一種利用苦荬菜修復(fù)土壤重金屬污染的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及污染環(huán)境的植物修復(fù)技術(shù)，一種利用苦荬菜修復(fù)土壤重金屬污染的方 法D
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著工業(yè)的發(fā)展，城市污染加劇以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷進(jìn)步，重金屬伴隨著外來有 機(jī)化合物對土壤的污染日益嚴(yán)重（Pambrun V，Marquot A，Racault. Characterization of the toxic effects of cadmium and 3.5-dichlorophenol on nitrifying activity and mortality in biologically activated sludge systems-effect of low temperature [J]. Environ Science Pollution Resource. 2008，15:592-599)〇 目前， 世界各國土壤存在不同程度的重金屬污染，全世界平均每年排放Hg約1.5萬t、Cu為340萬 t、Pb為500萬t、Mn為1500萬t、Ni為100萬t[1]。重金屬污染會(huì)導(dǎo)致土壤的退化，降低農(nóng)作 物的產(chǎn)量和質(zhì)量(駱永明，滕應(yīng).我國土壤污染退化狀況及防治對策[J]. 土壤，2006，38 (5): 505-508)，并且隨雨水和泥沙通過徑流和淋溶作用進(jìn)入地表水和地下水，造成水體污 染（Mulligan C.N., Yong R.N., Gibbs B.F.. Remediation technologies for metal-contaminated soils and ground water: an evaluation [J]. Engineering Geology. 2001，60: 193-207)?？v觀目前關(guān)于污染土壤生態(tài)修復(fù)的相關(guān)研究可見，雖然各方法或措 施間的優(yōu)化組合是目前污染土壤生態(tài)修復(fù)研究的重點(diǎn)，但相關(guān)研究主要是對各種修復(fù)方法 組合方式的嘗試(藍(lán)嗣國。廢舊干電池的幾種綜合利用方法[J]。環(huán)境科學(xué)動(dòng)態(tài)，2000,4)。重 金屬污染土壤的植物修復(fù)(Pyhtoremetiation)是指通過植物系統(tǒng)及其根系移去、揮發(fā)或穩(wěn) 定土壤環(huán)境中的重金屬污染物，或降低污染物中的重金屬毒性，以期達(dá)到清除污染、修復(fù)或 治理土壤為目的的一種技術(shù)(劉凱，張健。污染土壤生態(tài)修復(fù)的理論內(nèi)涵、方法及應(yīng)用[J]. 生態(tài)學(xué)雜志2011.30(1): 162-169)。根據(jù)植物修復(fù)的作用過程和機(jī)理，重金屬污染土壤的植 物修復(fù)技術(shù)可歸為3種類型（白潔等。土壤重金屬污染及植物修復(fù)技術(shù)綜述[J]。環(huán)境保護(hù)與 循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2008 (13): 49-51):植物穩(wěn)定、植物揮發(fā)和植物吸取。主要包括超積累植物對根際 土壤中重金屬的活化和超量積累植物對土壤重金屬吸收及其解毒機(jī)理兩個(gè)過程(張乃明、 段永蕙、毛昆明，《土壤環(huán)境保護(hù)》，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社）。超積累植物活化土壤中的重 金屬主要有三種方式:（1)酸化。植物的根系可以分泌質(zhì)子，進(jìn)而促進(jìn)植物對土壤中元素的 活化和吸收。張淑香等人在2000年研究發(fā)現(xiàn)作物根系分泌的脂肪酸在根際環(huán)境中的積累 (郭彬等。土壤重金屬污染及植物修復(fù)技術(shù)研究[J]。