專利名稱：利用超積累植物持續(xù)提取農(nóng)田土壤鋅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及重金屬?gòu)?fù)合污染農(nóng)田土壤的植物修復(fù)方法，具體的說(shuō)是一種利用超積 累植物持續(xù)提取農(nóng)田土壤鋅的方法，屬于污染土壤環(huán)境治理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
土壤重金屬污染是影響我國(guó)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的一個(gè)重要因素。由于 我國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)藥、肥料的投入量大，且多數(shù)分布在城郊，受城市工業(yè)化污染影響大，因此土壤 重金屬污染最為嚴(yán)重。據(jù)估算其農(nóng)田重金屬污染面積達(dá)3億畝，每年因重金屬污染造成的 經(jīng)濟(jì)損失近200億元。目前的農(nóng)田重金屬污染不僅僅是某種元素的單一超標(biāo)，而是兩種或 多種元素的復(fù)合污染。農(nóng)田土壤復(fù)合污染使農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量降低，直接危害消費(fèi)者健康，影響我 國(guó)糧食出口創(chuàng)匯，因此，尋找針對(duì)我國(guó)農(nóng)田土壤復(fù)合污染的生物修復(fù)技術(shù)對(duì)于保障農(nóng)業(yè)的 可持續(xù)發(fā)展、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康運(yùn)行具有重大意義。
近年來(lái)出現(xiàn)的植物修復(fù)技術(shù)，作為一種原位綠色修復(fù)技術(shù)，具有費(fèi)用低廉、不破壞 環(huán)境、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其成功應(yīng)用引起了學(xué)術(shù)界、政 府和企業(yè)界的高度重視。而已發(fā)現(xiàn)的超積累植物大多生長(zhǎng)緩慢，生物量小，給實(shí)際修復(fù)帶來(lái) 了很大困難。目前強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)多以螯合誘導(dǎo)為主，已經(jīng)成為植物修復(fù)領(lǐng)域研究最多的方 向之一。但是其存在著諸多問(wèn)題(1)化學(xué)螯合劑一般具有較強(qiáng)的植物毒性，濃度較高會(huì)嚴(yán) 重抑制植物生長(zhǎng)，降低生物產(chǎn)量，影響修復(fù)效率；( 螯合劑活化重金屬后，其重金屬螯合 物和螯合劑不易降解，對(duì)地表水和地下水等環(huán)境存在潛在的二次污染；C3)人工化學(xué)螯合 劑價(jià)格較高，在大面積推廣應(yīng)用中必然會(huì)增加植物修復(fù)的成本。
施肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的常規(guī)措施，也是土壤-植物系統(tǒng)中不可缺少的因素之一，其 已成為植物修復(fù)污染土壤過(guò)程中必要的強(qiáng)化手段之一。但與普通作物的施肥不同，在植物 修復(fù)過(guò)程中施肥除需要考慮養(yǎng)分功能之外，還需考察肥料對(duì)植物累積重金屬的影響。目前， 國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開(kāi)展了不同種類和形態(tài)肥料對(duì)植物積累重金屬的研究，但其影響規(guī)律不盡 一致。多數(shù)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，磷礦粉、鈣鎂磷肥等難溶性磷肥對(duì)土壤中重金屬有鈍化作用，磷肥 施用降低了重金屬在土壤中的有效性，限制了植物的吸收。