CN101283661B - 提高植物对重金属耐受性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高植物在重金属污染土壤中耐受性的方法。该方法是在修复重金属污染的土壤时，在金属污染中施用可溶性的植物必需盐类(Ca盐，Mg盐，K盐，Na盐等)的一种或几种，可以增加修复植物的生物量，从而达到快速有效治理重金属污染的土壤。该方法具有修复效率高，可操作性强，费用低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及环境生物技术领域中提高植物对重金属耐受性的方法，特别是在修复重金属污染土地，提高植物对重金属的耐受性，增加植物的生物量，可提高植物对重金属的迁移总量的方法。
背景技术
重金属如Cd，Pb，Mn，Zn，Cu等污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性，其污染物在介质中移动性差、滞留时间长，经食物链等途径进入动物和人体内，非常影响人类的健康。目前重金属污染的修复方法主要有工程修复、化学修复和生物修复等方法。但工程修复、化学修复存在费用高和造成二次污染等许多缺点，植物修复技术以其过程简单、成本低廉、环境友好等优点而成为目前修复重金属污染的首选的方法。目前发现的许多重金属超积累植物生长缓慢，生物量小等不足给实际应用带来了很大困难，有些生物量大，对重金属有富集特性的植物却在较高浓度重金属污染的土地上生长缓慢。因此如何提高植物对重金属的耐受性，增加生物量，提高对重金属的修复效果是植物修复研究中的一个热点。因此很有必要寻找一种环境友好型的方法来提高植物的生物量，达到高效修复重金属污染的方法。
有研究表明，5mmol/L的Ca2+可以提高在较高浓度重金属(Cd，Pb，Mn，Zn)处理下拟南芥种子的发芽率，促进拟南芥的生长。Ca2+可以提高水稻等在重金属处理下抗氧化酶活性，促进植物的抗逆性。基于以上的研究结果，在植物修复重金属污染地时，根据污染的重金属组成和含量，本发明选取对环境友好的植物必需元素配合处理，提高植物对重金属的耐受性，促进植物生物量的增加，从而为快速有效地对重金属污染地进行生物修复提供了一种新的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直观、经济、实用的提高植物对重金属耐受性的方法。发明人从植物耐受重金属的生物机理入手，通过多次试验，发现一些植物必需金属元素能缓解重金属对植物的胁迫，能明显提高重金属富集植物的生物量，增加植物富集金属的总量，从而达到快速修复重金属污染土壤的方法，该方法具有费用低，见效快，可操作性强等特点。
本发明为达到以上目的，通过研究表明，加入不同浓度的Ca2+可以提高重金属如Cd，Pb，Mn，Zn，Hg处理下重金属富集植物的生物量，植物体内的富集的重金属的浓度与未加Ca2+对照的相比没有明显的降低；加Na，K可以缓解Pb对植物的毒害；加Mg可以缓解Pb和Cd对植物的毒害，因此，施用可溶性的植物必需盐Ca盐、Na盐、Mg盐和K盐类的一种或几种，可以缓解重金属对植物的毒害，明显提高植物对重金属的耐受性，促进植物生长，提高植物生长量。
本发明是通过这样的技术方案来实现的：在重金属污染的土壤中种植芥菜、商陆、羽叶鬼针草等可富集重金属的植物，在植物出苗后，施用一种或几种可溶性植物必需盐类如Ca盐、Na盐、Mg盐、K盐等，每一种盐施用的浓度范围为1～20mmol/kg(施用量按土壤重量计)。根据污染土壤重金属的种类、土壤pH值和供试植物的种类选用不同的浓度和类型的植物必需盐来缓解重金属对植物的毒害，增强植物对重金属的耐受性，当土壤的pH值(水∶土＝5∶1)为5.52时，施用5mmol/kg的CaCl2和1mmol/kg的MgCl2提高芥菜对镉-铅复合污染的耐受性效果最好；施用5mmol/kg的CaCl2和5mmol/kg的NaCl提高羽叶鬼针草对镉-铅复合污染的耐受性效果最好，修复效率最高；施用10mmol/kg的CaCl2提高商陆对镉-锰复合污染的耐受性效果好，修复效率最高。