專利名稱：一種確定土壤中重金屬遷移趨勢的方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及重金屬污染土壤修復領域，尤其涉及一種確定土壤中重金屬遷移趨勢的方法和系統。
背景技術：
煤炭的生產與利用給人類文明和社會進步作出了巨大的貢獻，但是隨著煤礦資源的開采和利用，礦業活動產生了大量的礦業固體廢物，如煤矸石，已成為我國最大的工業固體廢棄物之一，目前煤矸石的資源化綜合利用比例還不到30%，大量的煤矸石堆存成為煤矸石山，煤矸石山堆放在自然環境中，在風化和雨水淋濾等作用下，煤矸石中的微量重金屬元素(包括汞、鎘、鉛、銅、鈷、鋅、鎳、砷、硒、錫等)遷移入周圍的土壤，造成土壤重金屬增力口，這些有毒的重金屬元素不容易被土壤生物降解，在土壤中逐漸累積，導致土壤污染，影響農作物的產量和質量，并最終通過食物鏈危害人類健康。在我國因采礦侵占的土地面積已接近4萬平方公里，而且每年新增廢棄土地面積達330平方公里。如何針對煤矸石堆積引起的土壤重金屬污染，尤其是對已污染的土壤進行修復成為越來越多研究者關注的問題。現有的修復已污染的土壤的方法包括化學固化、土壤淋洗、電動修復、植物修復技術，這些方法中，化學、物理技術修復受重金屬污染的土壤，不僅費用高，難以應用于大規模污染土壤的改良，而且常常導致土壤結構破壞，生物活性下降和肥力退化等問題，利用植物修復解決礦山土壤受重金屬污染的是一條高效、經濟和綠色的治理途徑，而目前對于確定適用于礦山受重金屬污染的土壤修復的植物種類的篩選存在著憑經驗、不夠科學、效率不高的問題，主要原因是不了解重金屬由該土壤向其上種植的植物中的遷移趨勢，僅是根據分別獨立測得的土壤或其上種植的植物中存在的重金屬含量，來確定適合種植的植物，沒有將土壤和其上分布的植物結合起來進行綜合考慮，使得受重金屬污染的土壤和進行修復的植物種類經常出現不能良好匹配的問題，因此如何提供一種確定土壤中重金屬遷移趨勢的方法和系統，為獲得適于修復受重金屬污染的土壤的植物種類，解決受重金屬污染的土壤和進行修復的植物種類不能良好匹配的問題提供參考數據成為有待解決的問題。
發明內容
本發明提供一種確定土壤中重金屬遷移趨勢的方法，通過綜合考慮受重金屬污染的土壤和其上分布的植物，科學設置采樣點和采樣深度，獲得了重金屬由該土壤向其上種植的植物中的遷移趨勢，為確定適于修復受重金屬污染的土壤的植物種類，解決受重金屬污染的土壤和進行修復的植物種類不能良好匹配的問題提供了良好的參考數據。本發明還提供了一種篩選適于在受重金屬污染的土壤區域種植的植物種類的方法，通過根據上述方法確定土壤中重金屬遷移趨勢，然后篩選出適于在受重金屬污染的土壤區域種植的植物種類。本發明還提供了一種確定土壤中重金屬遷移趨勢的系統，該系統采用上述確定土壤中重金屬遷移趨勢的方法，科學設置采樣點和采樣深度，獲得了重金屬由該土壤向其上種植的植物中的遷移趨勢。本發明提供的一種確定土壤中重金屬遷移趨勢的方法，其特征在于，包括:I)選取受重金屬污染的土壤區域；2)在所選取的土壤區域上確定一個或多個測試區，所述測試區為在其上至少分散種植有兩種植物的區域，所述分散種植指在任一棵植物周圍至少四個方向上且不小于0.2米范圍內種植有植物，并且至少一個方向上的植物為不同種類的植物；3)在所述測試區內設置采樣點并在各采樣點處不同深度采樣，包括以所述測試區中長勢良好的一棵或多棵植物為中心，分別在各中心周圍種植植物的方向上設置輻射線，且任兩條輻射線之間的夾角不小于10度，以所述中心為圓心設置一個以上的同心圓，所述同心圓的半徑不大于圓心到離圓心最近的一棵植物的距離，所述植物為在所述圓心周圍至少四個方向上且不小于0.2米范圍內種植的植物，將每條輻射線與同心圓的交點設為采樣
占.