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中磷肥類型較多，它們 的化學(xué)性質(zhì)及生理特征也有所不同，是否所有磷肥對(duì)植物修復(fù)效率都是負(fù)面影響？針對(duì)于 特異的超積累植物，能找到一種既促進(jìn)植物吸收土壤中重金屬，又能促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高其 生物產(chǎn)量的磷肥種類，將具有重要的應(yīng)用價(jià)值。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用超積累植物持續(xù)提取農(nóng)田土壤鋅的方法，以實(shí)現(xiàn) 高效、低廉、穩(wěn)定的強(qiáng)化修復(fù)鋅污染土壤。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的利用超積累植物持續(xù)提取農(nóng)田土壤鋅的方法，其特征 是在每千克鋅污染土壤中施入50 SOOmg可溶性磷肥，并配施0. 2g的氮和0. 2g的鉀作 為基肥；將東南景天帶腋芽莖段先用營(yíng)養(yǎng)液預(yù)培養(yǎng)3-4周，將株高6-8cm，根系生長(zhǎng)旺盛的東南景天幼苗移栽到經(jīng)上述處理的鋅污染土壤中，按傳統(tǒng)農(nóng)耕法管理生長(zhǎng)，每四個(gè)月收割 東南景天地上部，收割時(shí)地上部留莖2-3cm高。定期重復(fù)收割東南景天地上部，持續(xù)降低土 壤中的鋅濃度。
上述的可溶性磷肥可以是KH2P04、Ca (H2PO4) 2、NaH2PO4 或 NH4H2PO4,優(yōu)選 KH2PO4 或NH4H2PO40
上述的營(yíng)養(yǎng)液組成為=Ca(NO3)2 · 4H20 2. Ommo 1. Λ KH2PO4 0. Immo 1. Λ MgSO4 · 7Η20 0. 5mmol.廠1，KCl 0. Immo 1.廠1，K2SO4 0. 7mmol. I/1，H3BO3IO. O μ mol.廠1， MnSO4 ·Η20 0. 50 μ mol. L-1，ZnSO4 ·7Η201· O μ mol. L-1，CuSO4 ·5Η200· 2 μ mol. L-1，(NH4)6 Mo7O24 0. 01 μ mol. Λ Fe-EDTA 100 μ mol. Γ1。
本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)
(1)本發(fā)明充分利用東南景天植物多年生、無(wú)性繁殖特性，適于刈割的特點(diǎn)，當(dāng)其 它環(huán)境條件較為適宜時(shí)，一年內(nèi)可收割獲該植物地上部3-4茬。通過(guò)多次收割，可以多次連 續(xù)提取土壤重金屬，在全年內(nèi)不受季節(jié)限制，達(dá)到一勞永逸的效果。
(2)本發(fā)明在種植過(guò)程中施加普通的可溶性磷肥，操作簡(jiǎn)便，既能促進(jìn)東南景天生 長(zhǎng)，又增加了東南景天地上部的鋅含量。磷肥不同于EDTA等化學(xué)螯合劑，降低了植物修復(fù) 的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。
(3)本發(fā)明結(jié)合農(nóng)藝措施，改善了土壤理化性質(zhì)，提高了鋅的生物有效性，促進(jìn)東 南景天根系生長(zhǎng)，加強(qiáng)了對(duì)鋅的吸收和向地上部轉(zhuǎn)移，提高了修復(fù)效率。具有投資少，工程 量小，管理技術(shù)要求簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣，不破壞土壤環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為不同磷肥種類及濃度處理對(duì)東南景天生長(zhǎng)的試驗(yàn)結(jié)果；A圖為第一茬收獲， B圖為第二茬收獲，C圖為第三茬收獲。圖中的不同小寫字母表示95%水平同一肥料品種 不同濃度間差異性達(dá)顯著水平。
