CN102027853A - 利用超积累植物持续提取农田土壤锌的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的利用超积累植物持续提取农田土壤锌的方法，在每千克锌污染土壤中施入50～800mg可溶性磷肥，并配施0.2g氮和0.2g钾作为基肥；将东南景天带腋芽茎段先用营养液预培养3-4周，将株高6-8cm，根系生长旺盛的东南景天幼苗移栽到经上述处理的锌污染土壤中，按传统农耕法管理生长，每四个月收割东南景天地上部，收割时地上部留茎2-3cm高。定期重复收割东南景天地上部，能持续降低土壤中的锌浓度。本发明操作简便，能有效改善土壤理化性质，提高锌污染土壤修复效率。具有投资少，工程量小，管理技术要求简单，应用范围广，不破坏土壤环境等优点。
Description
技术领域
本发明涉及重金属复合污染农田土壤的植物修复方法，具体的说是一种利用超积累植物持续提取农田土壤锌的方法，属于污染土壤环境治理技术领域。
背景技术
土壤重金属污染是影响我国农业持续发展和生态环境质量的一个重要因素。由于我国农业农药、肥料的投入量大，且多数分布在城郊，受城市工业化污染影响大，因此土壤重金属污染最为严重。据估算其农田重金属污染面积达3亿亩，每年因重金属污染造成的经济损失近200亿元。目前的农田重金属污染不仅仅是某种元素的单一超标，而是两种或多种元素的复合污染。农田土壤复合污染使农产品质量降低，直接危害消费者健康，影响我国粮食出口创汇，因此，寻找针对我国农田土壤复合污染的生物修复技术对于保障农业的可持续发展、促进国民经济健康运行具有重大意义。
近年来出现的植物修复技术，作为一种原位绿色修复技术，具有费用低廉、不破坏环境、易于操作等优点，已经成为环境科学领域的研究热点，其成功应用引起了学术界、政府和企业界的高度重视。而已发现的超积累植物大多生长缓慢，生物量小，给实际修复带来了很大困难。目前强化修复技术多以螯合诱导为主，已经成为植物修复领域研究最多的方向之一。但是其存在着诸多问题：(1)化学螯合剂一般具有较强的植物毒性，浓度较高会严重抑制植物生长，降低生物产量，影响修复效率；(2)螯合剂活化重金属后，其重金属螯合物和螯合剂不易降解，对地表水和地下水等环境存在潜在的二次污染；(3)人工化学螯合剂价格较高，在大面积推广应用中必然会增加植物修复的成本。
施肥是农业生产中的常规措施，也是土壤-植物系统中不可缺少的因素之一，其已成为植物修复污染土壤过程中必要的强化手段之一。但与普通作物的施肥不同，在植物修复过程中施肥除需要考虑养分功能之外，还需考察肥料对植物累积重金属的影响。目前，国内外学者已经开展了不同种类和形态肥料对植物积累重金属的研究，但其影响规律不尽一致。多数的结果发现，磷矿粉、钙镁磷肥等难溶性磷肥对土壤中重金属有钝化作用，磷肥施用降低了重金属在土壤中的有效性，限制了植物的吸收。农业生产中磷肥类型较多，它们的化学性质及生理特征也有所不同，是否所有磷肥对植物修复效率都是负面影响？针对于特异的超积累植物，能找到一种既促进植物吸收土壤中重金属，又能促进植物生长，提高其生物产量的磷肥种类，将具有重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用超积累植物持续提取农田土壤锌的方法，以实现高效、低廉、稳定的强化修复锌污染土壤。
为实现上述目的，本发明的利用超积累植物持续提取农田土壤锌的方法，其特征是：在每千克锌污染土壤中施入50～800mg可溶性磷肥，并配施0.2g的氮和0.2g的钾作为基肥；将东南景天带腋芽茎段先用营养液预培养3-4周，将株高6-8cm，根系生长旺盛的东南景天幼苗移栽到经上述处理的锌污染土壤中，按传统农耕法管理生长，每四个月收割东南景天地上部，收割时地上部留茎2-3cm高。定期重复收割东南景天地上部，持续降低土壤中的锌浓度。
上述的可溶性磷肥可以是KH2PO4、Ca(H2PO4)2、NaH2PO4或NH4H2PO4，优选KH2PO4或NH4H2PO4。
