CN101185937B

CN101185937B - 一种降低共存作物铅积累的方法

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Publication number: CN101185937B
Application number: CN2007101564459A
Authority: CN
Inventors: 唐建军; 陈欣; 杨如意
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2027-10-30
Also published as: CN101185937A

Abstract

本发明提供一种降低共存作物铅积累的方法，是在含铅污染的土壤上，将直秆禾谷类作物的种子与野生豆科植物配合种植，不定期浇水，使土壤含水量保持在80％左右，当栽培的禾谷类高秆作物成熟收获时同时收获野生豆科植物植株，也即将野生豆科植物整体从土壤中移出，从而达到在铅污染的土壤上作物产品安全又逐步去除重金属铅的目的。本发明通过野生豆科植物庞大的根系将铅固定于其根系和植株体内，降低根际铅的活性和浓度，降低进入和运转到直秆作物籽实的铅。本发明设计合理，费用低廉、操作性强，可应用于去除铅污染土壤中作物含有的金属铅。

Description

一种降低共存作物铅积累的方法

技术领域

本发明涉及污染环境的植物修复技术，具体地说，是利用一种豆科植物鸡眼草(Kummerowia striata Schindl.)降低农作物吸收积累铅以达农作物安全生产的方法。

背景技术

利用植物吸收、转化、固定和活化土壤重金属的特点而发展起来的植物修复技术一直是土壤重金属污染修复技术研究的重要方面。从植物修复的角度，已发展建立起来的植物修复技术主要有根部过滤技术、植物萃取技术、植物稳定技术和植物挥发技术。其中利用超量积累植物超量吸收萃取土壤重金属元素技术，人们尤为关注。自1977年Brooks提出了超积累植物的概念，1983年Chaney提出了利用超积累植物消除土壤重金属污染的思想以来，各国科学家都在努力寻找和利用超积累植物来修复土壤污染的途径，已有许多研究成功地在重金属污染的土壤上，通过连续种植几茬超富集植物，去除土壤中的(有毒)重金属(Wei and Zhou，2006；Lazaro et al.，2006；Garbisu and Alkorta，2001)。

但在许多情况下，超积累植物因其生长缓慢，生物量低，在短期内修复的效果不很理想，因而发展降低重金属在农作物可食部分积累的生物学控制技术，利用与超积累植物相反的对重金属排异的植物(低积累植物)或建立降低作物吸收和积累土壤重金属的种植体系，在污染的土壤上作物产品安全的生产的模式日益受到到重视(Andrei et al.，2003；Khan，2005；Arao and Ishikawa，2006；Wu et al.，2007)，尤其是对于大面积低、中度污染的农田，如果无法有效地在短时间内将重金属从土壤中移走，通过挖掘作物自身的遗传潜力，选择对污染物低吸收、低积累的作物品种和发挥植物之间的相互作用对污染物的过滤和屏蔽作用，将是建立作物产品安全生产体系的重要途径(朱永官等，2006)。

研究证明，不同作物(水稻、小麦、豌豆等)或同一作物不同基因型重金属在可食部分中积累存在明显差异(Arao and Ishikawa，2006)。不同类群的植物，其根系分泌物及土壤微生物所构成的根际环境影响着土壤重金属的形态、活性和生物有效性。如有些植物通过分泌磷酸盐与铅结合成难溶的磷酸铅，使铅固化而降低铅的毒性(Yang et al.，2000；)；Cr⁶⁺具有较高的毒性，而Cr³⁺非常难溶，基本没有毒性，有些植物能使Cr⁶⁺转变为Cr³⁺，使其钝化(赵志强和牛军峰，2000)；有些植物根系分泌的粘胶状物质与铅(Pb)、Cu和Cd等金属离子竞争性结合，使其在植物根外沉淀下来，并降低其在土壤中的迁移性(常学秀等，2003)。一些植物根分泌物则可提高金属离子的活性(Krishnamurti et al.，1997；Ciesl inski et al.，1998)，从而利于植物的吸收积累。农业土壤上如何根据上述不同植物功能类群的特点，构建基于植物多样性的种植体系以降低作物吸收和积累土壤重金属或提高非食用作物吸收土壤重金属日益受到关注(Whiting et al.，2001；Prasad and Freitas，2003；Wu et al.，2007)。如已有研究表明，植物种间相互作用对植物吸收重金属镉和铅产生明显影响(黄益宗等，2006；吴华杰等，2001)；在锌污染土壤上，当锌超累积植物T.caerulescens和非超累积植物T.arvense共同种植时，非超累积植物T.arvense体内锌浓度降低，锌毒得到有效缓解(Whiting et al.，2001)；杉木与茶树间作，茶树叶片Pb、Mn、Cu、Zn含量均显著低于单种茶园(薛建辉和费颖新，2006)。

