重金属污染土壤的“稳定化-植物富集”联合修复技术研究

李春林 许剑平 曹凤娟 祁传磊

青岛冠中生态股份有限公司

重金属污染土壤的“稳定化-植物富集”联合修复技术研究

李春林 许剑平 曹凤娟 祁传磊

青岛冠中生态股份有限公司

本文采用“稳定化—植物富集”联合修复技术，通过特殊处理的密封层把重金属污染土壤“固定”在原位，在密封层上面，覆盖一层具有稳定结构性能的营养基质层，该层基质适合植物柠条、紫穗槐和紫花苜蓿等快速生长。通过植物根的吸收—传导作用，萃取污染土壤中的重金属离子，并富集在植物体内。通过对植物体内重金属含量检测，发现柠条和紫花苜蓿对于Cd、紫穗槐对于Zn具有很好的富集作用。以上植物可作为重金属污染土壤中Cd和Zn富集提取使用，且属豆科植物，具有固氮作用，修复土壤的同时，还可改良土壤的理化性质，增强土壤肥力。

土壤；重金属；植物修复；联合修复

1 前言

随着城市工业化的发展，不同工矿企业工业生产、农业生产活动以及交通运输等，越来越多的重金属通过各种途径被排放到环境中。重金属通过食物链迁移到动物、人体内，严重危害动物、人体的健康，镉米、砷毒、血铅等重金属污染危害近年来常见报道，土壤重金属污染已经成为土壤污染中倍受关注的公共问题[1]。对于重金属污染治理，以往常采用的物理与化学治理技术，大多只能暂缓重金属的危害，还会导致二次污染，不能从根本上解决问题[2]。植物修复技术主要是利用植物对重金属的富集作用来降低土壤重金属浓度或毒性的环境友好型方法，为重金属污染的治理提供了一种新途径[3]。目前相关研究报道中已经筛选出蜈蚣草、东南景天、印度芥菜、龙葵、黑麦草、高羊茅、等对重金属提取效果好的植物[4]。

本文经过研究调查，对筛选富集重金属的植物进行试验验证和检测，初步确定适用“稳定化—植物富集”联合修复技术的具有富集重金属植物，且所选植物为豆科植物，具有一定固氮作用，对土壤改良具有重要作用，这对利用植物修复技术治理重金属污染土壤，以及改善重金属污染区的生态环境具有重要的实践意义。

2 研究内容与方法

2.1 污染土壤表层整理

在喷制密封层前需要对要治理的污染土壤表层进行清理，去除较大土块，碎石，杂草等，再对土壤表层进行整平。

2.2 喷制密封层

本工程采用湿式喷播工艺，将密封层基质喷制在污染土壤表面上，该基质配方选取的组成材料主要有：粘土、膨润土、石膏、有机高分子聚合物质。该密封层的厚度为2-3cm。

2.3 喷制营养基质底层

在密封层的上面喷制一层特殊制备的营养基质层[5]，厚度3-5cm。该基质层能抵抗大风的侵蚀和雨水的冲刷，不会发生水土流失问题。最主要的是，该基质营养丰富，保水保肥性强，能使植物快速生长。

a)喷制营养基质种子层。在喷制营养基质底层后，喷制营养基质种子层。厚度2cm。该营养基质种子层除营养基质外，主要包括柠条、紫穗槐和紫花苜蓿等植物种子。

b)养护管理。喷播2个月内依照天气情况确定浇水程度和频次，随着植物生长，可借助喷灌系统适当喷施液肥补充养分，并适当进行除草及病虫害防治工作。

c)调查数据。喷播后2-3个月内，调查植物高度及冠幅；在柠条、紫穗槐出苗一年后、两年后分别采集根、茎、叶部分，紫花苜蓿出苗后一年分别采集地上部分和宿根部分，检测柠条和紫穗槐的根、茎、叶部分和紫花苜蓿的地上部分和宿根部分的重金属含量，以验证其对重金属的富集能力；同时对植物修复前后的土壤进行采样，检测其理化性质。

3 结果与分析

3.1 前期植物的高度、冠幅等调查

在喷播后的2-3个月内，植物的高度（柠条、紫穗槐）在50cm以上，冠幅在30cm以上，植被覆盖率在95%以上。

3.2 木本植物柠条和紫穗槐重金属富集情况

对一年生和两年生的木本植物柠条和紫穗槐采集根、茎、叶部分，分别进行Cd、Pd和Zn含量的检测，柠条对于Cd的富集，其富集作用为叶＞根＞茎；紫穗槐对于Pd的富集，其富集作用为根＞茎＞叶，对于Zn的富集，其富集作用为叶＞根＞茎；具体见表1、表2。

表1 柠条重金属Cd含量的检测（mg/kg）

表2 紫穗槐重金属Pd、Zn含量的检测（mg/kg）

3.3 草本植物紫花苜蓿重金属富集情况

对一年生草本植物紫花苜蓿采集宿根和地上部分分别进行重金属检测，包括对Cd、Pd、Zn含量的检测，紫花苜蓿对于Cd的富集，其富集作用为地上部分＞宿根部分；对于Pd、Zn的富集，其富集作用为宿根部分＞地上部分；具体见表3。

表3 一年生紫花苜蓿重金属Cd、Pb、Zn含量的检测（mg/kg）

修复前土壤的容重较大，养分含量低，保水性能差。通过表4可以看出，与修复前相比，修复后土壤容重降低了19.87%，最大持水量提升了33.30%，氮、磷、钾等养分含量明显增加，特别是碱解氮的含量增加明显。

表4 重金属污染土壤理化性质

4 结论

通过“稳定化—植物富集”联合修复技术对重金属污染土壤进行修复，在喷播后的2-3个月内，植物的高度（柠条、紫穗槐）、冠幅及植被覆盖率效果良好，解决了植物生长慢、富集能力弱的问题，有效提高了污染土壤重金属萃取和修复效率，缩短了修复周期。本研究对柠条、紫穗槐中的Cd、Pd、Zn的检测发现，柠条和紫花苜蓿对于Cd、紫穗槐对于Zn具有很好的富集作用，其富集作用随着植物生长而加强。对于Pd的富集，还需进一步筛选出其他富集植物。通过对重金属富集植物中重金属含量和修复后土壤理化性质的检测，表明本研究提供的“稳定化—植物富集”联合修复技术对重金属污染的土壤具有一定的修复和改良作用，但对于富集重金属植物的后期处理工艺技术还需做进一步研究。

[1]刘素纯,萧浪涛,王惠群,童建华.植物对重金属的吸收机制与植物修复技术[J].湖南农业大学学报(自然科学版),2004,30(5):493～498.

[2]张继舟,王宏韬,袁磊,王立民.重金属污染土壤的植物修复技术研究[J].中国农学通报,2013,29(14):134～139.

[3]钟珍梅,杨冬梅,黄勤楼,等.土壤重金属污染的植物修复技术研究进展[J].福建农业学报,2006,21(增刊):145～151.

[4]聂亚平,王晓维,万进荣,尹阳阳,许温蓬,杨文亭.几种重金属(Pb、Zn、Cd、Cu)的超富集植物种类及增强植物修复措施研究进展[J].生态科学,2016,35(2):174～182.

[5]李春林,许剑平,吴刚等.团粒喷播在废弃采石场生态恢复方面的应用[J].环境工程,2011(29):278～281.