CN101704015A - 一种提高低浓度砷污染土壤植物修复效率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高低浓度砷污染土壤植物修复效率的方法。包括以下步骤：在砷污染农田中种植玉米，并接种丛枝菌根真菌和蚯蚓，玉米生长季结束后，连根拔起，整株收获玉米并集中处理。本发明充分挖掘植物、微生物、动物修复砷的潜力，接种AM真菌和蚯蚓通过促进植物生长、提高土壤磷酸酶活性和活化土壤中的砷，从而促进砷的植物吸收和散失，进而达到提高低浓度砷污染土壤植物修复效率的目的。本发明方法将微生物-动物-植物联合起来用于砷污染农田原位修复，操作简便，操作环境友好，且不会带来二次污染，处理成本降低，具有良好的环境效应。

Description

一种提高低浓度砷污染土壤植物修复效率的方法

一、技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及污染生态恢复技术，具体涉及低浓度砷污染农田土壤植物修复的方法。

二、背景技术

重金属污染土壤的修复研究正受到国内外的广泛关注，而生物修复重金属污染土壤更是众所关注的焦点，对砷污染土壤也不例外(夏运生等.，2008；LiaoX Y et al.，2005；Chen T B et al.，2006；)。砷是一种在自然界中分布极为广泛、毒性很强的类金属。各种砷污染物可不同程度地引起急性、亚急性和慢性砷中毒，还可诱发皮肤癌、肺癌和膀胱癌(Badal K M et al.，2002；)。近年来，在我国新疆、内蒙古、贵州以及孟加拉国、印度和东南亚等地由于砷污染引起的不良环境问题，给人们的生产、生活和健康带来了严重的危害。土壤是人类赖以生存的宝贵的不可再生资源。自然土壤中的砷主要来源于成土母质。人类活动如采矿、冶炼、污灌、施肥、杀虫剂和木材防腐剂的施用都可能引起土壤砷污染。从外界进入土壤的砷，易累积在耕作层(廖晓勇等.，2003；)。土壤中累积过量砷，不仅影响农作物生长，还对人体健康和生态安全存在着极大威胁，其治理技术已成为环境科学领域关注的焦点之一(白建峰等.，2007；郭伟等.，2006；夏运生等.，2008；Liao X Y et al.，2005；Chen T B et al.，2006；)。由于土壤砷污染存在量大面广的特点(Liao X Y et al.，2003；)，应用传统的污染土壤修复技术存在技术难度较大、成本较高等问题。近年来发展起来的植物修复技术，如超富集砷植物--蜈蚣草的发现，更是掀起了植物修复研究热潮(Ma L Q etal.，2001；Liao X Y et al.，2003；)。但蜈蚣草为多年生蕨类，原产于热带和亚热带地区，需要在特定的环境中生长，且前期生长慢，限制了其在生产上的大面积推广应用。因此，通过各种途径提高生物量大、抗病性强而又速生的普通植物的重(类)金属耐性是另一种选择，这样不仅可以有效恢复污染土壤的自然植被和生态，甚至可以维持正常的农业生产(陈保冬，2002；)。

玉米是最主要的C4植物之一，由于生长迅速、生物量大，而且对砷的耐性较强，因而是一种理想的修复材料(夏运生等.，2008；刘华琳.，2008；)。众所周知，丛枝菌根真菌可以通过多种方式或途径影响植物的生理代谢和生长发育过程，增强植物对矿质元素的吸收、提高植物的抗逆性、增强抗病性、改善植物根际微环境，减轻重金属对植物的毒害，影响植物对重金属的吸收和转运(Bai J Fet al.，2008；Dong Y et al.，2008；Feng G et al.，2002；Hodge A.，2003；)，在重金属污染土壤的植物修复中显示出极大的应用潜力。近年很多研究表明，菌根真菌能够提高植物对砷的耐性，如增强三叶草、黑麦草和玉米对砷的耐性(Bai JF et al.，2008；Dong Y et al.，2008；)，因而在砷污染土壤修复中将植物修复与菌根技术联合起来具有较大应用前景。

除AM真菌外，在重金属污染土壤中接种蚯蚓也有利于植物的生长(Ma Y etal.，2006；)，因为蚯蚓可以通过穴居和翻动作用影响土壤疏水和通气，进而影响土壤中污染物的形态、溶解性和毒性等(Langdon C J et al.，1999；).研究发现，Morgan等发现在含较高砷土壤中蚯蚓任能存活；并且蚯蚓的存在能促进AM真菌的扩散，进而促进AM真菌侵染，使植物更好的吸收营养物质.

