重金属污染土壤的生态治理与示范

  本研究结合广西酸性土壤特点及主的重金属污染种类,以土壤-植物-微生物的自然生态系统为核心,辅助一些土壤改良措施,通过植物吸收重金属等途径,筛选适合于生态治理的植物-微生物系统。提出对广西重金属污染土壤进行安全高效的生态治理模式,探讨建立适合于广西酸性土壤的生态治理模式。
  关键词重金属土壤 生态治理 示范
  1 概述
  土壤是国家最重的自然资源之一,是人类赖以生存的物质基础,也是生态环境的重组成部分。近年来,随着工矿业的迅速发展,土壤重金属污染已日益严重,危及人类健康,已成为不可忽视的环境问题。
  目前我国土壤污染的总体形势相当严峻。一是土壤污染程度加剧。据不完全统计,目前全国受污染的耕地约有1.5亿亩,污水灌溉污染耕地3250万亩,固体废弃物堆存占地和毁田200万亩,合计约占耕地总面积的1/10以上。二是土壤污染危害巨大。据估算,全国每年遭重金属污染的粮食达1200万吨,造成的直接经济损失超过200亿元。土壤污染造成有害物质在农作物中积累,并通过食物链进入人体,引发各种疾病,最终危害人体健康。土壤污染直接影响土壤生态系统的结构和功能,最终将对生态安全构成威胁。三是土壤污染防治基础薄弱,土壤污染尤其是重金属污染治理成本高且很难彻底根除。
  广西是经济欠发达地区,特别是山区,人多地少,土地资源非常珍贵,矿区的土壤被污染后给当地的农业生产和人民生活带来了严重影响,解决历史遗留的土壤重金属污染问题,需大量的资金,地方政府和农民都难以承受。因此以生物修复技术为理论基础,研究对广西重金属污染土壤进行安全高效的生态治理模式,创建适合于广西经济和环境条件的生态治理示范基地,为“十二五”广西重金属污染防控提供有力的技术支撑十分必的。
  2 系统分析与设计
  广西西南部土壤属于赤红壤,呈酸性至强酸性。在酸性条件下重金属的生物有效性比碱性条件下高,且土壤酸性也不利于植物生长。如何让土壤中的重金属最快最多的迁移至植物地上部分,是植物修复生态处理技术的核心和关键,其中涉及土壤,土壤微生物和植物三者的相互作用。土壤的重金属污染种类和程度,土壤的酸碱度,土壤的养分等基本理化性质,包括土壤中的微生物种类等,均对植物吸收和积累重金属产生直接的影响。对植物来说,植物生长速度和地上部生物量,植物地上部对重金属的积累机制等直接决定了植物修复的效果。针对广西典型酸性土壤特征,本研究提出开发一套符合广西地理气候特点和经济发展水平的重金属污染土壤生态处理技术,并建立示范工程。
  主研究内容包括示范点的土壤改良措施研究、植物的选定、大田试验及土壤改良。
  总体技术路线如下
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  3 项目实施
  根据调查结果,确定项目实施地点定于大新县铅锌矿场区附近某一水稻田。试验田面积约280m2。将示范地点的土壤采回,通过盆栽和小区试验,选定重金属超积累植物、低积累植物主栽品种及套种方式;筛选出合适的土壤改良措施。
  大田试验在添加土壤改良剂石灰,泥炭,海泡石的基础上种植东南景天,红蛋和玉米,研究不同套种方式和不同改良剂对修复效果的影响。
  在添加泥炭,有机肥,硫酸铵,尿素等不同N肥的基础上种植东南景天,玉米和红麻,研究不同套种方式和不同施肥方式对修复效果的影响。
  3.1 土壤重金属的去除效果采用收获植物地上部所带走的重
  金属质量占40cm表层土壤重金属质量之比来计算生态系统的清除率。2009年,通过石灰+泥炭处理土壤,种植东南景天和玉米,该植物生态修复系统对Zn和Cd的清除率分别为1.4%和7.6%。2010年通过石灰+泥炭处理土壤,种植东南景天和玉米,该植物生态修复系统对Zn和Cd的清除率分别达到2.4%和5.2%。通过两年两次实验,植物生态系统对该示范点的土壤Zn和Cd清除率可达3%以上。
  在无进一步污染情况下,通过本项实施,预计将土壤Zn降低至农田土壤安全标准需25-30年,将土壤Cd降低至农田土壤安全标准需10-15年。
  3.2 对生态环境的恢复效果本项示范点原先是当地农民
  种水稻的水田。由于重金属污染严重,由国家补贴已不让继续种植水稻。在春季雨水多发时节,土地表面有一些杂草生长。到夏季至秋冬季,雨水偏少,当地无其他灌溉措施,土壤干旱时杂草不生,土壤裸露严重,对当地生态环境造成很大影响。通过本项实施,使植物全部覆盖裸露的土壤,减少水土流失,防止土壤粉尘进入空气中,净化当地空气,美化环境,保持生态平衡,提高当地居民的生态环境质
  量。
  3.3 增加农民的经济收入由于耕地荒置造成当地农民的经济收入减少。本项目通过套种红麻和东南景天,可以在一定程度上增加一些经济收入。收获的东南景天可用于提取次生产物-红麻由于不是食用作物,其纤维中的重金属积累量较低,不会造成食品安全危害。
  4 结论与讨论
  通过本项实施,最终形成了一套适用于广西酸性土壤特点和广西经济发展条件的生态治理模式。
  该模式包括以下三个方面
  一是土壤改良措施受重金属污染的土壤往往酸性强,土壤严重板结,营养成份低,因此在种植植物前必须对土壤进行改良。根据土壤的pH、板结情况及营养成分,添加以石灰、泥炭及有机肥按一定比例混合形成的土壤改良剂,从而改善土壤状况,提高植物的存活率。将土壤改良剂施到土地上再通过机器深翻,把土壤改良剂与土壤颗粒充分混匀,再适当灌水平衡。
  二是植物吸收技术在土壤改良的基础上,以东南景天为吸收和积累重金属的关键植物,辅以低积累玉米或红麻等经济作物与东南景天间套种,在实现修复功能的同时保证农户一定的经济收入。其中东南景天种植密度为15×15cm,玉米种植密度为40×50cm。玉米采用穴播,每穴2粒种子,一年两季(根据各地实际情况而定)。种植的第一年,属于东南景天养护期,仅收获2次(10月及次年3月),第二年起每年可收获东南景天3次(每年6月和10月及次年3月)。如果东南景天套种玉米,每年玉米可收获2次(6月及10月),如果东南景天套种红麻,每年红麻收获1次(10月)。生长期间,每次施适当有机肥作为基肥,在生长1-2个月后可追施N肥或复合肥20公斤/亩。
  三是收获及处理方案东南景天的收获方式为离地面10公分以上割断地上部分,晒干,交由相关部门处理。玉米需做重金属检测,达标部分可用于饲料或相关用途;若重金属含量超出饲料卫生标准,只能用作生产生物燃料。红麻若检测达标可用于麻类纤维等相关用途,若重金属含量超标则需交由相关部门处理。
  综上所述,本项目以广西典型酸性土壤为研究对象,筛选出最佳的土壤改良措施和植物主栽品种及套种方式,利用土壤-微生物-植物自然生态系统自身的净化和清除能力,开发一种全生态型治理土壤重金属污染技术,并进行了大田试验。通过两年大田试验结果证明,该技术可将土壤中Zn和Cd降低3%以上,达到考核指标的求。
  参考文献
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