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土壤重金属污染是近年来国内外环境保护领域中普遍关注的重要问题。随着As超富集植物蜈蚣草的发现,以其为核心的As污染土壤的植物修复技术越来越受重视,先后在国内建立起十数个植物修复示范工程。目前主要是以蜈蚣草单作为主,在推广修复As污染农田时面临困难,且收获后的超富集植物若处置不当极易引起环境的二次污染。本研究以广西环江植物修复示范工程为依托,开展大田试验,进行了重金属低积累甘蔗品种的筛选,在此基础之上将蜈蚣草与经济作物甘蔗、桑树进行间作,以期实现边修复边生产。在总结了湖南郴州、广西环江、云南个旧、北京房山、河南济源等植物修复示范工程的基础上,编写了砷污染土壤植物修复技术规程。论文的主要结果如下:
(1)能糖兼用型甘蔗桂引5号、糖蔗桂引9号和赣糖18号是低积累重金属且产量高的甘蔗品种。三种甘蔗品种对As具有低积累特性,这在生产上具有重大的应用价值,可以种植在中低As污染的农田上。
(2)蜈蚣草间作于甘蔗小区内,与蜈蚣草单作比起来,其体内的As、Pb、Cd含量均有所增加;同时间作蜈蚣草客观上也增加了甘蔗对As、Pb、Cd的吸收;宽窄行宽株和宽行窄株两种甘蔗种植方式对比,宽行窄株种植方式下蜈蚣草富集As量明显高于宽窄行宽株模式,但Cd、Pb含量则低于宽窄行宽株模式。
在较重污染状况下,间作蜈蚣草能显著降低桑叶中As和Cd含量;而对于污染较轻的土壤,间作蜈蚣草对桑叶中As和Cd含量的影响不显著;随着种植年限的增加,桑叶中的重金属呈增加的趋势,但间作蜈蚣草的桑树,其桑叶中重金属增加的幅度要小于单作,即间作蜈蚣草有利于阻止桑叶对重金属的吸收。
(3)作为As的超富集植物,蜈蚣草以其富集As能力强,生物量大,具有巨大的的工程应用前景。收获后的蜈蚣草体内As含量很高,如何安全处置关系到此项植物修复技术能否大面积推广应用。焚烧被认为是目前重要的处理超富集植物的方式。As作为易挥发元素,在焚烧过程中如何控制As的排放是重要问题,试验在添加不同比例的固砷剂,中试规模的条件下,考察了添加氧化钙对蜈蚣草焚烧过程中As的固定,在此基础上研究了氧化钙固定砷的机理。研究结果表明:蜈蚣草焚烧过程中添加氧化钙降低了As的挥发,底灰和飞灰中As的浓度分别比未加氧化钙的处理高1.4、1.5倍。对照处理的烟气中As浓度为1.7×10-1mg/m3,是世界卫生组织规定As标准值的113倍。氧化钙的添加降低了烟气中As的浓度,使其接近世界卫生组织规定的As标准限值。当蜈蚣草:CaO为10:1时,氧化钙的固砷效率达到最大值25.6%。借助XRD技术分析了焚烧产物中物质的组成,发现主要以砷酸钙(Ca3(AsO4)2)的形式存在,说明氧化钙固定As主要是以氧化钙与砷氧化物发生的化学反应。
(4)规范化的技术规程是一项技术成功推广应用的先决条件。目前在利用植物修复技术治理土壤As污染方面没有一套规范的技术规程,这给此项技术的推广应用带来了实际困难。As污染土壤植物修复技术规程是在总结了湖南郴州、广西环江、云南个旧、河南济源等As污染土壤植物修复工程实践的基础上,归纳总结了本规程,主要从超富集植物种苗的繁育、间套作经济作物品种的筛选和种植模式、经济作物安全性评价、植物修复技术经济性分析及超富集植物收获后的安全焚烧等方面进行了介绍。