CN102172611A

CN102172611A - 蒲儿根在修复土壤重金属镉污染中的应用

Info

Publication number: CN102172611A
Application number: CN 201110050461
Authority: CN
Inventors: 张世熔; 王琼瑶; 龚国淑; 陈强; 李婷; 徐小逊; 李云; 贾永霞; 蔡艳; 吴德勇
Original assignee: Sichuan Agricultural University
Current assignee: Sichuan Agricultural University
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2031-03-03
Also published as: CN102172611B

Abstract

本发明涉及环境中重金属污染的植物修复技术领域，即利用一种菊科植物来修复土壤重金属镉污染，具体为蒲儿根在修复土壤重金属镉污染中的应用。该技术将蒲儿根种植于重金属镉污染的土壤中，利用其植株对镉的富集特性吸收积累镉重金属，并将其大部分转运到植株地上部分；最后收割植物地上部分进行灰化处理，提取重金属，以达到修复镉污染土壤的目的。在其生长过程中不需要进行特殊管理并且可以留桩发枝，因而成本较低、可操作性强；同时也为土壤中重金属镉污染的植物修复开发了新的植物资源品种。

Description

蒲儿根在修复土壤重金属镉污染中的应用

技术领域

本发明涉及环境中重金属污染的植物修复技术领域，即利用一种菊科植物

来修复土壤重金属镉污染，具体为蒲儿根在修复土壤重金属镉污染中的应用。

背景技术

环境中镉重金属污染具有长期性、隐蔽性和不可逆性等特点，其污染物在介质中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解，还可经食物链传递等途径最终将影响环境质量，危害人体健康。四川西部是全国著名的铅锌矿、铜矿、铁矿和稀土矿的集中分布区，这些矿山开发时产生的尾矿和废水常因含有较高含量的镉而污染矿区土壤和邻近的农田。此外，随着冶炼、电镀、皮革、肥料、养殖等工农业生产的发展，土壤镉污染日趋严重。因此，研究新的镉污染土壤修复技术具有重要的现实意义。

利用对重金属具有修复潜力的植物（包括富集植物或超富集植物)进行重金属污染土壤的修复是当今环境科学的研究热点之一, 在重金属土壤污染修复技术中具有较大的潜力。该技术是利用对重金属具有富集或超富集能力的植物将污染土壤中的重金属吸收起来，转运到植株地上部分器官，通过定期刈割或收获植株地上部分，并将其灰化提取重金属。因此，它具有投资少、效率高，二次污染等多种特点。由于富集或超积累植物大都以群落方式分布于野外矿山区或富含金属元素岩石风化而成土壤上。因此，对废弃的矿山或金属矿露头上自然生长的优势植物进行调查评估特别是胁迫试验是寻找具有潜力的修复植物（包括富集植物或超积集植物）的有效途径之一。

目前已开发出可用于修复土壤重金属Cd污染的植物主要包括印度芥菜、宝山堇菜、蒲公英、龙葵、小白酒花、东南景天等，它们对镉单一及复合污染均有较强的耐性和积累能力。但是目前发现的大多数镉富集植物部分生长缓慢、植株矮小或地上部生物量小在实际应用中受到限制；部分植物因受土壤类型、污染类型、气候等环境条件的影响无法生长。因此，目前可用于镉污染土壤修复的植物品种资源难以满足实际需要，急待进一步研究和扩大可用资源。不过，要确定哪些植物是否对镉具有相应的富集特性，需要花费大量人力、物力和财力；即使如此，也未必就能筛选出符合需要的植物品种，从而制约了植物修复的效率及应用。

因此，寻找适合于川西气候、镉污染土壤条件，生长迅速，生物量较大且镉富集能力强的植物新品种是该区域镉污染土壤植物修复技术亟待解决的问题。

发明内容

发明人在从事重金属污染修复的研究工作中，在发现秃疮花、野茼蒿等重金属富集植物（见中国专利ZL 20061002266 9.6及中国专利申请200810045743.5）之后，再次发现：菊科蒲儿根属植物蒲儿根（拉丁名为Sinosenecio oldhamianus），对土壤环境中的镉重金属具有显著的富集特性。因此，本发明的目的就是针对上述可用于土壤重金属污染生物修复的植物品种资源不足的问题，提供蒲儿根在重金属镉污染土壤修复中的应用。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

蒲儿根在修复土壤重金属镉污染中的应用，将蒲儿根种植于重金属镉污染的土壤中，对重金属镉污染的土壤进行修复。

所述的蒲儿根的种植方法为播种，将蒲儿根种子直播种植于重金属镉污染的土壤中。

所述的蒲儿根的种植方法为直接移栽，直接移栽于重金属镉污染的土壤中。

所述的蒲儿根栽种时需定期进行剪枝收割，留茬发芽，并对其收割部分进行灰化处理，提取重金属镉。

蒲儿根的生命力非常旺盛，易于成活，可进行直接移栽或将种子直播于镉污染土壤上生长，在自然条件下即可存活。其整个生长过程不需要进行特殊管理，同常规修复所用的其它植物相比，其自然繁殖生长快速、生物量大, 属于一年生草本植物，前一年撒落的种子次年可自然萌发生长，不需每年栽种。