圖2為在不同磷肥處理下東南景天地上部鋅含量變化的試驗(yàn)結(jié)果；A圖為第一茬 收獲，B圖為第二茬收獲，C圖為第三茬收獲。圖中的不同小寫字母表示95%水平同一肥料 品種不同濃度間差異性達(dá)顯著水平。
圖3為施用磷肥后東南景天地上部鋅提取量變化。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
試驗(yàn)土壤為采自浙江富陽(yáng)市污灌區(qū)的鋅污染土壤，土壤類型為水稻土，其基本理 化性質(zhì)為印11值7.81 ；砂粒含量56%，粉粒含量38% ；粘粒含量6% ；有機(jī)質(zhì)含量4. 66%, 速效氮、磷、鉀含量分別為68. 12,6. 7,72mg/kg ；總Zn含量1678. 56mg/kg。
在每千克鋅污染土壤中分別施入KH2P04、Ca (H2PO4) 2、NaH2PO4或NH4H2PO4,每一種肥 料的用量分別為50mg、200mg和800mg，并配施0. 2g的氮和0. 2g的鉀作為基肥；以不施用 磷肥，但施用0. 2g氮肥和0. 2g鉀肥的土壤作為對(duì)照。
將東南景天帶腋芽莖段先用營(yíng)養(yǎng)液預(yù)培養(yǎng)3-4周，將株高6-8cm，根系生長(zhǎng)旺盛的 東南景天幼苗移栽到經(jīng)上述處理的鋅污染土壤中，定期澆水。東南景天生長(zhǎng)4個(gè)月后，分別于2009年10月份、2010年2月份和2010年6月份三次收獲植株地上部，具體做法是用剪 刀剪去主莖部分，靠根系的主莖留茬高度2-3cm，保留根系新長(zhǎng)出來(lái)的小嫩芽，以便植物的 繼續(xù)生長(zhǎng)。
上述實(shí)例中的營(yíng)養(yǎng)液組成為Ca(NO3)2· 4H20 2. Ommo 1. Λ KH2PO4 0. Immo 1. Λ MgSO4 · 7Η20 0. 5mmol.廠1，KCl 0. lmmol.廠1，K2SO4 0. 7mmol.廠1，H3BO3 10. 0 μ mol.廠1， MnSO4 ·Η20 0. 50 μ mol. Γ1，ZnSO4 ·7Η201· 0 μ mol. L-1，CuSO4 ·5Η20 0. 2 μ mol. Γ1，(NH4)6Mo7O24 0. 01 μ mol. Λ Fe-EDTA 100 μ mol. Γ1。
經(jīng)測(cè)定，第一茬收獲后，東南景天地上部的干物質(zhì)重為2. 27-4. 43g ；與不施磷肥 的對(duì)照處理相比，不同磷肥種類處理下，地上部生物量均表現(xiàn)出隨著磷肥濃度的增加而升 高的趨勢(shì)。Hl2P04、Ca 0^04)2、恥!^04、朋4!^04對(duì)生物量的增產(chǎn)率分別為46%、62%、54%和 78%，由于銨根離子增氮作用，NH4H2PO4的增產(chǎn)效果最明顯。地上部鋅含量為1965-3631mg/ kg,當(dāng)磷肥濃度大于200mg/kg時(shí)，地上部鋅含量的增加量與對(duì)照相比，均達(dá)到顯著水平。 KH2PO4、Ca (H2PO4) 2、NaH2PO4、NH4H2PO4 對(duì)地上部鋅含量的增幅分別為 85 %、50 %、46 % 和 70%,800mg/kg磷肥處理時(shí)，KH2PO4和NH4H2PO4對(duì)地上部鋅含量的影響最明顯，分別為3631 和3341mg/kg。經(jīng)過(guò)一季種植東南景天，其對(duì)土壤中鋅的提取量達(dá)4. 9-13. 5mg，磷肥處理濃 度越高，鋅積累量越高。KH2P04、Ca(H2PO4)2、NaH2PO4, NH4H2PO4四種磷肥處理，植物鋅的積累 量分別是不施磷肥的2. 70、2. 43、2. 25和2. 76倍。第一茬中，800mg/kg的NH4H2PO4對(duì)植物 生長(zhǎng)和重金屬含量的促進(jìn)作用最為明顯。