当镉-铅复合污染土壤的pH值(水∶土＝5∶1)为7.00时，对芥菜而言，施用10mmol/kg的CaCl2时，能增强芥菜对镉-铅复合污染的耐受性，生物量增加最大，修复镉-铅污染效率最高；对羽叶鬼针草而言，施用5mmol/kg的CaCl2增强了植物对镉-铅复合污染的耐受性，生物量增加最大，修复镉-铅污染效率最高。这种方法可以提高植物对重金属的耐受性，能明显增加修复植物的生物量，但对植物体内重金属浓度的影响不显著，从而使土壤中更多的重金属转移到植物体内。
与已有的技术相比，本发明的优点如下：所选用的可溶性的盐类(如CaCl2，NaCl，MgCl2)为植物所必需，对环境友好，所选用植物如芥菜(Brassica juncea)、商陆(Phytolacca americana)和羽叶鬼针草(Bidens maximowicziana)等生物量大，且对多种金属有耐受和富集能力，使用植物必需盐类能显著提高植物的对重金属的耐受性，明显增加生物量，从而显著提高修复效率，本发明操作简单，使用试剂价格低廉。本方法特别适用于酸性土壤，尤其是对铅，镉，锰等污染的土壤进行修复。
具体实施方式
实施例1
选用湖南某尾矿区天然生长的芥菜，供试土壤为镉-铅复合污染土壤，其中含Cd量为15mg·kg-1，Pb含量为500mg·kg-1。土壤为酸性土壤，每盆土壤为5kg，pH值(水∶土＝5∶1)为5.52，基肥施用以氮计，浓度为200mg/kg，以尿素为肥源，平衡一周。
芥菜种子出苗后，取生长一致的幼苗移栽到供试土壤中，每盆一株，移栽5天后，施用可溶性盐类，先把可溶性盐配成一定浓度如1～5mol/L的溶液，然后喷施到土壤中，施用盐的浓度和种类为1：空白对照；2：5mmol/kg CaCl2；3：10mmol/kg CaCl2；4：5mmol/kg CaCl2+5mmol/kg NaCl；5：5mmol/kg CaCl2+1mmol/kg MgCl2。每个试验重复3次，60天后收获植物，测地上部分生物量(干重)和重金属含量，取平均值，富集量为生物量的平均数与重金属含量平均数的乘积，修复效率为处理与对照的比值，其结果如表1。
表1添加不同离子对芥菜地上部的吸收金属的影响
本实例表明，施用可溶性必需元素，增强了植物对重金属的耐受能力，显著增加了芥菜的生物量和植物对重金属的积累，与对照相比，在处理2、3、4和5中，芥菜对重金属Cd的修复效率分别提高了1.896、1.533、1.548和1.852倍；芥菜对重金属Pb的修复效率分别提高了1.576、1.505、1.719和1.672倍。
实施例2
选用湖南某尾矿区的天然生长羽叶鬼针草，供试土壤和其它条件同实例1。羽叶鬼针草种子育苗后，取生长一致的幼苗移栽到供试土壤中，每盆一株，移栽5天后，施用可溶性盐类，施用盐的浓度和种类为1：空白对照；2：5mmol/kg CaCl2；3：10mmol/kg CaCl2；4：5mmol/kgCaCl2+5mmol/kg NaCl；5：5mmol/kg CaCl2+1mmol/kg MgCl2。每个试验重复3次，60天后收获植物，测地上部分生物量(干重)和重金属含量，取平均值，富集量为生物量的平均数与重金属含量平均数的乘积，修复效率为处理与对照的比值，其结果如表2。
表2添加不同离子对羽叶鬼针草地上部的吸收金属的影响
本实例表明，施用可溶性必需元素添加剂，增强了植物对重金属的耐受能力，显著增加了羽叶鬼针草的生物量和重金属的积累，与对照相比，在处理2、3、4和5中，羽叶鬼针草对重金属Cd的修复效率分别提高了1.921、1.791、2.095和1.667倍，羽叶鬼针草对重金属Pb的修复效率分别提高了1.754、1.808、1.921和1.787倍。
实施例3