安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，35(37): 10776-10778)。根袋(rhizobag)試驗(yàn)(李文一等。土壤重金屬污染的植物修復(fù)研究進(jìn)展[J]。污染防 治技術(shù)，2006，19(2): 18-21)表明，T. caerulescens可以將土壤中的Zn從不溶態(tài)轉(zhuǎn)化為可 移動(dòng)態(tài)。（2)螯合。超積累植物能分泌某些金屬結(jié)合蛋白和某些特殊的有機(jī)酸來螯合重金 屬。蔣先軍等人在2000年通過溫室盆栽試驗(yàn)，證明印度芥菜(Brassica juncea)具有此種 能力。土壤重金屬污染的植物修研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J]。熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006,26(1): 75-76)，但其研究缺乏這方面的直接證據(jù)。萬敏等人在2003年通過對不同Cd積累類型 小麥根際土壤低分子量有機(jī)酸與Cd的生物積累的研究，證實(shí)植物可以通過分泌有機(jī)酸來復(fù) 合或螯合溶解土壤中的Cd(張淑香，高子勤。連作障礙與根際微生態(tài)研究，根系分泌物與酚 酸物質(zhì)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2000,11(1): 152-156)。（3)在根細(xì)胞質(zhì)膜上的專一性金屬還原 酶作用下，土壤中高價(jià)金屬離子還原，從而溶解增加。Grill等實(shí)驗(yàn)證明植物結(jié)合重金屬離 子的主要化合物就是PCs(李文一等。土壤重金屬污染的植物修復(fù)研究進(jìn)展[J]。污染防治技 術(shù)，2006，19(2): 18-21)。安志裝等詳細(xì)闡述了PCs的結(jié)構(gòu)、組成和合成等方面的研究現(xiàn)狀 (蔣先軍等。重金屬污染土壤的植物修復(fù)研究，金屬富集植物Brassica juncea對鋅、鎘的 吸收和積累[J]。土壤學(xué)報(bào)，2002，39 (5)664-670)。植物MTs在金屬離子的吸收和維持體內(nèi) 平衡中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用(林琦等。根系分泌物與重金屬的化學(xué)行為研究[J]。植物營養(yǎng)與肥料 學(xué)報(bào)，2003，9(4)425-431)。因而加強(qiáng)對污染土壤生態(tài)修復(fù)的相關(guān)研究，進(jìn)一步充實(shí)、完善 污染生態(tài)修復(fù)的理論內(nèi)容，建立起污染生態(tài)修復(fù)的理論框架，應(yīng)是目前的首要任務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明目的在于提供一種利用苦荬菜修復(fù)土壤重金屬污染的方法，以解決現(xiàn)有重 金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)中植物存在的不能多次收割、季節(jié)限制、生長緩慢、地上部分生物量 低、吸收積累重金屬總量少、只對單一重金屬有耐性和富集能力、不具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、 實(shí)際應(yīng)用綜合效果不大等問題。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下： 在重金屬復(fù)合污染的土壤中種植苦荬菜，通過其自然生長過程中對重金屬的吸收富集 能力從而去除土壤中過量的重金屬。
[0005] 所述種植在重金屬復(fù)合污染土壤中的苦荬菜是一種對重金屬有超耐性的植物，對 重金屬有超強(qiáng)的富集能力。
[0006] 所述苦荬菜在重金屬復(fù)合污染地區(qū)進(jìn)行野外大田種植，選擇土層深松的適應(yīng)土 地，進(jìn)行常規(guī)的耕地、施肥，將苦荬菜直播在污染土壤中，做好苗期防凍措施，后續(xù)的病蟲害 管理，以及田間墑情管理，適時(shí)地追肥。
