CN101462118A - 一种利用雏菊修复治理重金属污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污染环境的植物修复技术，具体地说是一种利用镉富集花卉雏菊(Bellis perennis)修复镉污染土壤的方法。本方法利用镉富集植物雏菊根系大量吸收富集污染土壤中的镉，并向上转运到地上部，当植株生长到开花期时将植物整体移除并妥善处理，从而从土壤中吸除大量的镉；通过反复种植该种植物，重复上述过程，就可以连续提取污染土壤中过量的镉，直到其镉含量达到环境安全标准。该方法具有工程量小，不破坏土壤的理化性质，无二次污染，且可以在治理污染土壤的同时美化环境等优点。

Description

一种利用雏菊修复治理重金属污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及污染环境的植物修复技术，具体地说是一种利用雏菊修复治理重金属污染土壤的方法。

背景技术

由于工业“三废”的任意排放和不合理的农业生产活动，导致我国土壤环境中的重金属污染日趋严重。据统计，我国受镉、砷、铅等重金属污染的耕地面积近2000万ha，约占总耕地面积的1/5；我国每年因重金属污染而减产粮食超过1000万吨，另外被重金属污染的粮食每年也多达1200万吨，由此造成经济损失合计至少为200亿元[文献1：顾继光，周启星，王新.土壤重金属污染的治理途径及其研究进展.应用基础与工程科学学报，2003，11：143-151.]。据报道，江西大余矿区、沈阳市张士灌区、上海的沙川灌区等都是典型的重金属Cd污染区，严重污染面积(生产出粮食的Cd含量超过食品卫生标准数倍甚至数十倍)占10％以上[文献2：徐爱春，陈益泰.镉污染土壤根际环境的调节与植物修复研究进展.中国土壤与肥料，2007，(2)，1-6.]。各种重金属污染物，特别是镉，有很强的生物毒性，一旦进入土壤环境就长期累积，难以清除，不仅影响周围环境的生态安全，还可以通过直接接触和食物链等途径，严重威胁食品安全和人体健康。因此，治理重金属污染土壤已成为亟需解决的问题。

目前可用于治理土壤重金属污染的技术很多，主要包括各种物理化学治理技术和生物修复技术。其中，物理化学治理技术主要是指一类基于机械物理和化学原理的工程技术，常见的有客土法、固化法、热处理法、吸附固定法、化学淋洗法等。这些物理化学治理技术各有其优点，在治理小范围环境污染以及处理突发严重污染事故中作用较大，但是一般存在着技术难度大、花费高、工程量大以及易造成二次污染等问题，很难在面积大、程度轻的环境污染治理中推广应用。

在生物修复技术中，常用于治理土壤重金属污染的方法主要是植物修复技术。植物修复(Phytoremediation)是指利用植物提取、吸收、分解、转化或固定土壤中的有毒有害污染物[文献3：王晓飞.花卉植物在污染土壤修复中的资源潜力分析.硕士论文，沈阳：中科院沈阳应用生态研究所，2005.]。作为一种新兴的原位绿色修复技术，植物修复具有费用低廉、不破坏环境、易于为人们所接受等优点，已经成为环境科学领域研究与应用的热点，并引起学术界、政府和企业界的高度重视[文献4：周启星，宋玉芳.污染土壤修复原理与方法[M]北京：科学出版社，2004.]。

在植物修复技术的研究和实践中，筛选出能够大量累积重金属的富集/超富集植物是开展工作的必要前提和基础。然而，现在已经发现的镉富集/超富集植物还比较少，而具有我国自主知识产权的就更少；而已筛选出的镉富集/超富集植物大多数是野生品种，地域适应性差，加之在农艺性状、病虫害防治、育种潜力以及生理学方面的研究不完备，严重影响其在实际修复中的应用[文献5：Ute K.Phytoremediation：novel approaches to cleaningup polluted soils.Current Opinion in Biotechnology，2005，16：133-141.]。因此，寻找更多更为理想的富集/超富集植物仍然是当前植物修复研究的一项重要任务。

花卉植物是人类利用历史悠久的一大植物类群，包含40万个以上的栽培品种，种质资源极其丰富，而我国是世界上拥有花卉种类最为丰富的国度之一[文献6：郭维明，毛龙生.观赏园艺概论[M].北京：中国农业出版社，2001.]。在花卉植物中筛选富集/超富集植物并用于植物修复的研究和实践具有以下优点：(1)花卉植物种质资源丰富，既有草本也有木本植物，为筛选工作奠定了坚实的基础；(2)能够在进行治理污染同时美化环境，一举两得；(3)花卉植物一般不会进入食物链，可减少对人体的危害；(4)很多花卉植物都有一定的经济价值，修复后植物材料可以作为原材料，以提高修复产出，降低修复成本；(5)人类在长期的农业生产中，积累了丰富的花卉植物栽培管理经验，使得花卉植物的修复实践有了充分的农业技术保障[文献7：刘家女，周启星，孙挺，等.花卉植物应用于污染土壤修复的可行性研究.应用生态学报，2006，18：1617-1623.]。因此，从花卉植物中筛选富集/超富集植物并用于植物修复实践是完全可行的。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用雏菊修复治理重金属污染土壤的方法。

