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野苋菜植物修复皮革工业铬污染土壤的研究

野苋菜植物修复皮革工业铬污染土壤的研究

野苋菜植物修复皮革工业铬污染土壤的研究

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野苋菜植物修复皮革工业铬污染土壤的研究

卢立晃,余建明,叶永和,许秀兰,隋玉杰,范赛荣(温州市质量技术监督检测院,浙江温州325001)

摘 要:为选择超积累重金属和对气候具有耐性的植物,以达到利用植物修复重金属污染土壤的目的。采用田间种植,比较了超积累重金属植物大叶红苋菜(298)与野苋菜、向日葵、玉米等4种植物修复铬污染。根茎叶经晒干灼烧,回收铬处理,而实现无二次污染修复土壤。研究结果表明:这些植物的根茎叶对皮革工业铬污染具有较强的吸收和积累能力,野苋菜的地上部生物量分别是向日葵的115倍、玉米的112倍、大叶红苋菜(298)的1105倍。对于地下部生物量而言,4种植物的高低顺序依次为野苋菜>大叶红苋菜(298)>玉米>向日葵。4种植物的根茎叶对铬累积量的高低顺序依次为野苋菜>大叶红苋菜(298)>向日葵>玉米。野苋菜能吸收富集铬重金属并且具有耐铬重金属的特性,基于其具有生物量较大、生长速度快、耐高温、耐干旱的特点,作为重金属污染的修复植物具有较好的应用前景。关键词:重金属,野苋菜,植物修复,超积累植物

Study on Am a ran tus viridis L 1phytorem ed i a ti on i n the so il

of lea ther i n dustry polluted by chrom i c heavy m et a l

L U L i -huang,Y U J i a n -m i n g,Y E Y ong -he,XU X i u -l an,SU IY u -ji e,FAN Sa i -rong

(W enzhou I nstitute of Technol ogy Testing &Calibrating,W enzhou 325001,China )

Ab s trac t:The e n ric hm e n t of c h rom ic in the Am a ra n tus virid i s L 1,Am a ra n tus viri d is L (298),He lia n thus a nnuus a nd Ze a m a ys L 1b y fi e l d -p l a n te d w e re c om p a re d to p hyto rem e d ia te the s o il of l e a the r ind us try p o llu te d b y c h rom i c he a vy m e ta l 1C a ud e xe s a nd l e a ve s of Am a ra n tus virid is L 1w e re c a u te ri ze d a fte r b e ing ins o l a te d to re c yc le fo r c h rom ic a nd c a rry ou t the p hyto rem e d i a ti on in the s o il w ithou t p o llu tion 1The re s u lts s how e d tha t the e ffe c t on c h rom ic up ta ke a nd a c c um u l a ti on i n thos e p l a n ts w e re m a rke d,the b i om a s s in s hoo t of Am a ra n tus virid i s L 1w e re 115ti m es hi ghe r than He li anthus annuus,112ti m es h i g he r than Zea m ays L,1105ti m es h i g he r than Am a ran tus viri d i s L 1(298)1O the r w is e,am ong in roo t of thos e p l a n ts,Am a ra n tus virid is L 1w a s the h ig he s t,the n w a s Am a ra n tus virid is L (298),Ze a m a ys L 1a nd He lia n thus a nnuus,re sp e c ti ve ly 1The c h rom ic c on te n t of Am a ra n tus viri d is L 1w a s the h ig he s t,the n w a s Am a ra n tus virid is L (298),He li a n thus a nnuus a nd Ze a m a ys L 1,re sp e c tive l y 1S how i ng b y c om p re he ns i ve a na lys is

tha t,Am a ra n tus viri d i s L 1c ou ld c onc e n tra te c h rom ic he a vy m e ta ls a nd ha d

the

c ha ra c te ris ti c s of a g re a te r b i om a s s,re s is ting h ig h tem p e ra tu re a n

d d roug h t,w h ic h ha d a b

e tte r p o te n tia l a nd p ra c tic a l us e in p hyto rem e d ia tion 1

Key wo rd s:he a vy m e ta l ;Am a ra n tus virid is L 1;p hyto rem e d ia ti on;hyp e ra c c um u la to r

