有破壞作用，易為公眾所接受，且有可能通過資源化取得經濟效 益，是一種最具潛力的鈾礦冶放射性核素污染土壤的高效、廉價修復方法。然而，篩選適合 當地環境的具有修復功能的植物物種，是植物修復的一項重要基礎性工作。
[0004] 目前，評價一種植物是否具有修復放射性核素污染土壤的潛力，主要有兩個指標： 生物富集量和生物富集系數。生物富集量是指目標放射性核素在植物體內某一部位的濃 度，可以反映植物對放射性核素的富集程度的高低或富集能力的強弱；生物富集系數是指 植物某一部位的目標放射性核素濃度與土壤中相應的放射性核素濃度之比，它在一定程度 上反映了土壤-植物系統中放射性核素迀移的難易程度。
[0005] 然而，評價一種植物是否可用于植物修復，植物中目標放射性核素的濃度不是唯 一的決定因素。盡管這種植物中目標放射性核素濃度非常高，但是，如果其生物量非常小的 話，它對土壤中目標放射性核素的去除能力也將很低，因而它不適合用于植物修復。植物的 生物量是評價一種植物用于植物修復的一個重要的評價因子，采用植物中目標放射性核素 的濃度與植物生物量的乘積，表示一種植物對污染土壤中目標放射性核素的去除能力更加 合理。由于先前的評價指標生物富集量和生物富集系數沒有考慮植物的生物量這個因子， 因此，亟需根據影響植物修復的三個因素，植物的生物量、植物中放射性核素的濃度和污染 土壤中放射性核素的濃度，提出評價植物修復放射性核素污染土壤潛力的新方法。
【發明內容】
[0006] 針對上述情況，本發明的目的是提供一種評價植物修復放射性核素污染土壤潛力 的新方法。本發明根據植物的生物量、植物中放射性核素的濃度和放射性核素污染土壤中 放射性核素的濃度這三個影響放射性核素污染土壤植物修復效果的因子，提出了一個新的 植物修復系數，它被定義為植物地上部分的生物量與其中放射性核素的濃度的乘積再除以 土壤中放射性核素的濃度。采用此植物修復系數評價一種植物修復放射性核素污染土壤的 潛力，具有簡單、直觀、結果合理等多重優點。其具體步驟包括： (1) 采集植物和土壤樣； (2) 測定植物各個部位的生物量； (3) 測定植物各個部位放射性核素的濃度； (4) 測定土壤中放射性核素的濃度； (5) 計算植物修復系數，評價修復潛力； 其進一步的措施是： 所述采集植物和土壤樣的具體做法是：選好采樣地點，對生長在放射性核素污染土壤 中的優勢植物進行采集，每種植物采集6株；采用帶有聚丁烯套的長30. 5 cm、直徑為5 cm 的S形不銹鋼鉆具，在植物生長對應的采樣點上采集土壤樣品； 所述測定植物各個部位的生物量的具體做法是：先用自來水沖洗附著在植物樣品的葉 及根的表面的土壤，然后用去離子水洗干凈，將根、莖、葉、花、果實分開。讓其自然風干2周 后，在105°C的烘箱內烘干24 h，恒質量后，再采用電子天平稱取莖、葉和果實的質量； 所述測定植物各個部位放射性核素的濃度的具體做法是:采用植物粉碎機將烘干至恒 質量后的植物的莖、葉和果實進行粉碎，經過63 Mm的尼龍篩后，準確稱取50~100 mg的 樣品，置于聚四氟乙烯燒杯中，加入2 mL濃度為68%的HNO3，密封放置過夜，然后放置于電 熱板上敞開加熱，在150°C下蒸至近干，冷卻后再加入2 mL濃度為68%的HNO3和0.2 mL 濃度為38%的HF，放入內襯鋼套加蓋密封，置于烘箱中在190°C下加熱20 h，稍冷后，再次放 置于電熱板上蒸至近干，加入I mL濃度為500 ng/mL的Rh內標液，最后加入0.5 mL濃度 為40%的HNO3和3 mL的H2O,于130°C下密閉加熱3 h，冷卻，最后，將消解液用雙重蒸餾 水定容至10 mL，采用電感耦合等離子體質譜測定其中放射性核素的濃度； 所述測定土壤中放射性核素的濃度的具體做法是:除去采集到的放射性核素污染土壤 樣品中的植物殘根和石礫，將每個采樣點的土壤充分混勻，用四分法取I kg帶回實驗室，自 然風干2個星期，然后在105° C烘干24 h，恒質量后，采用瑪瑙研缽將土壤進行研磨，經過 63 Mm的尼龍篩后，取50~100 mg的樣品置于聚四氟乙稀燒杯中，加入2 mL濃度為68% 的HNO3，密封放置過夜，然后放置于電熱板上敞開加熱，在150°C下蒸至近干，冷卻后加入2 mL濃度為68%的HNO3和0. 2 mL濃度為38%的HF，放入內襯鋼套加蓋密封，置于烘箱中在 190°C下加熱20 h，稍冷后，再次放置于電熱板上蒸至近干，加入I mL濃度為500 ng/mL的 Rh內標液，最后加入0. 5 mL濃度為40%的HNO3和3 mL的H2O,于130°C下密閉加熱3 h， 冷卻，最后，將消解液用雙重蒸餾水定容至50 mL，采用電感耦合等離子體質譜測定其中放 射性核素的濃度； 所述計算植物修復系數，評價修復潛力的具體做法是：才用以下公式（1)計算各種植 物對放射性核素的植物修復系數，根據植物修復系數的大小評價一種植物對放射性核素污 染土壤的修復潛力，
【主權項】