从国内外土壤重金属污染修复技术的专利授权情况看，目前授予的专利主要有利用某一超积累植物(如堇菜、茄科植物、十字花科植物等)的修复技术、修复植物的种植方法、提高修复植物效率的技术(如加入螯合剂等)。

发明内容

本发明的目的是提供一种降低共存作物铅积累的方法，通过以下步骤实现：

(1)在含铅污染的土壤上，将直秆禾谷类作物的种子与野生豆科植物配合种植，配合种植的种子比例是直秆禾谷类作物∶野生豆科植物为1∶1，种植方法为错位间隔种植，保证每株直秆禾谷类作物四周共围种有4株指定的野生豆科植物，每株野生豆科植物周围则同样围种有4株直秆禾谷类作物；

(2)不定期浇灌自来水(水中未检出铅)或者其他无铅灌溉用水，使土壤含水量保持在80％左右；

(3)当栽培的禾谷类高杆作物成熟收获时同时收获野生豆科植物植株，也即将野生豆科植物整体从土壤中移出。

其中步骤(1)中，直秆作物种子还可以种子和菌根真菌接种体混播的方式，将菌根真菌接种体同时接入，以增加野生豆科植物固定铅的能力。

选用的菌根真菌接种体可以是5种泡囊状丛枝菌根真菌(AMF)混合接种体，这5种真菌均为内囊球菌属丛枝菌根真菌(Glomus)，分别是摩西球囊菌(Glomus mosseae，BGC501，XJ-01)，地表球囊菌(Glomus versiforme，BGC504，BJ08)，透光球囊菌(Glomus diaphanum，BGC506，SC05)，地球囊菌(Glomusgeosporum，BGC507，GZ01)和幼套球囊菌(Glomus etunicatum，BGC505，TW01)，可以从中国丛枝菌根真菌种质资源库(BGC)及其他官方认证的菌种保藏部门获得，也可以通过野外自然群落分离获得。混合比例为1∶1∶1∶1∶1。

直秆作物包括玉米等。野生豆科植物包括鸡眼草等。

本发明方法通过野生豆科植物庞大的根系将铅固定于其根系和植株体内，降低根际铅的活性和浓度，降低进入和运转到直秆作物籽实的铅。将直秆作物与野生豆科植物鸡眼草同时混播，鸡眼草匍匐生长，不与直秆作物竞争空间，同时鸡眼草为固氮植物，可为作物提供氮素营养。收获时将野生豆科植物整体从土壤中移出，从而达到在铅污染的土壤上作物产品安全又逐步去除重金属铅的目的。本发明设计合理，费用低廉、操作性强，可应用于去除铅污染土壤中作物含有的金属铅。

具体实施方式

本发明结合实施例作进一步的说明。

实施例1：鸡眼草在铅污染土壤积累铅的特性

试验于2004年和2005年进行。本试验为模拟小区试验，分两年完成，小区模拟是用规格为46cm×35cm×23cm的中宇宙系统，每个装土32kg。供试土壤来自浙江省常山县胡柚果园(28°54′N，118°30′E)，为第四纪红色粘土母质发育成的红壤。土壤pH 4.59(CaCl₂).土壤有机质含量为34.39g.kg^-1，速效氮为28.08mg.kg^-1，速效磷为8.99mg.kg^-1，速效钾为108.23mg.kg^-1，土壤本底铅浓度为23.27mg.kg^-1。

试验设3水平铅浓度处理，分别在原土壤的基础之上加入浓度为0mg.kg^-1、300mg.kg^-1和600mg.kg^-1的铅，每个处理4个重复。(土壤实际铅浓度以取样测定结果为准)，铅以溶液态加(Pb(CH₃COO)₂·3H₂O)_.2(分析纯)于土壤中拌匀，平衡两周后待用。