中图分类号:TS20112 文献标识码:A 文章编号:1002-0306(2010)01-0105-03收稿日期:2009-11-04

作者简介:卢立晃(1952-),男,副研究员,研究方向:食品安全及检测

设备研发。

基金项目:浙江省质量技术监督局计划项目(20070228)。

重金属铬污染土壤主要来源于皮革工业、电镀工业和矿石开采“三废”的不合理排放或堆放,加之农用化学物质结构不合理,使用不科学,导致农业生态环境日益恶化,农产品种植中的水、土中重金属及有毒有害物质超标严重。土壤重金属污染是全球面临的一个急待解决的环境问题,传统污染土壤的修

复方法不能从根本上解决问题。近年来,新兴的植

物修复是一种发展前途较好的生物治理技术[1]

。国

内外有关新发现的超积累植物的报道很多[2-7]

。除此之外,为了更有效地提高超积累植物对重金属的提取效率,近年来科学家们正在寻找新的突破口,如通过改进农业措施(包括施用肥料、添加有机配体等),寻找和筛选生物量大的超积累植物等。最近陈

同斌等[8]

报道,适量的磷肥明显促进蜈蚣草(P teris vitta ta )的生长,提高体内A s 的含量,增大A s 的累积量,明显促进A s 污染土壤的植物修复;但过量施磷不会进一步提高蜈蚣草的产量,反而有降低A s 含量

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 和A s 累积量的趋势,且修复效率有所下降。对治理污染土壤而言,植物修复技术比其它物理、化学和生物等方法更受到社会的欢迎,对环境扰动少,在清理土壤重金属污染物的同时,可清除污染土壤周围的大气或水体中的污染物,有较高的美化环境价值,易为农户所接受,能使地表长期稳定,有利于生态环境改善和野生生物的繁衍,且治理污染的成本较

低[9-13]

1 材料与方法

111 材料与仪器

田间种植在温州市水头皮革工业区附近污染蔬菜地 土壤为湿润黏化富铁土,取0~20c m 表层土壤,风干、过2mm 尼龙筛,备用。土壤基本性质:pH711,有机质210%,碳酸钙212%,土壤总铬含量316

×102

mg /kg;野苋菜(Am a r an thus virid is L 1)种子 采

自温州市龙湾工业区;向日葵(Helian thus annuus )、

玉米(Z ea m ays L 1)、大叶红苋菜(298)(Am a ran thus

virid is L 1)种子 采自温州市龙湾蔬菜基地;铬标准

品 采购于国家标准物质研究中心;优级纯消酸,优级纯盐酸,去离子水。

Ther mo X-7I CP-M S 仪 美国赛默飞世尔科技有限公司;CE M -M ars5微波消解仪 美国CE M 公司;M illi pore 2150型超纯水处理系统 出水电阻率

1812M

Ω?c m ,美国密利博公司。112 实验方法

对水头皮革工业区附近污染蔬菜地进行植物修复:于4月中旬采用每亩施2000~3000kg 有机肥,加入磷酸钙20~30kg,然后翻入土中耙平,筑1米宽畦。每畦4行,穴距10~15c m ,4种植物每穴5~6颗种子,然后覆土。植物出苗10d 后留苗每穴3株。植后一般不再浇缓苗水,但要及时中耕培土,以促进根系向下生长,育成壮大根系。以上作物均设4个平行,植物种植100d 后收获。根系尽力挖掘,根茎叶样品洗净,经晒干或60℃烘干后灼烧,然后对灼烧灰粉进行10%HNO 3水溶液浸析,过滤,用少量10%HNO 3水溶液洗二次,边过滤边洗。将水溶液再用10%FeS O 4和10%Na OH 处理,使其形成氢氧化铬等沉淀物析出,10%FeS O 4和10%Na OH 的用量根据铬含量而定,控制不再出现沉淀物析出为止,过滤回收沉淀物。灰粉100℃烘干后称重,其铬含量的测定采用浓硝酸、浓盐酸CE M 密封微波消解仪消化,I CP-M S 测定灰粉中铬的含量。