为实现上述目的，本发明的技术内容为：

在镉污染土壤上种植雏菊(Bellis perennis)，从而实现去除土壤中过量镉的目的。

在镉污染土壤上种植雏菊，当生长至开花期时将植物整体移除。所述种植雏菊是将含4-6片展开真叶的雏菊幼苗移载到镉污染土壤中。

在镉污染土壤中种植的雏菊采用室外栽培，定期浇水，使土壤含水量保持在田间持水量的60-80％。在镉污染土壤上种植雏菊，雏菊从污染土壤中吸收镉并向地上部转移，当雏菊生长至开花期时，将植物从污染土壤上移除，再种植第二茬雏菊，重复上述操作，直至土壤中的镉含量达到环境安全标准。

本发明所具有的优点：

采用本发明发明修复土壤，收获的雏菊可以作为观赏花卉(商品)进行出售，在获得经济效益的同时，自动获得对生物量的无成本处理(千家万户可以把使用过的花卉扔到各自的垃圾箱，随着垃圾的处理，就解决了生物量的处理)。因此，大规模栽培，意味着大规模修复，同时也意味着通过商品交换取得更大的经济效益。当然，如果不考虑成本，可以进行集中处理，或者卫生填埋，或者进行资源化加工处理，回收其中的镉，可以避免二次污染，同时产生经济效益。

本发明所采用的雏菊(Belli sperennis)为多年生草本花卉，具有很好的观赏价值。其植物学特征如下：菊科雏菊属植物。株高8-15cm。叶基部簇生，匙形或倒卵形。头状花序，单生，高出叶面。舌状花，花朵小巧玲珑，花期长，花茎2-3cm。用种子繁殖。

雏菊是一种适应性较强的花卉，对土壤要求不严格，较耐移栽，在我国南北方都有广泛种植，在我国南方地区可以安全越冬。研究表明，雏菊是一种镉富集植物，对土壤中的镉具有较强的忍耐、吸收和累积能力。

该方法与传统的污染土壤治理方法相比，具有投资少、工程量小、技术要求不高等优点；而且作为一种绿色原位修复技术，所收获植株进行集中处理，不会造成二次污染，同时修复进程不仅不会破坏土壤生态环境，还有助于改善因重金属污染而引起的土壤退化和生产力下降，恢复并提高其生物多样性。另外，作为一种观赏植物，种植雏菊在治理环境镉污染的同时，可以起到美化环境的作用，具有良好的生态效益。

附图说明

图1为实施例2中在不同镉处理浓度下对雏菊干生物量的检测图。

图2为实施例2中在不同镉处理浓度下雏菊地上部镉提取量和提取率的示意图。

具体实施方式

实施例1

本实验于2006年进行。实验地点设在中国科学院沈阳生态站内，该站地处下辽河平原的中心地带，距沈阳市区约35km，属暖温带半湿润大陆性气候。盆栽试验土壤采自该站无污染区表土(0-20cm)，土壤类型为草甸棕壤，其基本理化性质为：pH值6.60，有机质含量1.55％，总Cd含量0.22mg/kg，总As含量10.40mg/kg。

实验共设3个处理，分别为：CK(对照，不投加重金属)、Cd 10mg/kg、Cd 10mg/kg+As 100mg/kg，每个处理重复3次。实验投加的Cd为分析纯的CdCl₂·2.5H₂O，As为分析纯的Na₂HAsO₄·7H₂O。将供试土壤风干过4mm筛后，以固体形式拌入镉和砷，充分混匀后装入塑料盆(

＝20cm，H＝15cm)中，每盆装土2.5kg，平衡2个月待用。同时进行花卉育苗，将土壤、河沙、蛭石按照7:2:1的重量份数比例混匀装入穴盘中，点播雏菊种子，保持土壤湿润。40-50天后，幼苗长出4-6片真叶，选取长势一致的移入处理盆中，每盆2棵。根据土壤水分丰缺状况，不定期浇水(水中未检出Cd)，使土壤含水量经常保持在田间持水量的60-80％左右。

植物生长80天后收获植株。将收获的植物样品分为根、茎、叶和籽实4部分，分别用自来水充分冲洗以去除粘附于植物样品上的泥土和污物，然后再用去离子水冲洗，沥去水分，在85℃杀青1小时。之后，在65℃下烘干至衡重，称量干重后粉碎备用。植物样品采用HNO₃-HClO₄法消化(二者体积为3:1)，原子吸收分光光度计测定样品中的Cd含量。

