一種利用富集植物裸柱菊修復重金屬鎘污染土壤的方法與流程

文檔序號:18232214發布日期:2019-07-20 01:32

本發明涉及重金屬污染土壤的植物修復技術,具體是利用一種鎘富集植物裸柱菊修復重金屬鎘污染土壤的方法。



背景技術:

土壤是人類賴以生存的自然資源和農業生產的重要資源,土壤環境事關農業生產和人類健康。由于采礦、冶金、化工等工業“三廢”以及城市交通、大氣沉降、畜禽糞便、城市污泥、農藥化肥等污染源的影響,土壤重金屬污染問題已成為我國面臨的嚴重的環境問題。2014年4月17日,環保部和國土資源部聯合發布的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示,我國耕地土壤環境質量堪憂,點位超標率為19.4%,其中輕微、輕度、中度和重度污染點位比例分別為13.7%、2.8%、1.8%和1.1%。污染類型以無機型為主,其中鎘污染最為嚴重,超標率為7%。2016年5月31日,國務院公開發布《土壤污染防治行動計劃)》(簡稱《土十條》)從摸清情況到依法治土,從分類管理到風險管控,從推進修復到分配責任,對中國土壤污染防治作出了系統而全面的規劃及行動部署,土壤重金屬污染問題亟待解決。

重金屬污染土壤修復技術主要可分為物理修復技術、化學修復技術、生物修復技術以及聯合修復技術。對于農田重金屬污染土壤主要運用化學修復技術中的原位鈍化修復技術和生態修復技術中的農藝調控和植物修復。對比于原位鈍化修復修復農藝調控修復技術,植物修復具有修復成本低、適應性廣、操作簡單、不破壞土壤理化性質等優點、不產生二次污染、適用于重度污染土壤等特點、具有廣闊的修復前景。

目前發現的鎘富集和超富集植物當中普遍存在生物量小、生長緩慢、受季節因素影響等缺點。因此篩選出生物量大、生長速度快、繁殖能力強、環境適應能力強鎘富集植物新品種,是鎘污染農田土壤植物修復技術亟待解決的問題。裸柱菊是一種田間雜草,與作物相比具有抗逆境能力強、繁殖能力強、全年出苗量大同時對重金屬鎘具有很高的富集系數,是一種很好的農田重金屬鎘污染農田土壤植物修復材料。



技術實現要素:

本發明的目的在于提供一種利用富集植物裸柱菊修復重金屬鎘污染農田的方法,裸柱菊對重金屬鎘有極強的耐性和富集特性、修復成本低、同時不破壞土壤理化性質和不產生二次污染。

本發明的目的通過以下技術方案來實現:

一種利用富集植物裸柱菊修復重金屬鎘污染土壤的方法,所述方法包括以下步驟:

(1)將培育的裸柱菊幼苗種植在重金屬鎘污染土壤中,植物生長成熟后第一次收獲植株地上部,保留植物根系繼續生長;植物成熟后第二次收獲植株地上部,保留根系繼續生長;重復上述生長和收獲過程;

(2)將春季和秋季收獲的植株地上部進行無害化處理,所述無害化處理的方式為焚燒或壓縮填埋。

本發明通過植物根系富集吸收重金屬鎘,并轉移到植株地上部器官,當裸柱菊生物量達到最大時,收獲植物地上部,保留地下根系,等植物再次生長成熟后二次收獲植株地上部,從而達到持續提取修復土壤中重金屬鎘的目的。

所述裸柱菊幼苗的種植時間為3月下旬,所述裸柱菊幼苗的高度為4-6cm。根據裸柱菊的生理特性選擇在3月中旬移栽,選擇幼苗4-6cm,這樣植物更易存活。

所述裸柱菊幼苗在重金屬鎘污染土壤中的種植密度為4x4cm、5x5cm或6x6cm。種植密度越大,可以更多提取土壤中的重金屬鎘,但種植密度過大會影響植物生長,因此為了平衡重金屬鎘的提取量和裸柱菊的生長,將種植密度設置為上述范圍。

優選的,所述裸柱菊幼苗在重金屬鎘污染土壤中的種植密度為5x5cm,可以得到較高提取量的重金屬鎘,同時裸柱菊生長良好。

所述第一次收獲的時間為每年的6月中旬,所述第二次收獲的時間為每年的12月中旬。收獲的時間是根據植物的生理周期確定的,每年的3月-6月和9月-12月是裸柱菊生長最旺盛的時候,6月和12月植物生長的最大的時候,所以選擇在在這個時候收獲,其它時間裸柱菊都不適合生長。

當植株地上部生長到20cm以上再進行第一次收獲或第二次收獲。植株地上部生長高度越大吸收土壤中的重金屬也越多,但由于裸柱菊的生理特性,生長成熟后株高就在20cm左右,繼續種植的話就枯萎了,所以在20cm左右收獲植株。