4)測定每個采樣點處不同深度的土壤中重金屬含量，取平均值獲得實際土壤中重金屬含量，并測定測試區內每種植物的地上部分和地下部分中重金屬的含量；5)將每種植物的地上部分和地下部分中重金屬的含量分別與實際土壤中重金屬含量進行比較得出所述重金屬遷移趨勢。在本發明的方案中，所述重金屬遷移趨勢指重金屬由該土壤向其上種植的植物中的遷移趨勢，所述受重金屬污染的土壤區域為受到煤炭或煤矸石中的微量重金屬元素，包括汞、鎘、鉛、銅、鈷、鋅、鎳、砷、硒和錫等中的一種或多種污染的土壤。測定測試區土壤中重金屬含量的方法采用本領域常規的測定土壤中重金屬含量的方法。測定植物的地下部分中重金屬的含量可以是測定植物的根中的重金屬含量，測定植物的地上部分中重金屬的含量可以是測定植物的根、莖、葉、果實等中的重金屬含量，測定的方法采用本領域常規的測定植物中重金屬含量的方法。在測試區上分散種植的植物應為長勢良好的植物，即在至少I年的觀察時間內，枝葉生長正常，沒有出現干枯、掉落等現象的植物。在本發明的方案中，各輻射線相對于所述中心可以是對稱的，也可以是非對稱的，優選為非對稱的。并且在本發明方案中，所述分散種植的定義中所述不小于0.2米的范圍是對所有種類的植物而言，本領域技術人員可根據要進行分析植物種類的不同，例如草本植物或木本植物等在上述范圍內進行適當的選擇，確定合適的分散程度，只要最終確定的采樣點能夠反應植物所在的受重金屬污染的土壤中的重金屬遷移趨勢即可。在本發明的一個具體實施方式
中，所述測試區的面積不小于受重金屬污染的土壤區域總面積的10%。所述測試區可以是正方形，矩形，圓形等其他形狀，只要能在該測試區內科學設置采樣點和采樣深度，只要從這些采樣點和采樣深度獲得的測定結果能夠充分反映重金屬在測試區土壤中的遷移趨勢即可。通過本發明方案中測試區的選取，以及采樣點和采樣深度的設置，綜合考慮了測試區種植的植物和土壤之間的相互作用，其測定結果能夠科學反映土壤中重金屬的遷移趨勢。進一步的，在各條輻射線上至少設置三個采樣點，在各條輻射線上的每兩個采樣點之間的間距不小于所述中心到該中心周圍種植的植物之間距離的1/5。更進一步的，在每個采樣點處至少三個不同深度上進行采樣，每兩個深度的差值不小于20cm。通過上述采樣點以及采樣深度的設置可以獲得準確的重金屬元素在土壤中的遷移趨勢，從而為準確的確定適于修復受重金屬污染的土壤的植物種類提供參考數據。本發明提供的一種篩選適于在受重金屬污染的土壤區域種植的植物種類的方法，包括:根據上述方法確定土壤中重金屬遷移趨勢；篩選適于在受重金屬污染的土壤區域種植的植物種類。本發明提供的一種確定土壤中重金屬遷移趨勢的系統，包括:重金屬污染土壤區域選取模塊，測試區確定模塊，采樣模塊，測試模塊以及結果分析模塊；所述重金屬污染土壤區域選取模塊用于選取受重金屬污染的土壤區域；所述測試區確定模塊用于在所選取的土壤區域上確定一個或多個測試區，所述測試區為在其上至少分散種植有兩種植物的區域，所述分散種植指在任一棵植物周圍至少四個方向上且不小于0.2米范圍內種植有植物，并且至少一個方向上的植物為不同種類的植物；所述采樣模塊用于在所述測試區內設置采樣點并在各采樣點處不同深度采樣，包括以所述測試區中長勢良好的一棵或多棵植物為中心，分別在各中心周圍種植植物的方向上設置輻射線，且任兩條輻射線之間的夾角不小于10度，以所述中心為圓心設置一個以上的同心圓，所述同心圓的半徑不大于圓心到離圓心最近的一棵植物的距離，所述植物為在所述圓心周圍至少四個方向上且不小于0.2米范圍內種植的植物，將每條輻射線與同心圓的交點設為采樣點；所述測試模塊用于測定每個采樣點處不同深度的土壤中重金屬含量，取平均值獲得實際土壤中重金屬含量，以及測定測試區內每種植物的地上部分和地下部分中重金屬的