从以上资料可以看出：目前，对AM真菌与重金属的研究也就日渐成为热点，研究领域也拓展到重金属污染下的菌根生理、生态、开发、应用等诸多方面；蚯蚓在重金属修复中的作用也引起了人们的关注。AM真菌与蚯蚓联合是否会促进植物的生长、是否能促进植物吸收更高含量的重金属和提高修复效率，关于AM真菌与蚯蚓之间交互作用对植物生长影响的研究仍然较少，并且很少有研究将AM真菌与蚯蚓结合起来运用到低浓度砷污染土壤的实地修复中。

三、发明内容

本发明针对目前低浓度砷污染土壤修复中存在的问题，提出一种提高低砷污染土壤植物修复效率的方法，该方法通过促进植物生长、改善土壤环境，从而促进砷的植物吸收和散失，进而达到提高低浓度砷污染土壤植物修复效率的目的。

本发明的技术解决方案为：一种提高低浓度砷污染土壤植物修复效率的方法。该方法利用玉米作为修复植物，通过接种高效AM菌根真菌和蚯蚓来改善玉米生长、促进砷吸收和改善土壤环境。

方法步骤如下：

1.所述AM菌根真菌为Glomus spp.和Acaulospora spp组成的促进植物吸收砷的高效复合菌剂。

2.AM菌根真菌菌剂扩繁：夏季用苏丹草(Sorghum sudanese(Piper)Stapf.)、冬季用三叶草扩繁，基质为河沙；宿主植物长好后，去掉宿主植物地上部分，把根剪碎，以含有真菌孢子、菌丝、侵染根段等繁殖体的根际土壤为复合菌剂接种物。

3.菌根化玉米苗育苗：种植前两周将玉米在室内育苗，育苗时，在玉米种子下方土壤采用层施法接入AM菌根真菌复合菌剂，常规管理。

4.玉米苗移栽和蚯蚓接种。移栽前先撒入粉碎的水稻秸秆，然后将地翻耕、平整。玉米苗采用穴栽法移植，移植前，先在每穴中接入AM菌根真菌复合菌剂50g，接入赤子爱胜蚓10条以上。为保证蚯蚓的成活率，在接种蚯蚓时一起加入一些粉碎的水稻秸秆。为防止蚯蚓逃逸，在四周田埂埋设塑料阻挡墙。常规田间管理。

5.玉米生长季结束后，连根拔起，整株收获玉米。收获的玉米集中处理。

与现有技术相比，本发明提供的在砷污染土壤中种植玉米，利用其生物量较大，生长期较短，并使其菌根化，同时加入蚯蚓，充分利用植物根际微域环境，从而加快对低浓度砷污染土壤的修复。本发明的目的是将AM真菌与蚯蚓结合起来用于植物修复低浓度砷污染土壤，改善根际微环境，促进植物生长，从而促进砷的植物吸收和散失，进而达到提高低浓度砷污染土壤植物修复效率的目的。研究结果表明：接种AM真菌和蚯蚓提高土壤pH值和土壤磷酸酶活性，改善土壤环境，促进玉米的生长。接种AM真菌、接种蚯蚓、AM真菌与蚯蚓双接种都加快了玉米对砷污染土壤的修复，三年修复效率最高为67.6％。

四、附图说明

图1为技术路线图；

图2为接种AM真菌、蚯蚓和玉米对土壤中砷含量影响示意图。

五、具体实施方式

实施例1：

AM菌根真菌菌剂扩繁：供试AM菌根真菌为Glomus spp.和Acaulosporaspp组成的促进植物吸收砷的高效复合菌剂。夏季用苏丹草(Sorghum sudanese(Piper)Stapf.)、冬季用三叶草扩繁，基质为河沙；宿主植物长好后，去掉宿主植物地上部分，把根剪碎，以含有真菌孢子、菌丝、侵染根段等繁殖体的根际土壤为复合菌剂接种物。

实施例2：

供试土壤：采至江苏省吴江市黎里镇，土壤理化性质为：有机质20.90g.kg^-1，全N 1.27g.kg^-1，全P 0.31g.kg^-1，有效K 87.13mg.kg^-1，pH 6.2(1∶2.5水浸提)。