[0007] 所述在重金屬復(fù)合污染土壤中種植的苦荬菜，從土壤中吸收大量的重金屬，隨著 植物的生長，地上部分生物量的加大，其對重金屬積累的總量也隨之增加，尤其是對于重金 屬Cd的累積，富集系數(shù)可達(dá)11.92。3月底種植苦荬菜，待其生長成熟后，間隔10~20天對其進(jìn) 行刈割，多次重復(fù)操作，直至8月初苦荬菜開花結(jié)籽共有120天的生育期，能有效降低土壤中 重金屬的含量，從而修復(fù)污染土壤。
[0008] 所述苦荬菜，在重金屬復(fù)合污染土壤中均正常生長，按照高產(chǎn)田塊的管理方式去 管理，按照高產(chǎn)田塊的管理方式去管理，畝產(chǎn)可達(dá)1.5萬多公斤，苦荬菜耐旱力強(qiáng)，對土壤要 求不嚴(yán)，各類地質(zhì)均可種植。
[0009] 苦荬菜屬有50種，產(chǎn)東亞及東南亞，我國有20種，廣布。該屬物種為多年生草本植 物。下級(jí)分類又分為深裂苦荬菜、剪刀股、苦荬菜和圓葉苦荬菜。本發(fā)明中的苦荬菜即下 級(jí)分類中的苦荬菜，又名鵝菜，八月菜，八月老、洋萵苣，俗稱肥豬菜。是一種產(chǎn)量高，營養(yǎng)豐 富，造口性好的青綠飼料。兔、羊、豬、雞、鴨、鵝、魚等畜禽非常愛吃。苦荬菜病蟲害少，再生 力強(qiáng)，利用時(shí)間長，一年可割4~6次，畝產(chǎn)可達(dá)1.5萬多公斤?？噍げ四秃盗?qiáng)，對土壤要求不 嚴(yán)，各類地質(zhì)均可種植。自2月下旬至4月下旬均可播種。種子可直播，也可育苗移栽，將種子 拌和細(xì)土，均勻撒播，每分苗床播種200~300克，可供1~2畝地栽植之用。播種以后，只要溫度 和水適宜，約5~6天即可發(fā)芽，待長4~5片葉即可進(jìn)行移栽。行距為20~25厘米，株距10~15厘 米，苦荬菜長到30厘米高以上，就可刈割或肅葉喂飼，若有條件，每刈割或剝?nèi)~一次，別割高 度為5~6cm，每畝可追尿素10~15公斤或土雜肥3~4擔(dān)。同時(shí)，還要做好中耕除草工作。一般 每隔10~20天可剝或刈割一次。剝?nèi)~時(shí)每次不能剝得太多，至少要留8片葉，如不能刈割是不 能將菜心割掉，應(yīng)留下3~6厘米高的茬，以利再生。若菜收籽實(shí)時(shí)，8月以后應(yīng)停止利用，使其 抽苔開花結(jié)籽。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是： 發(fā)明人通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，苦荬菜對多種重金屬具有顯著的富集特性，能在重金屬復(fù) 合污染的土壤中正常生長，且在生長期能夠多次刈割。本發(fā)明正是利用苦荬菜對重金屬的 這一耐性和富集特征，將其直接種植于重金屬復(fù)合污染的地區(qū)，通過對成熟植株的收割和 處理，以達(dá)到修復(fù)重金屬復(fù)合污染土壤的目的。由于苦荬菜對土壤的適應(yīng)性強(qiáng)，生長旺盛， 地上部分發(fā)達(dá)，生物量大，抗旱能力強(qiáng)，生長范圍較廣，栽培較簡單，管理費(fèi)低，一次種植能 多年受益，其經(jīng)濟(jì)、藥用價(jià)值很高，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥和民用工業(yè)，并且其經(jīng)濟(jì)利用方式又能 避免重金屬重新進(jìn)入食物鏈。因此，本發(fā)明為土壤重金屬復(fù)合污染的植物修復(fù)技術(shù)開發(fā)了 新的植物資源品種和修復(fù)方法，利用重金屬污染土壤的種植產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，無論從生態(tài)學(xué) 角度，還是從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度都將具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
【附圖說明】
[0011] 圖1~4為本發(fā)明實(shí)例中苦荬菜中重金屬&1、211、？13、0(1的含量分析圖一~圖四。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上 述主題的范圍僅限于下述實(shí)施列。