113 土壤和样品总铬含量分析

土壤为湿润黏化富铁土。采用梅花形布点法,设5~6分点用竹铲直接采集0~20c m 土层,在采样单元内分点采集的土样混合均匀,用四分法弃取,留下1~2kg 装入样品袋。在风干室将潮湿土样倒在白色搪瓷盘内,摊成约2c m 厚的薄层,用玻璃棒压碎、翻动。风干、过2mm 尼龙筛,备用。将收获的植物根茎叶样品洗净,60℃烘干后称重,植物体内铬含量的测定按照微量元素采样和样品制备方法处理植株样和土壤总铬含量,采用浓硝酸、浓盐酸CE M 密封微波消解仪消化,I CP-M S 测定样品中总铬的含量。

114 数据处理

土壤和4种植物检测各作4个平行,检测结果比

较接近,计算其平均值。

2 结果与讨论

211 修复植物的生物量比较

实验过程中,4种植物生长状况良好。4种植物地上部和地下部生物量差异不显著。地上部生物量最大的是野苋菜,其次是大叶红苋菜(298)、玉米,超累积植物向日葵生物量最小。野苋菜的地上部生物量分别是向日葵的115倍、玉米的112倍、大叶红苋菜(298)的1105倍。对于地下部生物量而言,4种植物的高低顺序依次为野苋菜>大叶红苋菜(298)>玉米>向日葵。

212 修复植物的总铬含量比较

4种植物的根茎叶对铬累积量见表1,累积量的

高低顺序依次为野苋菜>大叶红苋菜(298)>向日

葵>玉米。

表1 修复植物的总铬含量野苋菜

大叶红苋菜

(298)

向日葵玉米

Cr (mg/kg )71851712565108641993

野苋菜是苋科苋属植物(Am a r an thus virid is L 1

),一年生草本,遍生于田野。形态:茎高30~90c m ,质柔软,枝直立无毛,绿色或带紫褐色。叶互生,具长柄,卵形,边缘无齿,淡绿色。根红色,花黄绿色,穗状花序。野苋菜具有耐高温、耐干旱的特性,在我国南方一年四季均可种植,治理污染周期短、除去率高、不污染水质、操作方便、适合大规模的应用。本研究的目的是为了比较高富集重金属植物与高生物量的植物对于铬污染土壤的修复效率,为利用植物修复技术解决土壤重金属污染问题奠定基础。

大叶红苋菜(298)植物的根茎叶对铬累积量和生物量与野苋菜类似,但耐高温、耐干旱性比野苋菜差,在我国南方一年四季均可种植,治理污染周期短、去除率高、不污染水质、操作方便、适合大规模的应用。

3 结论

311 野苋菜的地上部生物量分别是向日葵的115

倍、玉米的112倍、大叶红苋菜(298)的1105倍。对于地下部生物量而言,4种植物的高低顺序依次为野苋菜>大叶红苋菜(298)>玉米>向日葵。4种植物的根茎叶对铬累积量的高低顺序依次为野苋菜>大叶红苋菜(298)>向日葵>玉米。而且野苋菜具有耐高温、耐干旱、适合大规模推广应用、成本低的优点。

312 野苋菜、大叶红苋菜(298)、向日葵、玉米等4

种植物修复铬污染,这些植物的根茎叶对皮革工业

铬污染具有较强的吸收和积累能力,根茎叶经晒干灼烧,回收铬处理,而实现无二次污染修复土壤。因为植物修复技术比其它物理、化学和生物等方法更受到社会的欢迎,该技术成本低,对环境扰动少,在清理土壤重金属污染物的同时,可清除污染土壤周

(下转第111页)

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(上接第106页)

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