第二茬收獲時(shí)植物地上部的干物質(zhì)重為1. 94-3. 53g，與不施磷肥的對(duì)照處理相 比，不同磷肥種類處理下，地上部生物量均表現(xiàn)出隨著磷肥濃度增加而升高的趨勢(shì)。kh2PO4、 Ca (H2PO4) 2、NaH2P04、NH4H2PO4對(duì)生物量的增產(chǎn)率分別為55%、57%、22%和82%，與第一茬的 結(jié)果類似，NH4H2PO4處理的增產(chǎn)效果最明顯。地上部鋅含量為4469-9538mg/kg，50mg/kg和 200mg/kg磷肥處理對(duì)地上部鋅含量影響不大，當(dāng)磷肥濃度大于800mg/kg時(shí)，地上部鋅含量 的增加量與對(duì)照相比，均達(dá)到極顯著水平。KH2P04、Ca(H2PO4)2、NaH2P04、NH4H2PO4對(duì)地上部鋅 含量的增幅分別為80%、107%、84%和113%，800mg/kg磷肥處理時(shí)，Ca (H2PO4) 2和NH4H2PO4 對(duì)地上部鋅含量的影響最明顯，分別為9259和9538mg/kg。第二茬收獲后，東南景天地上部 的鋅含量顯著高于第一茬植物，第二茬植物800mg/kg KH2PO4, Ca (H2PO4) 2、NaH2PO4, NH4H2PO4 磷肥處理地上部鋅含量分別是第一茬的2. 21,3. 14,2. 86和2. 85倍。第二茬收獲東南景 天后，其對(duì)土壤中鋅的提取量達(dá)8. 64-36. 02mg，磷肥處理濃度越高，鋅積累量越高。ΚΗ2Ρ04、 Ca(H2PO4)2,NaH2PO4,NH4H2PO4四種磷肥處理，植物鋅的積累量分別是不施磷肥的2. 83,3. 45、 2. 07和4. 17倍。第二茬中，同樣是800mg/kg的NH4H2PO4處理景天地上部干重和鋅含量最 大。
第三茬東南景天的長(zhǎng)勢(shì)明顯優(yōu)于前面兩茬，收獲時(shí)植物地上部的干物質(zhì)重為 7. 65-14. 49g，與不施磷肥的對(duì)照處理相比，不同磷肥種類處理下，地上部生物量均表現(xiàn) 出隨著磷肥濃度增加而升高的趨勢(shì)。KH2P04、Ca(H2PO4)2, NaH2PO4, NH4H2PO4對(duì)生物量的增 產(chǎn)率分別為57^^62^^48%和89%，與第一茬和第二茬的結(jié)果類似。地上部鋅含量為 2827-6855mg/kg, 50mg/kg和200mg/kg磷肥處理對(duì)地上部鋅含量影響不大，但當(dāng)磷肥濃 度大于800mg/kg時(shí)，地上部鋅含量的增加量與對(duì)照相比，均達(dá)到極顯著水平。與不施磷 肥處理相比，KH2P04、Ca(H2PO4)2, NaH2PO4, NH4H2PO4對(duì)地上部鋅含量的增幅分別為143%、95 %、69 %和91 %，800mg/kg磷肥處理時(shí)，KH2PO4和Ca (H2PO4) 2對(duì)地上部鋅含量的影響 最明顯，分別為6855和M98mg/kg。第三茬收獲東南景天后，其對(duì)土壤中鋅的提取量達(dá) 21. 80-87. 27mg，磷肥濃度越高，鋅積累量越大。KH2PO4、Ca(H2PO4)2、NaH2PO4、NH4H2PO4 四種磷 肥處理，植物鋅的積累量分別是不施磷肥的4. 00,3. 13,2. 15和3. 81倍。第三茬收獲物與 第一茬相比，KH2PO4, Ca(H2PO4)2、NaH2PO4, NH4H2PO4四種磷肥處理下，土壤鋅提取量分別增加 7 559. 95%,472. 74%,324. 41%和 513. 40% ；分別是第二茬積累量的 3. 56,2. 29,2. 62 和 2. 30倍。KH2PO4和NH4H2PO4處理地上部鋅累積量最大，分別是87. 27和82. 98mg。