[0013] 實(shí)施例1污染礦區(qū)土壤修復(fù)試驗(yàn) 試驗(yàn)地點(diǎn)為湖南郴州礦區(qū)受重金屬污染的農(nóng)田，該農(nóng)田土壤為重金屬Cu、Zn、Pb、Cd、As 的復(fù)合污染土壤(土壤重金屬的本底值見表1)。
[0014]表1 土壤中重金屬的本底值單位:mg/kg

具體作法為:將苦荬菜在重金屬復(fù)合污染地區(qū)進(jìn)行野外大田種植，選擇土層深松的適 應(yīng)土地，進(jìn)行常規(guī)的耕地、施肥，將苦荬菜直播在污染土壤中，做好苗期防凍措施，后續(xù)的病 蟲害管理，以及田間墑情管理，適時(shí)地追肥。
[0015]供試土壤采集于郴州礦區(qū)重金屬污染農(nóng)田，田間無水。采樣深度為〇~30 cm。采用 多點(diǎn)取樣，混合土樣由3個(gè)以上分布點(diǎn)樣品η組成。農(nóng)田采回的苦荬菜植物樣品，先用自來水 將植株便面的泥土徹底清洗干凈，不能殘留一點(diǎn)土壤。第一次分為根和葉，第二次為葉，第 三次為葉和花苞，土壤樣品取回后，將土塊壓碎，除去殘根、雜物，鋪成薄層，經(jīng)常翻動(dòng)。在陰 涼、潔凈、無污染處自然風(fēng)干。風(fēng)干土樣用有機(jī)玻璃棒或木棒壓碎，過80目尼龍篩，用微波消 解法測本底值。用去離子水將植物各部位清洗3遍，瀝干水分后裝入信封袋，放入烘箱內(nèi)。先 在105°C殺青2小時(shí)，然后調(diào)至60°C下烘48小時(shí)。烘好的植物干樣用粉碎機(jī)粉碎后用實(shí)物樣 品消解方法處理，根據(jù)樣品中重金屬濃度和儀器最低檢測限用ICP-OES測定樣品中重金屬 濃度。
[0016] 試驗(yàn)結(jié)果如下： 由圖1可見，重金屬Cd在苦荬菜中的積累主要在地上部分，第一次刈割數(shù)據(jù)表明葉中的 Cd的含量遠(yuǎn)大于根部，是根部的12倍多，達(dá)到17.16 mg/kg，是土壤本底值的十五倍。三次刈 割數(shù)據(jù)顯示遞減的線性關(guān)系，但最后一次刈割時(shí)苦荬菜葉中的Cd含量依然高于土壤本底 值，達(dá)到10.76 mg/kg，接近本底值的十倍。第三次刈割時(shí)苦荬菜正處于花苞期，植株平均高 度達(dá)到了 1.4米，且均無重金屬毒害癥狀。此時(shí)測得花苞的Cd的含量為3.58 mg/kg，依舊是 本底值的兩倍，依舊很可觀。所以，苦荬菜對土壤中Cd的富集作用是非常明顯的。
[0017] 由圖2可見，重金屬Cu在苦荬菜中的積累也主要在地上部分，第一次刈割數(shù)據(jù)表明 葉中的Cu的含量大于根部，達(dá)到10.63 mg/kg。三次刈割數(shù)據(jù)顯示遞增的線性關(guān)系，最后一 次刈割時(shí)苦荬菜地上部分(葉和花苞）的Cu含量達(dá)到26.98 mg/kg。第三次刈割數(shù)據(jù)顯示葉 中Cu含量比第一次高，但低于第二次刈割時(shí)的含量，此時(shí)花苞中的Cu含量高于葉中Cu的含 量，達(dá)到14.23 mg/kg，這是Cu在植株中從葉向花苞轉(zhuǎn)運(yùn)的結(jié)果?？傮w而言，苦荬菜對土壤中 Cu的富集作用也不錯(cuò)。
[0018]由圖3可見，重金屬Zn在苦荬菜中的積累也主要在地上部分，由于Zn是植物生長的 必須元素之一，所以積累量非常大，超過了土壤本底值。第一次刈割數(shù)據(jù)表明葉中的Zn的含 量也大于根部，達(dá)到250.82 mg/kg，大于土壤的本底值。三次刈割數(shù)據(jù)顯示先增加后減少的 線性關(guān)系，第二次刈割時(shí)Zn的含量甚至高于第一次刈割時(shí)的含量，達(dá)到了256.99 mg/kg。但 是第三次刈割時(shí)地上部分的總含量低于前兩次，說明隨著開花期的到來，苦荬菜對Zn的需 求量減少，因此可在開花期之前增加對苦荬菜的刈割次數(shù)以增強(qiáng)苦荬菜對土壤中Zn的修復(fù) 作用。總體而言，苦荬菜對土壤中Zn的富集作用非常好。