实验结果如下：

参见表1可知，在不同污染处理下，雏菊各部位的镉含量相对大小不同，但茎、叶中的镉含量始终最高。无论是在镉单一污染条件下，还是镉砷复合污染下，雏菊地上部Cd含量都远高于土壤中的镉含量，即地上部富集系数大于1，这表明雏菊对低浓度的镉污染有很强的吸收累积能力，已具备了镉富集/超富集植物的基本特征，但是其对其他水平的镉污染的富集能力还有待进一步实验验证。

表1 不同污染处理下雏菊对镉的累积特征

实施例2

本实验于2007年进行。实验地点在中国科学院沈阳应用生态研究所的网室内，该场地在沈阳市中心，实验场地周围没有污染源，是重金属未污染区。盆栽试验土壤采自中国科学院沈阳生态站内无污染区的表层土壤(0-20cm)，其基本理化性质与实施例1相同。

本实验共设8个处理，投加的Cd浓度(mg/kg)分别为：0(对照，未投加)、12、24、36、48、72、96和150，每个处理重复3次。实验投加的Cd为分析纯的CdC l₂·2.5H₂O。将供试土壤风干过4mm筛后，以固体形式拌入镉，充分混匀后装入塑料盆(

＝20cm，H＝15cm)中，每盆装土2.5kg，平衡2个月待用。同时进行花卉育苗，步骤与实施例1相同。40-50天后，幼苗长出4-6片真叶，选取长势一致的移入处理盆中，选取长势一致的移入处理盆中，每盆2棵。每日根据盆中土壤水分状况，浇入适量自来水，使土壤含水量经常保持在田间持水量的60-80％左右。

植物生长80天后收获植株，样品处理同实施例1。

实验结果如下：

图1给出了在不同浓度的Cd处理下雏菊的地上部和根部生物量。方差分析表明，与对照(Cd 0)相比，在Cd投加浓度为12、24、36、48mg/kg的处理中，雏菊地上部生物量均未显著下降，表现出较强的耐性。但当Cd污染浓度进一步升高时，即镉处理浓度≥72mg/kg时，地上部和根部生物量显著下降(P<0.05)，这表明，雏菊对中低水平的镉污染耐性较强，但当镉污染非常严重时，其生长将会受到抑制。

参见表2可知，在所有的镉处理中，雏菊地上部镉富集系数(地上部和土壤中镉含量的比值)始终大于1，即地上部镉含量始终高于土壤中的镉含量，表现出较强的镉富集能力。当镉处理浓度为36mg/kg时，雏菊地上部镉含量达到了镉超富集植物的临界含量标准(Cd 100mg/kg)，为105.76mg/kg。虽然当镉处理浓度≥24mg/kg时，雏菊地上部镉含量低于根部，但是考虑到地上部生物量远高于根部(参见图1)，雏菊吸收的镉绝大部分还是累积在地上部，这对修复镉污染土壤具有重要的意义。随着土壤中镉投加浓度的增加，雏菊地上部和根部的镉含量逐步升高，在Cd150mg/kg的处理中，地上部和根部Cd含量达到了最高值，分别为374.84、503.46mg/kg，其富集系数仍然相当高。

上述实验结果表明，雏菊对一定程度的镉污染具有较强的耐性，对土壤中的镉有很强的吸收富集能力，地上部镉含量达到了Cd超富集植物的标准，是一种很有应用潜力的镉富集植物。

表2 不同镉处理浓度下雏菊对镉的累积特征

图2给出了不同浓度的Cd处理下雏菊地上部对Cd的提取量和提取效率。随着Cd处理浓度上升，雏菊地上部Cd提取量(镉含量与干生物量的乘积)先升高后下降，在镉处理浓度为48mg/kg时达到最大值1315μg/盆。而地上部Cd提取效率(地上部镉提取量与土壤中总镉量的比值)则随Cd处理浓度升高迅速降低。因此，从修复效果上来看，雏菊比较适合修复中低水平(Cd污染水平≤48mg/kg)的镉污染土壤。

Claims (5)

1.一种利用雏菊修复治理重金属污染土壤的方法，其特征在于：在镉污染土壤上种植雏菊，从而实现去除土壤中过量镉的目的。

2.按权利要求1所述的利用雏菊修复治理重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述在镉污染土壤上种植雏菊，当生长至开花期时将植物整体移除。

3.按权利要求1所述的利用雏菊修复治理重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述种植雏菊是将含4-6片展开真叶的雏菊幼苗移载到镉污染土壤中。

4.按权利要求1所述的利用雏菊修复治理重金属污染土壤的方法，其特征在于：在镉污染土壤中种植的雏菊采用室外栽培，定期浇水，使土壤含水量保持在田间持水量的60-80％。

5.按权利要求1所述的利用雏菊修复治理重金属污染土壤的方法，其特征在于：在镉污染土壤上种植雏菊，雏菊从污染土壤中吸收镉并向地上部转移，当雏菊生长至开花期时，将植物从污染土壤上移除，再种植第二茬雏菊，重复上述操作，直至土壤中的镉含量达到环境安全标准。

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