将上述土壤混匀，室内繁育玉米的菌根化苗与非菌根化苗。玉米菌根化苗：在玉米种子下方土壤采用层施法接入AM菌根真菌复合菌剂；非菌根化苗则层接灭活菌剂50g，育苗2周后移栽。

实施例3：

试验区概况：试验区位于江苏省吴江市黎里镇，重点污染元素：As：31.2mg/kg，土壤理化性质同实施例2。

试验方案：本研究设计4个处理：不接种对照(CK)、接种蚯蚓(E)、接种AM真菌(M)、接种AM真菌和蚯蚓(EM)，每个处理3个重复，每个小区10m²，随机排列。玉米幼苗于4月移栽，玉米间距为40cm×40cm。移栽时，对照处理和蚯蚓处理移栽非菌根化苗，其它处理移栽菌根化苗。接种AM菌剂的处理于移栽前再接入50g菌剂于苗穴中；接种蚯蚓的处理在移栽前先施加一些粉碎的稻草，然后接入蚯蚓，每穴10条。接种蚯蚓的小区周围用塑料挡板围起来，以防蚯蚓逃逸。玉米按常规田间管理，生长两个月后采集土壤和植物样品进行分析。

样品处理：土样采用王水3∶1消化，消化后的溶液样品用原子荧光光谱法测定As含量。

数据统计：采用SPSS11.5软件处理试验数据，Duncan多重比较各处理之间的差异显著性(P＜0.05)

研究结果表明，经三年玉米修复后，不同处理土壤中砷含量情况如图2所示。对照、接种蚯蚓、接种AM真菌、蚯蚓与AM真菌双接种处理砷含量分别下降到19.70mg·kg^-1、15.60mg·kg^-1、13.90mg·kg^-1、10.10mg·kg^-1，对砷的修复效率分别达到36.9％、50.0％、55.4％、67.6％。接种处理(M、E、EM)土壤中砷含量均显著低于对照(p＜0.05)。AM真菌与蚯蚓双接种的处理土壤中砷浓度最低，对砷的修复效率约比对照提高了30.8％。由此可知，玉米对低砷污染土壤有一定的修复作用，接种AM真菌与蚯蚓可以加快玉米对低砷污染土壤的修复，种植玉米，并同时接种AM真菌与蚯蚓对砷的修复效率最高为67.6％。

Claims (5)

1.一种提高低浓度砷污染土壤植物修复效率的方法。其特征在于，对玉米接种丛枝菌根真菌，使其菌根化，并将丛枝菌根真菌、蚯蚓结合起来用于植物修复。

2.如权利要求1所述低浓度砷污染土壤修复效率的方法。其特征在于，包括以下步骤：

a、AM菌根真菌菌剂：所用菌剂主要由Glomus spp.和Acaulospora spp组成的促进植物吸收砷高效复合菌剂。

b、菌根化玉米苗育苗：种植前两周将玉米在室内育苗，育苗时，在玉米种子下方土壤采用层施法接入AM菌根真菌复合菌剂，非菌根化玉米苗则接入灭活的菌剂，常规管理。

c、玉米苗移植和蚯蚓接种。移栽前先撒入粉碎的水稻秸秆，然后将地翻耕、平整。玉米苗采用穴栽法移植，并接种AM真菌和蚯蚓。

d、常规田间管理。玉米生长季结束后，连根拔起，整株收获玉米。

e、将收获物转移到其他地方集中安全处理，以达到从污染土地中迅速清楚砷污染物并避免二次污染的目的。

3.如权利要求2所述，其特征在于，AM菌根真菌宿主植物夏季用苏丹草(Sorghum sudanese(Piper)Stapf.)、冬季用三叶草扩繁，基质为河沙；宿主植物长好后，去掉宿主植物地上部分，把根剪碎，以含有真菌孢子、菌丝、侵染根段等繁殖体的根际土壤为复合菌剂接种物。

4.如权利要求2所述，其特征在于，

(1)所述整地是在移栽前将地翻耕，并挖排水沟，防止积水引起根腐烂。

(2)所述接种AM真菌，移植前，先在每穴中接入AM菌根真菌复合菌剂50g，

(3)所述接种蚯蚓，每株接入赤子爱胜蚓10条以上。为保证蚯蚓的成活率，在接种蚯蚓时一起加入一些粉碎的水稻秸秆。为防止蚯蚓逃逸，在田埂四周埋设塑料阻挡墙。

5.如权利要求2所述，其特征在于，所述集中安全处理，是在其它地方进行安全焚烧或安全填埋。

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