上述的营养液组成为：Ca(NO3)2·4H2O 2.0mmol.L-1，KH2PO4 0.1mmol.L-1，MgSO4·7H2O 0.5mmol.L-1，KCl 0.1mmol.L-1，K2SO4 0.7mmol.L-1，H3BO310.0μmol.L-1，MnSO4·H2O 0.50μmol.L-1，ZnSO4·7H2O1.0μmol.L-1，CuSO4·5H2O0.2μmol.L-1，(NH4)6 Mo7O24 0.01μmol.L-1，Fe-EDTA 100μmol.L-1。
本发明所具有的优点：
(1)本发明充分利用东南景天植物多年生、无性繁殖特性，适于刈割的特点，当其它环境条件较为适宜时，一年内可收割获该植物地上部3-4茬。通过多次收割，可以多次连续提取土壤重金属，在全年内不受季节限制，达到一劳永逸的效果。
(2)本发明在种植过程中施加普通的可溶性磷肥，操作简便，既能促进东南景天生长，又增加了东南景天地上部的锌含量。磷肥不同于EDTA等化学螯合剂，降低了植物修复的环境风险。
(3)本发明结合农艺措施，改善了土壤理化性质，提高了锌的生物有效性，促进东南景天根系生长，加强了对锌的吸收和向地上部转移，提高了修复效率。具有投资少，工程量小，管理技术要求简单，应用范围广，不破坏土壤环境等优点。
附图说明
图1为不同磷肥种类及浓度处理对东南景天生长的试验结果；A图为第一茬收获，B图为第二茬收获，C图为第三茬收获。图中的不同小写字母表示95％水平同一肥料品种不同浓度间差异性达显著水平。
图2为在不同磷肥处理下东南景天地上部锌含量变化的试验结果；A图为第一茬收获，B图为第二茬收获，C图为第三茬收获。图中的不同小写字母表示95％水平同一肥料品种不同浓度间差异性达显著水平。
图3为施用磷肥后东南景天地上部锌提取量变化。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明做进一步详细说明。
试验土壤为采自浙江富阳市污灌区的锌污染土壤，土壤类型为水稻土，其基本理化性质为：pH值7.81；砂粒含量56％，粉粒含量38％；粘粒含量6％；有机质含量4.66％，速效氮、磷、钾含量分别为68.12、6.7、72mg/kg；总Zn含量1678.56mg/kg。
在每千克锌污染土壤中分别施入KH2PO4、Ca(H2PO4)2、NaH2PO4或NH4H2PO4，每一种肥料的用量分别为50mg、200mg和800mg，并配施0.2g的氮和0.2g的钾作为基肥；以不施用磷肥，但施用0.2g氮肥和0.2g钾肥的土壤作为对照。
将东南景天带腋芽茎段先用营养液预培养3-4周，将株高6-8cm，根系生长旺盛的东南景天幼苗移栽到经上述处理的锌污染土壤中，定期浇水。东南景天生长4个月后，分别于2009年10月份、2010年2月份和2010年6月份三次收获植株地上部，具体做法是用剪刀剪去主茎部分，靠根系的主茎留茬高度2-3cm，保留根系新长出来的小嫩芽，以便植物的继续生长。
上述实例中的营养液组成为：Ca(NO3)2·4H2O 2.0mmol.L-1，KH2PO4 0.1mmol.L-1，MgSO4·7H2O 0.5mmol.L-1，KCl 0.1mmol.L-1，K2SO4 0.7mmol.L-1，H3BO3 10.0μmol.L-1，MnSO4·H2O 0.50μmol.L-1，ZnSO4·7H2O1.0μmol.L-1，CuSO4·5H2O 0.2μmol.L-1，(NH4)6Mo7O24 0.01μmol.L-1，Fe-EDTA 100μmol.L-1。
经测定，第一茬收获后，东南景天地上部的干物质重为2.27-4.43g；与不施磷肥的对照处理相比，不同磷肥种类处理下，地上部生物量均表现出随着磷肥浓度的增加而升高的趋势。KH2PO4、Ca(H2PO4)2、NaH2PO4、NH4H2PO4对生物量的增产率分别为46％、62％、54％和78％，由于铵根离子增氮作用，NH4H2PO4的增产效果最明显。地上部锌含量为1965-3631mg/kg，当磷肥浓度大于200mg/kg时，地上部锌含量的增加量与对照相比，均达到显著水平。