所述重金屬鎘污染土壤的田間持水量保持在60%-80%。田間持水量在這個范圍更有助于裸柱菊的生長。

裸柱菊(Soliva anthemifolia(Juss.)R.Br.)為一年生草本,裸柱菊全年有2個出苗高峰,一個在5月,另一個在12月,前者的出苗數較后者多,但裸柱菊在8~9月的出苗量幾乎為零,高溫干旱條件不利于其萌發.裸柱菊的根狀粗短,莖匍匐枝與母株分離后長成新植株,匍匐枝不斷向外擴散新植株,可形成巨大植株體。

本發明利用富集植物裸柱菊重金屬鎘的耐性和富集特性,修復農田重金屬鎘污染土壤。裸柱菊是一種田間雜草,與作物相比具有抗逆境能力強、繁殖能力強、生長速度快、生長密度大等特點,能在貧瘠的土壤上生長,因此修復成本低,可操作性強的特點。同時不破壞土壤理化性質等優點、不產生二次污染、適用于重度污染土壤、為農田重金屬鎘污染土壤修復提供了新的種質資源。

具體實施方式

以下結合具體實例對發明進一步說明。

本發明通過在水培條件下裸柱菊對重金屬鎘的耐性和富集特性進行研究。

實施例1

裸柱菊幼苗于11月采自溫嶺市澤國鎮受鎘污染土壤,選取生長狀態一致,株高5cm左右的裸柱菊,用Hoagland’s(霍格蘭氏)營養液配方,對植物進行水培培養。營養液的組成(μmol/L):Ca(NO3)2·4H2O 2000、KH2PO4 100、MgSO4.7H2O 500、KCl 100、K2SO4 700、H3BO310、MnSO4·H2O 0.5、ZnSO4·7H2O 5、CuSO4·5H2O 0.2、(NH4)6Mo7O24 0.01、Fe-EDTA 20。每3天更換一次營養液,用0.1M HCl或0.1M NaOH調節營養液pH至5.8土0.1,并保持24h通氣。植物生長初期選用1/4濃度的營養液,培養一周后,增至1/2濃度,繼續培養一周,最后用全溶度的營養液培養。在植株長出比較旺盛的根系后,選取生長一致的植株對其進行Cd處理。

設置對照(不加Cd)和濃度30、100、300、600、1000μmol/L 6個鎘處理水平,以CdCl2·2.5H2O的形態加入,重復3次,每盆4株,每3天換一次營養液,在處理21 d(大約一個生長周期)后收獲。測定其生物量以及植株各部分的鎘含量。

實驗結果如表1:

表1水培條件下裸柱菊對鎘的富集特性

注:同一列數據后不同小寫字母代表差異達到顯著水平(Tukey P<0.05)

表1結果表明:隨著營養液中鎘溶度的增加,裸柱菊根系和地上部的的生物量逐漸減小,鎘處理與對照組相比生物量顯著減小,而鎘處理之間生物量變化不顯著。在0-100μmol/L的鎘溶液中,裸柱菊并沒有表現出明顯的毒害作用,表現出較強的耐性。隨著營養液中鎘濃度的增加,裸柱菊根系中鎘濃度顯著增加,根系鎘積累量逐漸增加,裸柱菊地上部0-300μmol/L鎘溶液中,隨著鎘濃度的增加地上部鎘濃度顯著增加,積累量逐漸增加,在鎘處理300μmol/L時,裸柱菊地上部鎘濃度達到最大為3311.0mg/kg。在當鎘濃度大于300μmol/L,地上部鎘濃度和積累量都呈現下降趨勢。鎘處理條件下,裸柱菊地上部鎘濃度都遠遠大于100mg/kg。

綜上實驗結果,裸柱菊對重金屬鎘具有很強的富集特性,是一種潛在的鎘修復植物,以下通過大田試驗對裸柱菊的修復潛力進一步驗證。

實施例2大田鎘污染土壤修復試驗

實驗大田為溫嶺市澤國鎮山坑村鎘污染農田,其土壤基本理化性質:pH 6.06,有機質80.1g/kg,有效磷30.49mg/kg,速效鉀158.31mg/kg,全鎘濃度0.85mg/kg。植株采自澤國鎮當地,于2017年3月種植在大田當中,種植密度為5x5cm,六月中旬收獲其地上部,測定地上部重金屬含量。同時在六月份中旬,采集了污染區大田土壤中種植的蘇門白酒草、龍葵、苧麻、酸模葉蓼的地上部,以及對應土壤,與裸柱菊鎘的富集效果進行比較。

實驗結果如表2:

表2不同植物的對重金屬鎘富集效果比較

注:富集系數:植物地上部鎘含量/土壤中鎘含量

實驗結果表明:在鎘濃度為0.85mg/kg農田中種植裸柱菊80天后,其地上部鎘濃度為27.29mg/kg,富集系數高達32.10,與大田中種植的其他四種植物相比,裸柱菊的對鎘的富集效果明顯更好。

綜合實施例1、2:本發明提供的方法中裸柱菊對重金屬鎘具有極強的富集能力,是鎘的富集植物,對鎘污染土壤具有較強的修復能力,為鎘污染土壤修復提供了一種新的植物修復物種。

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