經(jīng)過(guò)三茬的連續(xù)收割，東南景天地上部能不斷積累土壤中的鋅，生物量逐季增加； 四種水溶性磷肥處理均能顯著增加地上部鋅含量和植物干物質(zhì)重，對(duì)土壤中鋅的提取量為 第三茬>第二茬>第一茬。一年修復(fù)期內(nèi)，對(duì)土壤中鋅的提取量能達(dá)到33. 6-132. 5mg/kg 土，磷肥施用濃度越高，對(duì)土壤鋅的總提取量越大，800mg/kg KH2PO4, Ca(H2PO4)2, NaH2PO4, NH4H2PO4磷肥處理土壤鋅提取量分別是對(duì)照的3. 54,3. 11,2. 14和3. 75倍。相比較而言， KH2PO4和NH4H2PO4兩種磷肥對(duì)增加?xùn)|南景天提取土壤鋅的效果最為明顯，且對(duì)景天的生長(zhǎng) 有促進(jìn)作用。通過(guò)該方法可以一次種植，多次收獲東南景天地上部，一年內(nèi)不間斷提取土壤 中的鋅，不受季節(jié)影響；同時(shí)，配施可溶性磷肥，能大大增加植物地上部的鋅含量和生物量， 縮短了植物修復(fù)周期。
權(quán)利要求
1.利用超積累植物持續(xù)提取農(nóng)田土壤鋅的方法，其特征是在每千克鋅污染土壤中施 入50 SOOmg可溶性磷肥，并配施0. 2g的氮和0. 2g的鉀作為基肥；將東南景天帶腋芽莖 段先用營(yíng)養(yǎng)液預(yù)培養(yǎng)3-4周，將株高6-8cm，根系生長(zhǎng)旺盛的東南景天幼苗移栽到經(jīng)上述處 理的鋅污染土壤中，按傳統(tǒng)農(nóng)耕法管理生長(zhǎng)，每四個(gè)月收割東南景天地上部，收割時(shí)地上部 留莖2-3cm高。定期重復(fù)收割東南景天地上部，持續(xù)降低土壤中的鋅濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超積累植物持續(xù)提取農(nóng)田土壤鋅的方法，其特征是所 述可溶性磷肥為 KH2P04、Ca (H2PO4) 2、NaH2PO4 或 NH4H2PO4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超積累植物持續(xù)提取農(nóng)田土壤鋅的方法，其特征是 營(yíng)養(yǎng)液組成為Ca(NO3)2 · 4H20 2. Ommo 1. Λ KH2PO4 0. Immo 1. Λ MgSO4 · 7Η20 0. 5mmol. Γ1，KCl 0. Immo 1. Γ1，K2SO4 0. 7mmol. I71，H3BO3IO. 0 μ mol. I71，MnSO4 · H2O 0. 50 μ mol. Γ1， ZnSO4 · 7Η20 1· 0 μ mol. Γ1，CuSO4 · 5Η200· 2 μ mol. L-1, (NH4)6 Mo7O24 0. 01 μ mol. L-1, Fe-EDTA 100 μ mol. IA
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的利用超積累植物持續(xù)提取農(nóng)田土壤鋅的方法，在每千克鋅污染土壤中施入50～800mg可溶性磷肥，并配施0.2g氮和0.2g鉀作為基肥；將東南景天帶腋芽莖段先用營(yíng)養(yǎng)液預(yù)培養(yǎng)3-4周，將株高6-8cm，根系生長(zhǎng)旺盛的東南景天幼苗移栽到經(jīng)上述處理的鋅污染土壤中，按傳統(tǒng)農(nóng)耕法管理生長(zhǎng)，每四個(gè)月收割東南景天地上部，收割時(shí)地上部留莖2-3cm高。定期重復(fù)收割東南景天地上部，能持續(xù)降低土壤中的鋅濃度。本發(fā)明操作簡(jiǎn)便，能有效改善土壤理化性質(zhì)，提高鋅污染土壤修復(fù)效率。具有投資少，工程量小，管理技術(shù)要求簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣，不破壞土壤環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)A01G1/00GK102027853SQ20101029890
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者朱治強(qiáng), 李廷強(qiáng), 楊肖娥, 王凱, 黃化剛 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)