含量;所述結果分析模塊用于將每種植物的地上部分和地下部分中重金屬的含量分別與實際土壤中重金屬含量進行比較得出所述重金屬遷移趨勢。在本發明的方案中，所述測試區確定模塊可根據測試區的面積大小選擇合適的測試區的個數，可以是一個或多個，只要能夠充分反映整個測試區中重金屬元素從土壤到植物中遷移趨勢即可。進一步的，所述采樣模塊用于在所述測試區內設置采樣點并在各采樣點處不同深度采樣，包括在各條輻射線上至少設置三個采樣點，每兩個采樣點之間的間距不小于所述中心到該中心周圍種植的植物之間距離的1/5。更進一步的，所述采樣模塊用于在所述測試區內設置采樣點并在各采樣點處不同深度采樣，包括在每個采樣點處至少三個不同深度上進行采樣，每兩個深度的差值不小于20cmo本發明提供的方法和系統，具有以下優點:本發明的方法和系統綜合受重金屬污染的土壤和其上分布的植物，科學確定測試區，以及設置采樣點和采樣深度，綜合考慮測試區土壤和植物的相互作用，得到能夠科學反映重金屬由該土壤向其上種植的植物中的遷移趨勢的數據，為獲得適于修復受重金屬污染的土壤的植物種類，解決受重金屬污染的土壤和進行修復的植物種類不能良好匹配的問題提供有利的參考數據。
圖1為本發明的一種確定土壤中重金屬遷移趨勢的系統的示意圖。圖2是本發明實施例1的一個測試區的示意圖，其中星號處代表植物，圓點處代表采樣點，直線條代表輻射線。圖3為是本發明實施例2的多個測試區的示意圖，其中星號處代表植物，圓點處代表米樣點，直線條代表福射線。
具體實施例方式以下結合具體實施例來對本發明的一種確定土壤中重金屬遷移趨勢的系統和方法進行詳細說明。實施例1使用圖1所示的一種確定土壤中重金屬遷移趨勢的系統10對適于采煤沉陷區的受重金屬污染的土壤進行重金屬遷移趨勢的確定。1、使用重金屬污染土壤區域選取模塊101選取淮南礦業(集團)有限責任公司煤礦沉陷區潘一復墾區1000平方米面積的種植有包括艾蒿、野豇豆、菊芋、鬼針草、鉆葉紫苑、扁竹蘭等植物的受重金屬污染的土壤區域，所述重金屬包括銅、鋅、鉻、鎳、鉛、和鎘等。2、使用測試區確定模塊102在該區域上確定一個或多個測試區，所述測試區為在其上至少分散種植有兩種植物的區域，所述分散種植指在任一棵植物周圍至少四個方向上且不小于0.2米范圍內種植有植物，并且至少一個方向上的植物為不同種類的植物，例如確定一個測試區的示意圖如圖2所示,確定多個測試區的示意圖如圖3所示；3、通過所述采樣模塊103在所述測試區內設置采樣點并在各采樣點處不同深度采樣，包括以所述測試區中長勢良好的一棵或多棵植物為中心，分別在各中心周圍種植植物的方向上設置輻射線，且任兩條輻射線之間的夾角不小于10度，以所述中心為圓心設置一個以上的同心圓，所述同心圓的半徑不大于圓心到離圓心最近的一棵植物的距離，所述植物為在所述圓心周圍至少四個方向上且不小于0.2米范圍內種植的植物，將每條輻射線與同心圓的交點設為采樣點。例如，在圖2中，以植物0(鬼針草)作為測試區的中心，A為野豇豆、B為艾蒿、C為鬼針草、D為菊芋、E為鉆葉紫苑，F為扁竹蘭，G為高桿女貞，H為雪松，各條輻射線上的黑點為在各植物方向設置的輻射線分別與以植物0為圓心的，半徑為20cm、50cm、IOOcm的圓的交點，即采樣點，每個采樣點上分別在距地表面0-20cm，20-40cm，40-60cm的深度進行采樣。4、通過所述測試模塊104測定每個采樣點處不同深度的土壤中重金屬含量，取平均值獲得實際土壤中重金屬含量，并測定測試區內每種植物的地上部分和地下部分中重金屬含量。使用原子吸收分光光度法測定每個采樣點處不同深度的土壤中重金屬(Cd、Pb、Cu、Cr、Zn、Ni)的含量，結果如表I所示，并測定測試區內每種植物中地上部分(根、莖、葉、果實)和地下部分(根)重金屬的含量，結果如表2所示。
權利要求
1.一種確定土壤中重金屬遷移趨勢的方法，所述重金屬遷移趨勢是指重金屬由該土壤向其上種植的植物中的遷移趨勢，其特征在于，包括: 1)選取受重金屬污染的土壤區域； 2)在所選取的土壤區域上確定一個或多個測試區，所述測試區為在其上至少分散種植有兩種植物的區域，所述分散種植指在任一棵植物周圍至少四個方向上且不小于0.2米范圍內種植有植物，并且至少一個方向上的植物為不同種類的植物； 3)在所述測試區內設置采樣點并在各采樣點處不同深度采樣，包括以所述測試區中長勢良好的一棵或多棵植物為中心，分別在各中心周圍種植植物的方向上設置輻射線，且任兩條輻射線之間的夾角不小于10度，以所述中心為圓心設置一個以上的同心圓，所述同心圓的半徑不大于圓心到離圓心最近的一棵植物的距離，所述植物為在所述圓心周圍至少四個方向上且不小于0.2米范圍內種植的植物，將每條輻射線與所述同心圓的交點設為采樣占.4)測定每個采樣點處不同深度的土壤中重金屬含量，取平均值獲得實際土壤中重金屬含量，并測定測試區內每種植物的地上部分和地下部分中重金屬的含量； 5)將每種植物的地上部分和地下部分中重金屬的含量分別與所述實際土壤中重金屬含量進行比較得出所述重金屬遷移趨勢。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述測試區的面積不小于所選受重金屬污染的土壤區域總面積的10%。