KH2PO4、Ca(H2PO4)2、NaH2PO4、NH4H2PO4对地上部锌含量的增幅分别为85％、50％、46％和70％，800mg/kg磷肥处理时，KH2PO4和NH4H2PO4对地上部锌含量的影响最明显，分别为3631和3341mg/kg。经过一季种植东南景天，其对土壤中锌的提取量达4.9-13.5mg，磷肥处理浓度越高，锌积累量越高。KH2PO4、Ca(H2PO4)2、NaH2PO4、NH4H2PO4四种磷肥处理，植物锌的积累量分别是不施磷肥的2.70、2.43、2.25和2.76倍。第一茬中，800mg/kg的NH4H2PO4对植物生长和重金属含量的促进作用最为明显。
第二茬收获时植物地上部的干物质重为1.94-3.53g，与不施磷肥的对照处理相比，不同磷肥种类处理下，地上部生物量均表现出随着磷肥浓度增加而升高的趋势。KH2PO4、Ca(H2PO4)2、NaH2PO4、NH4H2PO4对生物量的增产率分别为55％、57％、22％和82％，与第一茬的结果类似，NH4H2PO4处理的增产效果最明显。地上部锌含量为4469-9538mg/kg，50mg/kg和200mg/kg磷肥处理对地上部锌含量影响不大，当磷肥浓度大于800mg/kg时，地上部锌含量的增加量与对照相比，均达到极显著水平。KH2PO4、Ca(H2PO4)2、NaH2PO4、NH4H2PO4对地上部锌含量的增幅分别为80％、107％、84％和113％，800mg/kg磷肥处理时，Ca(H2PO4)2和NH4H2PO4对地上部锌含量的影响最明显，分别为9259和9538mg/kg。第二茬收获后，东南景天地上部的锌含量显著高于第一茬植物，第二茬植物800mg/kg KH2PO4、Ca(H2PO4)2、NaH2PO4、NH4H2PO4磷肥处理地上部锌含量分别是第一茬的2.21、3.14、2.86和2.85倍。第二茬收获东南景天后，其对土壤中锌的提取量达8.64-36.02mg，磷肥处理浓度越高，锌积累量越高。KH2PO4、Ca(H2PO4)2、NaH2PO4、NH4H2PO4四种磷肥处理，植物锌的积累量分别是不施磷肥的2.83、3.45、2.07和4.17倍。第二茬中，同样是800mg/kg的NH4H2PO4处理景天地上部干重和锌含量最大。
第三茬东南景天的长势明显优于前面两茬，收获时植物地上部的干物质重为7.65-14.49g，与不施磷肥的对照处理相比，不同磷肥种类处理下，地上部生物量均表现出随着磷肥浓度增加而升高的趋势。KH2PO4、Ca(H2PO4)2、NaH2PO4、NH4H2PO4对生物量的增产率分别为57％、62％、48％和89％，与第一茬和第二茬的结果类似。地上部锌含量为2827-6855mg/kg，50mg/kg和200mg/kg磷肥处理对地上部锌含量影响不大，但当磷肥浓度大于800mg/kg时，地上部锌含量的增加量与对照相比，均达到极显著水平。与不施磷肥处理相比，KH2PO4、Ca(H2PO4)2、NaH2PO4、NH4H2PO4对地上部锌含量的增幅分别为143％、95％、69％和91％，800mg/kg磷肥处理时，KH2PO4和Ca(H2PO4)2对地上部锌含量的影响最明显，分别为6855和5498mg/kg。第三茬收获东南景天后，其对土壤中锌的提取量达21.80-87.27mg，磷肥浓度越高，锌积累量越大。KH2PO4、Ca(H2PO4)2、NaH2PO4、NH4H2PO4四种磷肥处理，植物锌的积累量分别是不施磷肥的4.00、3.13、2.15和3.81倍。第三茬收获物与第一茬相比，KH2PO4、Ca(H2PO4)2、NaH2PO4、NH4H2PO4四种磷肥处理下，土壤锌提取量分别增加了559.95％、472.74％、324.41％和513.40％；分别是第二茬积累量的3.56、2.29、2.62和2.30倍。KH2PO4和NH4H2PO4处理地上部锌累积量最大，分别是87.27和82.98mg。