1. 一種評價植物修復放射性核素污染土壤潛力的新方法，根據植物的生物量、植物中 放射性核素的濃度和放射性核素污染土壤中放射性核素的濃度這三個因素影響植物修復 放射性核素污染土壤的效率的因子，提出植物修復系數，其特征在于，植物修復系數定義為 植物的地上部分生物量與其中放射性核素的濃度的乘積除以土壤中放射性核素的濃度，根 據植物修復系數的大小評價一種植物修復放射性核素污染土壤的潛力，評價方法具體步驟 包括： (1) 植物和土壤的采集； (2) 測定植物各個部位的生物量； (3) 測定植物各個部位放射性核素的濃度； (4) 測定土壤中放射性核素的濃度； (5) 計算植物修復系數及評價修復潛力。
2. 根據權利要求1所述的一種評價植物修復放射性核素污染土壤潛力的新方法，其特 征在于，所述的植物和土壤樣品的采集是：選好采樣地點后，對生長在放射性核素污染土壤 中的優勢植物進行采集，每種植物采集6株；在植物生長對應的采樣點上采用S形，帶有聚 丁烯套的長30. 5cm，直徑為5 cm的不銹鋼鉆具采集土壤樣品。
3. 根據權利要求1所述的一種評價植物修復放射性核素污染土壤潛力的新方法，其特 征在于，所述的測定植物各個部位的生物量具體是:采集的植物樣品先用自來水沖洗附著 在葉或根表面的土壤，然后用去離子水洗干凈，將根、莖、葉、花、果實分開，自然風干2個星 期后，然后在105 °C的烘箱內烘干24 h，質量恒定后，再采用電子天平稱取莖、葉和果實的 質量。
4. 根據權利要求1所述的一種評價植物修復放射性核素污染土壤潛力的新方法，其特 征在于，所述的測定植物各個部位放射性核素的濃度具體是:采用植物粉碎機將烘干至恒 質量后的植物的莖、葉和果實進行粉碎，經過63 Mm的尼龍篩后，準確稱取50~100 mg的 樣品于聚四氟乙烯燒杯中，加入2 mL 68%的HNO3，密封放置過夜，然后放置于電熱板上敞開 加熱，在150 °C下蒸至近干，冷卻后加入2 mL 68%的HNO3和0.2 mL 38%的HF，放入內襯 鋼套加蓋密封，置于烘箱中在190 °C下加熱20 h，稍冷后，再次放置于電熱板上蒸至近干， 加入I mL 500 ng/mL Rh內標液，最后加入0· 5 mL 40%的HNO3和3 mL的H2O,于130 °C 下密閉加熱3 h，冷卻，最后，將消解液用雙重蒸餾水定容至10 mL，采用電感耦合等離子體 質譜測定其中放射性核素的濃度。
5. 根據權利要求1所述的一種評價植物修復放射性核素污染土壤潛力的新方法，其特 征在于，所述的測定土壤中放射性核素的濃度具體是:采集到的放射性核素污染土壤樣品， 除去植物殘根和石礫后，將每個采樣點的土壤充分混勻，用四分法取I kg帶回實驗室，自然 風干2個星期，然后在105° C烘干24 h，恒質量后，采用瑪瑙研缽將土壤進行研磨，經過63 Mm的尼龍篩后，取50~100 mg的樣品于聚四氟乙稀燒杯中，加入2 mL 68%的HNO3，密封 放置過夜，然后放置于電熱板上敞開加熱，在150 °C下蒸至近干，冷卻后加入2 mL 68%的 HNO3和0.2 mL 38%的HF，放入內襯鋼套加蓋密封，置于烘箱中在190 °C下加熱20 h，稍冷 后，再次放置于電熱板上蒸至近干，加入I mL 500 ng/mL Rh內標液，最后加入0.5 mL 40% 的HNO3和3 mL的4〇,于130 °C下密閉加熱3 h，冷卻，最后，將消解液用雙重蒸餾水定容 至50 mL，采用電感耦合等離子體質譜測定其中放射性核素的濃度。
6.根據權利要求1所述的一種評價植物修復放射性核素污染土壤潛力的新方法，其特 征在于，所述的計算植物修復系數、評價修復潛力具體是：根據公式（1)計算各種植物對放 射性核素的植物修復系數，根據植物修復系數的大小評價一種植物對放射性核素污染土壤 的修復潛力，
以述公式中，植物的地上部分包括種子、莖和葉組織，植物地上部分的目標核素的濃 度，指的是種子、莖和葉組織中目標核素的平均濃度，土壤中目標放射性核素的濃度指的是 待修復放射性核素污染土壤的平均濃度。
【專利摘要】本發明涉及一種評價植物修復放射性核素污染土壤潛力的新方法。提出植物修復系數，定義為植物的地上部分生物量與其中放射性核素的濃度的乘積除以土壤中放射性核素的濃度，根據植物修復系數的大小評價一種植物修復放射性核素污染土壤的潛力。本方法綜合考慮植物地上部分的生物量、植物地上部分放射性核素的濃度和污染土壤中放射性核素的濃度三個因素，用來評價一種植物修復放射性核素污染土壤的潛力更加合理。與現有的評價方法相比，具有簡單、直觀、結果合理的優點。
【IPC分類】B09C1-00
【公開號】CN104741370
【申請號】CN201510171334
【發明人】丁德馨, 胡南, 趙維超, 李樂, 李廣悅, 王永東, 胡勁松, 李昌武
【申請人】南華大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月13日