3.根據權利要求1所述的方法，在各條輻射線上至少設置三個采樣點。
4.根據權利要求3所述的方法，在各條輻射線上的每兩個采樣點之間的間距不小于所述中心到該中心周圍種植的植物之間距離的1/5。
5.根據權利要求1-4任一項所述的方法，在每個采樣點處至少三個不同深度上進行采樣，每兩個深度的差值不小于20cm。
6.一種篩選適于在受重金屬污染的土壤區域種植的植物種類的方法，包括: 1)按照權利要求1-5任一項所述方法確定土壤中重金屬遷移趨勢； 2)篩選適于在受重金屬污染的土壤區域種植的植物種類。
7.一種確定土壤中重金屬遷移趨勢的系統，所述重金屬遷移趨勢是指重金屬由該土壤向其上種植的植物中的遷移趨勢，該系統包括:重金屬污染土壤區域選取模塊，測試區確定模塊，采樣模塊，測試模塊以及結果分析模塊； 所述重金屬污染土壤區域選取模塊用于選取受重金屬污染的土壤區域； 所述測試區確定模塊用于在所選取的土壤區域上確定一個或多個測試區，所述測試區為在其上至少分散種植有兩種植物的區域，所述分散種植指在任一棵植物周圍至少四個方向上且不小于0.2米范圍內種植有植物，并且至少一個方向上的植物為不同種類的植物； 所述采樣模塊用于在所述測試區內設置采樣點并在各采樣點處不同深度采樣，包括以所述測試區中長勢良好的一棵或多棵植物為中心，分別在各中心周圍種植植物的方向上設置輻射線，且任兩條輻射線之間的夾角不小于10度，以所述中心為圓心設置一個以上的同心圓，所述同心圓的半徑不大于圓心到離圓心最近的一棵植物的距離，所述植物為在所述圓心周圍至少四個方向上且不小于0.2米范圍內種植的植物，將每條輻射線與同心圓的交點設為采樣點；所述測試模塊用于測定每個采樣點處不同深度的土壤中重金屬含量，取平均值獲得實際土壤中重金屬含量，以及測定測試區內每種植物的地上部分和地下部分中重金屬的含量; 所述結果分析模塊用于將每種植物的地上部分和地下部分中重金屬的含量分別與實際土壤中重金屬含量進行比較得出所述重金屬遷移趨勢。
8.根據權利要求7所述的系統，所述測試區的面積不小于所選受重金屬污染的土壤區域總面積的10%。
9.根據權利要求8所述的系統，所述采樣模塊用于在所述測試區內設置采樣點并在各采樣點處不同深度采樣，包括在各條輻射線上至少設置三個采樣點，每兩個采樣點之間的間距不小于所述中心到該中心周圍種植的植物之間距離的1/5。
10.根據權利要求7-9任一項所述的系統，所述采樣模塊用于在所述測試區內設置采樣點并在各采樣 點處不同深度采樣，包括在每個采樣點處至少三個不同深度上進行采樣，每兩個深度的差值不小于20c m。
全文摘要
本發明提供一種確定土壤中重金屬遷移趨勢的方法和系統，所述方法包括1)選取受重金屬污染的土壤區域；2)在該區域上確定測試區；3)在測試區內設置采樣點并在采樣點處的不同深度采樣；4)測定每個采樣點處不同深度的土壤中重金屬含量取平均值得出實際土壤中重金屬含量，測定測試區內每種植物的地上部分和地下部分中重金屬含量；5)將每種植物地上部分和地下部分中重金屬含量分別與實際土壤中重金屬含量比較得出重金屬遷移趨勢。本發明提供的方法和系統能準確確定重金屬遷移趨勢，為獲得適于修復受重金屬污染的土壤的植物種類，解決受重金屬污染的土壤和進行修復的植物種類不能良好匹配問題提供參考數據。
文檔編號G01N21/31GK103149337SQ20111040377
公開日2013年6月12日 申請日期2011年12月7日 優先權日2011年12月7日
發明者李守勤, 高良敏, 陳永春, 姚多喜, 陳萍, 張治國 申請人:淮南礦業(集團)有限責任公司, 安徽理工大學