经过三茬的连续收割，东南景天地上部能不断积累土壤中的锌，生物量逐季增加；四种水溶性磷肥处理均能显著增加地上部锌含量和植物干物质重，对土壤中锌的提取量为第三茬＞第二茬＞第一茬。一年修复期内，对土壤中锌的提取量能达到33.6-132.5mg/kg土，磷肥施用浓度越高，对土壤锌的总提取量越大，800mg/kg KH2PO4、Ca(H2PO4)2、NaH2PO4、NH4H2PO4磷肥处理土壤锌提取量分别是对照的3.54、3.11、2.14和3.75倍。相比较而言，KH2PO4和NH4H2PO4两种磷肥对增加东南景天提取土壤锌的效果最为明显，且对景天的生长有促进作用。通过该方法可以一次种植，多次收获东南景天地上部，一年内不间断提取土壤中的锌，不受季节影响；同时，配施可溶性磷肥，能大大增加植物地上部的锌含量和生物量，缩短了植物修复周期。
Claims (3)
1.利用超积累植物持续提取农田土壤锌的方法，其特征是：在每千克锌污染土壤中施入50～800mg可溶性磷肥，并配施0.2g的氮和0.2g的钾作为基肥；将东南景天带腋芽茎段先用营养液预培养3-4周，将株高6-8cm，根系生长旺盛的东南景天幼苗移栽到经上述处理的锌污染土壤中，按传统农耕法管理生长，每四个月收割东南景天地上部，收割时地上部留茎2-3cm高。定期重复收割东南景天地上部，持续降低土壤中的锌浓度。
2.根据权利要求1所述的利用超积累植物持续提取农田土壤锌的方法，其特征是：所述可溶性磷肥为KH2PO4、Ca(H2PO4)2、NaH2PO4或NH4H2PO4。
3.根据权利要求1所述的利用超积累植物持续提取农田土壤锌的方法，其特征是：营养液组成为：Ca(NO3)2·4H2O 2.0mmol.L-1，KH2PO4 0.1mmol.L-1，MgSO4·7H2O 0.5mmol.L-1，KCl 0.1mmol.L-1，K2SO4 0.7mmol.L-1，H3BO310.0μmol.L-1，MnSO4·H2O 0.50μmol.L-1，ZnSO4·7H2O 1.0μmol.L-1，CuSO4·5H2O0.2μmol.L-1，(NH4)6 Mo7O24 0.01μmol.L-1，Fe-EDTA 100μmol.L-1。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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Citations (1)
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| CN1973617A (zh) * | 2006-12-15 | 2007-06-06 | 浙江大学 | 重金属超积累植物东南景天种苗的繁殖方法 |
-
2010
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1973617A (zh) * | 2006-12-15 | 2007-06-06 | 浙江大学 | 重金属超积累植物东南景天种苗的繁殖方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 《园林》 20100331 张庆费 郑思俊 植物修复环境新发现的土壤修复植物--东南景天 第72页 1 , 第3期 2 * |
| 《江西化工》 20100331 蔡洁云，林少冰，周小云 东南景天根际微生物对土壤Zn的响应研究 第101-104页 1,2 , 第1期 2 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103266073A (zh) * | 2013-05-23 | 2013-08-28 | 浙江大学 | 一种东南景天内生菌及其应用 |
| CN103266073B (zh) * | 2013-05-23 | 2015-03-25 | 浙江大学 | 一种东南景天内生菌及其应用 |
| CN105921513A (zh) * | 2016-06-12 | 2016-09-07 | 武汉理工大学 | 一种促进东南景天对重金属镉和锌积累的方法 |
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