于每年3月20日将鸡眼草种子播种于各处理土壤，露天栽培，无遮雨设施，根据土壤湿度情况，不定期浇灌自来水(水中未检出Pb)，使土壤含水量保持在80％左右，植株与11月中旬收获。

两年的试验结果表明(表1)，鸡眼草在土壤铅浓度为300mg.kg^-1和600mg.kg^-1的情况下生长受到一定影响，生物量降低。铅主要积累分布在鸡眼草的根系。说明鸡眼草的根系可将根际土壤中铅固定。

表1不同铅浓度土壤下鸡眼草的生物量和植株铅浓度观测

鸡眼草的生长表现与铅积累情况	2004年度草中铅浓度			2005年度草中铅浓度
							对照	300	600	对照	300	600
	总生物量(g.m^-2)	2013.4	1640.6	1329.5	1894.7	1450.9							1169.4
地上部分铅浓度(mg.kg^-1)							18.7	25.5	45.3	20.5	30.7	55.6
	地下部分铅浓度(mg.kg^-1)	15.5	198.8	467.9	19.4	213.8							509.3

实施例2：鸡眼草与玉米混种试验

试验于2005年进行。本试验为模拟小区试验，小区模拟是用规格为46cm×35cm×23cm的中宇宙系统，每个装土32kg。供试土壤来自浙江省常山县胡柚果园(28°54′N，118°30′E)，为第四纪红色粘土母质发育成的红壤。土壤pH4.59(CaCl₂).土壤有机质含量为34.39g.kg^-1，有效氮为28.08mg.kg^-1，有效磷为8.99mg.kg^-1，有效钾为108.23mg.kg^-1，土壤本底铅浓度为23.27mg.kg^-1。

试验设3水平铅浓度处理，分别在原土壤的基础之上加入浓度为0mg.kg^-1、300mg.kg^-1和600mg.kg^-1的铅，每个处理4个重复。(土壤实际铅浓度以取样测定结果为准)。铅以溶液态加(Pb(CH₃COO)₂·3H₂O)_.2(分析纯)于土壤中拌匀，平衡两周后待用。

将玉米和鸡眼草分单种和两者等比例配合间隔种植，混合种植的比例是玉米∶鸡眼草为1∶1。于每年4月20日将两种植物种子按照等比例配合播种于各处理土壤，间隔等距交叉播种，保证每株玉米植株四周方位均有1株鸡眼草，同样，每株鸡眼草四周方位均有1株玉米。露天栽培，无遮雨设施，根据土壤湿度情况，不定期浇灌自来水(水中未检出Pb)，使土壤含水量保持在80％左右，玉米成熟时同时收获玉米和鸡眼草植株。鸡眼草与玉米间隔灯具配合种植的栽培技术同作物常规的技术(水分、肥料管理等)，无特殊要求。

试验结果表明，对于鸡眼草来说(表2)，由于玉米和鸡眼草之间的互惠效应，配合种植下的鸡眼草生物量均比单作情况下生物量高(随着铅污染程度的加重，鸡眼草总生物量有所下降)，而鸡眼草植株铅浓度更是以配合种植情况下较高，重度铅污染土壤中鸡眼草对铅的富集效应更加明显。

对于玉米来说(表3)，与玉米单独种植相比，玉米与鸡眼草配合种植时，不同铅污染条件下其植株各部分铅的浓度均显著降低，尤其是玉米籽粒中铅的浓度因鸡眼草的富集作用而降低得更明显。无铅添加对照土壤中，配合种植玉米子粒中铅浓度为其单作时子粒铅浓度的14.38％；中等铅污染时，配合种植的玉米子粒铅含量只有其同等污染程度条件下单作时子粒铅浓度的23.44％；重度铅污染时配合种植的玉米子粒铅含量只有单作子粒铅含量的13.20％。可见，通过将鸡眼草与玉米混作，可显著降低玉米籽粒对铅的积累。