[0019] 由圖4可見，重金屬Pb在苦荬菜中的積累主要在地下部分，苦荬菜對Pb的累積作用 不是很顯著，但土壤中的Pb含量達(dá)到了 268mg/kg，而苦荬菜沒有表現(xiàn)出明顯的毒害狀態(tài)，這 表明高濃度的Pb污染不會(huì)影響苦荬菜在重金屬復(fù)合污染區(qū)的生長?？梢娍噍げ朔浅＿m宜在 重金屬復(fù)合污染區(qū)種植。
[0020] 綜合以上結(jié)果表明： (1)這種修復(fù)方法中的苦荬菜有對重金屬良好的吸收積累能力。其中油菜對Cd和Zn表 現(xiàn)出了很強(qiáng)的積累能力。
[0021] (2)綜合分析這種修復(fù)方法，苦荬菜長勢非常好，是產(chǎn)量高，營養(yǎng)豐富，造口性好的 青綠飼料。兔、羊、豬、雞、鴨、鵝、魚等畜禽非常愛吃?？噍げ瞬∠x害少，再生力強(qiáng)，利用時(shí)間 長，一年可割4~6次，畝產(chǎn)可達(dá)1.5萬多公斤。耐旱力強(qiáng)，對土壤要求不嚴(yán)，各類地質(zhì)均可種 植。經(jīng)過重金屬脫毒處理后可以達(dá)到食品安全的標(biāo)準(zhǔn)，且經(jīng)濟(jì)效益很高。因此，采用苦荬菜 在重金屬修復(fù)和經(jīng)濟(jì)效益方面均能取得令人矚目的效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用苦荬菜修復(fù)土壤重金屬污染的方法，其特征在于:將苦荬菜按照其自然生 長期種植在重金屬復(fù)合污染的土壤中，進(jìn)行常規(guī)地栽培。2. 通過其自然生長過程中對重金屬的吸收富集能力從而去除土壤中過量的重金屬。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用苦荬菜修復(fù)土壤重金屬污染的方法，苦荬菜長到30厘米 高以上，就可刈割，一年可割4~6次。4. 多次重復(fù)操作，能有效降低土壤中重金屬的含量，從而修復(fù)污染土壤。5. 每XU割或剝?nèi)~一次，XU割高度為5~6cm，每畝可追尿素10~15公斤或土雜肥3~4擔(dān)。6. -般每隔10~20天可剝或XU割一次。7. 剝?nèi)~時(shí)每次不能剝得太多，至少要留8片葉，如不能刈割是不能將菜心割掉，應(yīng)留下3 ~6厘米高的茬，以利再生。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用苦荬菜修復(fù)土壤重金屬污染的方法，其特征在于:所述苦 荬菜，按照高產(chǎn)田塊的管理方式去管理，畝產(chǎn)可達(dá)1.5萬多公斤。9. 苦荬菜屬有50種，產(chǎn)東亞及東南亞，我國有20種，廣布。10. 該屬物種為多年生草本植物。11. 下級(jí)分類又分為深裂苦荬菜、剪刀股、苦荬菜和圓葉苦荬菜。12. 本發(fā)明中的苦荬菜即下級(jí)分類中的苦荬菜。
【專利摘要】本發(fā)明涉及重金屬污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)，解決現(xiàn)有重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)中植物存在的不能多次收割、季節(jié)限制、生長緩慢、地上部分生物量低、吸收積累重金屬總量少、不具有較好的經(jīng)濟(jì)效益等問題。該方法是將苦荬菜按照自然生長期種植在重金屬復(fù)合污染的土壤中，進(jìn)行常規(guī)地栽培。并且沒有出現(xiàn)明顯的毒害癥狀，不影響苦荬菜的產(chǎn)量；而且其地上部分生物量大，在生長期可以刈割4～6且不影響其生長速度，能夠吸收積累大量多種重金屬，重金屬的含量在植株中明顯高于土壤本底值，達(dá)到富集水平。采用本方法栽培簡單，苦荬菜作為常規(guī)牧草有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，經(jīng)過脫毒處理后又能避免重金屬重新進(jìn)入食物鏈，可以在治理污染的同時(shí)得到不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)收入。
【IPC分類】B09C1/10
【公開號(hào)】CN105710126
【申請?zhí)枴緾N201610046849
【發(fā)明人】曾清如, 陳璘涵, 葛一陳
【申請人】湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)