选用湖南某尾矿区的天然生长的商陆，供试土壤为镉-锰复合污染土壤，其中含Cd量为20mg·kg-1，Mn含量为1000mg·kg-1。土壤为酸性壤土，每盆土壤为5kg，pH值(水∶土＝5∶1)为5.52，基肥施用200mg/kg的氮，以尿素为肥源，平衡一周。商陆种子育苗后，取生长一致的幼苗移栽到供试土壤中，每盆一株，移栽5天后，施用盐的浓度和种类为1：空白对照；2：5mmol/kg CaCl2；3：10mmol/kg CaCl2；4：5mmol/kg CaCl2+5mmol/kg NaCl；5：5mmol/kg CaCl2+5mmol/kg KCl，每个试验重复3次，60天后收获植物，测地上部分生物量(干重)和重金属含量，取平均值，富集量为生物量的平均数与重金属含量平均数的乘积，修复效率为处理与对照的比值，其结果如表3。
表3添加不同离子的对商陆地上部的吸收金属的影响
本实例表明，施用可溶性必需元素添加剂，增强了植物对重金属的耐受能力，显著增加了商陆的生物量和重金属的积累，与对照相比，在处理2、3、4和5中，商陆对重金属Cd的修复效率分别提高了1.333、1.611、1.375和1.463倍，商陆对重金属Mn的修复效率分别提高了1.351、1.668、1.412和1.604倍。
实施例4
选用湖南某尾矿区的天然生长的芥菜，羽叶鬼针草，供试土壤为镉-铅复合污染，测定其中含Cd量为50mg·kg-1，Pb含量为1000mg·kg-1。土壤质地为酸性壤土，每盆土壤为5kg，用NaOH把土壤pH值(水∶土＝5∶1)调为为7.00，基肥施用200mg/kg的氮，以尿素为肥源，平衡一周。
芥菜和羽叶鬼针草育苗后，取生长一致的幼苗移栽到供试土壤中，每盆一株，移栽5天后，施用可溶性盐类的浓度和种类为1：空白对照；2：5mmol/kg CaCl2；3：10mmol/kg CaCl2；4：5mmol/kg CaCl2+5mmol/kg NaCl；5：5mmol/kg CaCl2+1mmol/kg MgCl2，每个试验重复3次，60天后收获植物，测地上部分生物量(干重)和重金属含量，取平均值，富集量为生物量的平均数与重金属含量平均数的乘积，修复效率为处理与对照的比值，其结果如表4和表5。
表4添加不同离子芥菜对地上部的吸收金属的影响
表5添加不同离子对羽叶鬼针草地上部的吸收金属的影响
本实例表明，在pH值7.00的土壤中，施用可溶性必需元素添加剂，能提高植物对重金属的耐受能力，显著增加了芥菜的生物量和重金属的积累，提高了土壤中重金属的迁移量，与对照相比，在处理2、3、4和5中，芥菜对重金属Cd的修复效率分别提高了1.498、2.096、1.763和1.988倍，芥菜对重金属Pb的修复效率分别提高了1.650、2.080、1.538和1.738倍；羽叶鬼针草对重金属Cd的修复效率分别提高了1.787、1.627、1.563和1.647倍，羽叶鬼针草对重金属Pb的修复效率分别提高了1.704、1.580、1.396和1.539倍。
Claims (1)
1.一种提高植物在重金属污染土壤中耐受性的方法，其特征在于：在重金属污染的土壤上种植植物，并施用可溶性的植物必需盐Ca盐、Na盐、Mg盐、K盐类的一种或几种，按重量计，可溶性必需盐每种盐的施用量为1～20mmol/kg土壤，当水∶土＝5∶1并且土壤PH值为5.52时，施用5mmol/kg土壤的CaCl2和1mmol/kg土壤的MgCl2可提高芥菜对镉-铅复合污染的耐受性，施用5mmol/kg CaCl2和5mmol/kg土壤的NaCl可提高羽叶鬼针草对镉-铅复合污染的耐受性，施用10mmol/kg土壤的CaCl2可提高商陆对镉-锰复合污染的耐受性；当水∶土＝5∶1并且镉-铅复合污染土壤的PH值为7.00时，施用10mmol/kg土壤的CaCl2能提高芥菜对镉-铅复合污染的耐受性，施用5mmol/kg土壤的CaCl2可提高羽叶鬼针草对镉-铅复合污染的耐受性。
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