表2铅污染程度不同的土壤中鸡眼草在单作和配合种植时植株生物量及铅浓度

种植方式	鸡眼草单作			鸡眼草+玉米配合种植时
							铅添加处理浓度(mg.kg^-1)	0	300	600	0	300	600
地下部分铅浓度(mg.kg^-1)	15.5	198.8	467.9	55.7	225.9	879.3
							地上部分铅浓度(mg.kg^-1)	18.7	25.5	45.3	38.8	117.9	123.8
总生物量(g.m^-2)	1894.7	1450.9	1169.4	1934.8	1539.6	1227.2

表3铅污染程度不同的土壤中玉米在单作和配合种植时植株生物量及铅浓度

种植方式	玉米单作时			玉米+鸡眼草配合种植时
							铅添加处理浓度(mg.kg^-1)	0	300	600	0	300	600
地下部分铅浓度(mg.k^-1)	77.5	95.6	110.23	22.1	42.3	57.9
							地上部分铅浓度(mg.kg^-1)	21.3	108.9	223.4	18.7	55.6	102.3
籽粒铅浓度(mg.kg^-1)	1.6	2.09	6.29	0.23	0.49	0.83

实施例3：菌根真菌接种鸡眼草试验

试验于2006年进行。本试验为模拟小区试验，小区模拟是用规格为46cm×35cm×23cm的中宇宙系统，每个装土32kg。供试土壤来自浙江省常山县胡柚果园(28°54′N，118°30′E)，为第四纪红色粘土母质发育成的红壤。土壤pH 4.59(CaCl₂).土壤有机质含量为34.39g.kg^-1，有效氮为28.08mg.kg^-1，有效磷为8.99mg.kg^-1，有效钾为108.23mg.kg^-1，土壤本底铅浓度为23.27mg.kg^-1。

试验设不接种AMF和接种AMF处理，每个处理4个重复。于每年3月20日将鸡眼草种子和AMF接种体混合播种于各处理土壤，鸡眼草播种密度为15kg/公顷，接种体重量配比也为15kg/公顷，接种体总孢子密度大约为6000-10000个/kg基质。露天栽培，无遮雨设施，根据土壤湿度情况，不定期浇灌自来水(水中未检出Pb)，使土壤含水量保持在80％左右，植株与11月中旬收获。

AMF接种体包括Glomus mosseae(BGC501，XJ-01)，Glomus versiforme(BGC504，BJ08)，Glomus diaphanum(BGC506，SC05)，Glomus geosporum(BGC507，GZ01)和Glomus etunicatum(BGC505，TW01)。

试验表明，与不接种AMF的处理相比，接种AMF的处理，鸡眼草根系固定的铅浓度明显提高，在3种铅添加浓度处下均表现出相似的趋势。

表4接种AMF和不接种AMF情况下鸡眼草对铅的积累

	不接种AMF时草中铅浓度(mg.kg^-1)		接种AMF时草中铅浓度(mg.kg^-1)
					地上部分	地下部分	地上部分	地下部分
	不加铅对照	8.12	19.56	15.46					28.17
加铅300ppm					11.17	84.76	24.30	189.70
	加铅600ppm	19.86	185.12	29.45					259.81

Claims

1.一种降低共存作物铅积累的方法，其特征是通过以下步骤实现：

(1)在含铅污染的土壤上，将直秆禾谷类作物的种子与野生豆科植物配合种植，配合种植的比例是直秆禾谷作物：野生豆科植物为1∶1，种植方法为错位间隔种植；

(2)不定期浇灌水，使土壤含水量保持在70-90％；

(3)直秆禾谷作物成熟收获时，同时将野生豆科植物整体从土壤中移出；

所述步骤(1)中的配合种植方式采用直秆禾谷类作物种子以种子和菌根真菌接种体混播的方式，将菌根真菌接种体同时接入，选用的菌根真菌接种体是5种泡囊状丛枝菌根真菌混合接种体。

2.根据权利要求1所述的一种降低共存作物铅积累的方法，其特征是：所述的菌根真菌混合接种体为内囊球菌属丛枝菌根真菌，选用摩西球囊菌、地表球囊菌、透光球囊菌、地球囊菌和幼套球囊菌，混合比例为1∶1∶1∶1∶1。

3.根据权利要求1所述的一种降低共存作物铅积累的方法，其特征是：步骤(2)用于浇灌的水选用水中未检出铅的自来水或其他无铅灌溉用水。