作为优选，蒲儿根应用种植的步骤为：

1.幼苗准备：（1）种子直播方式。每年二月底或八月下旬将采集到的菊科蒲儿根属植物蒲儿根（Sinosenecio oldhamianus）种子直接播种于有镉重金属污染的土壤当中。（2）移栽方式。每年三月底或四月初将用普通苗盘育好的菊科蒲儿根属植物蒲儿根（Sinosenecio oldhamianus）幼苗（高10-15cm）直接移栽于有镉重金属污染的土壤当中，行距0.8m，窝距0.6m。为了提高修复镉污染土壤的修复效率，移栽或直播前每亩土壤可按如下用量作为底肥：纯氮7-9kg，磷(P₂O₅)6-7 kg，钾(K₂O)6-8 kg。

2.日常管理：植物栽培期，根据土壤水分实际情况不定期浇水确保土壤水分保持在田间持水量的60-80%左右，无灌溉设施的矿山或污染农田可让其自然生长。

3.收割处理：75天后留茬收割植物的地上部分，并对收割的地上部分进行灰化处理，留茬部分可继续发芽。其自然散播种子在当年八月底或次年二月下旬自然芽发，不需每年栽种。

待地上部分形成一定生物量时进行定期收割，并对收割的地上部分进行灰化处理，提取重金属，能有效降低污染土壤中的Cd的含量，从而修复污染土壤。

本发明中的蒲儿根，为菊科蒲儿根属一年生草本植物（拉丁名为Sinosenecio oldhamianus），经试验研究，证明其主要对镉（Cd）等重金属具有富集特性。本发明充分利用了蒲儿根对Cd等重金属的富集特性，将其幼苗移栽或将其种子直播至被重金属污染的土壤中，吸收积累污染土壤中的Cd等重金属，并将其大部分转运到地上部分，降低土壤中Cd等的含量，待地上部分形成一定生物量时，可留茬收割进行连续提取重金属，从而达到减少污染土壤中Cd含量的目的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

发明人通过试验研究发现，蒲儿根对镉等重金属具有显著的富集特性。本发明正是利用蒲儿根对镉等重金属的这种富集特性，将其种植于土壤中，可吸收积累镉，并将其大部分转运到地上部分，通过对定期收割的地上部分进行灰化处理，以达到修复污染土壤的目的，由于蒲儿根的生命力非常旺盛，易于成活，且其自然繁殖生长快速，在其整个生长过程中不需要特殊管理，因而成本较低、可操作性强。因此，本发明为重金属镉污染土壤的植物修复开发了新的植物资源品种，为植物修复技术的发展带来了新的进步和发展空间。

附图说明

图1为本发明实施例中不同Cd浓度处理条件下蒲儿根地上部生物量。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。

实施例1 矿山土壤修复试验

试验地点为四川西部荥经县宝峰铜矿区。具体作法为：将从该矿区采集的蒲儿根直接播种于镉含量为12.74~32.43 mg kg^-1的尾矿渣土壤上，让其自然生长，75天后留茬（12~20cm）收割植株的地上部分，任意抽取5株植物样品测镉含量为24.83~47.32mg kg^-1。

实施例2 盆栽胁迫试验

试验地点设在四川农业大学教学科研农场。

采用盆栽模拟土壤重金属污染的方法，将菊科蒲儿根属植物蒲儿根（Sinosenecio oldhamianus）幼苗移栽于投加梯度浓度重金属镉污染过的盆栽土壤中。本试验于4月20日开始，移栽的蒲儿根为采自四川省荥经县宝峰矿区种子播种后培育的幼苗，每盆3棵，3次重复。每盆土壤重6 kg,每盆施入纯氮0.36g, 磷(P₂O₅)0.28g，钾(K₂O) 0.32g。试验共设5个处理，分别为CK（不投加Cd）和4个不同投加浓度试验，投加浓度为5 mg kg^-1（T1）、30 mg kg^-1（T2）、60 mg kg^-1（T3）和90 mg kg^-1（T4），投加的重金属形态为CdCl₂·2.5H₂O，为分析纯试剂，以固态加入到土壤中，充分混匀，平衡四周后待用。植物于网室内栽培，根据土壤水分实际情况不定期浇水确保土壤水分保持在田间持水量的80%左右。移栽75天后留桩收割植物的地上部分，测定成熟蒲儿根分器官中重金属Cd的累积量、富集系数和迁移系数。

试验结果如下：

图1为不同Cd浓度下蒲儿根地上部生物量。最小显著差数法差异显著性分析显示，Cd投加浓度为5 mg kg^-1的处理中，地上部生物量与对照相比，显著上升（P<0.05），在较高的Cd污染处理水平下，即投加浓度为30、60mg kg^-1时，地上部生物量与对照相比，无显著性差异（P>0.05），但其生物量都比对照高，表明蒲儿根耐性强。但在Cd投加浓度为90 mg kg^-1时，地上部生物量比对照低，说明蒲儿根有较强的耐性，但还是有一定限度，在Cd浓度大于90 mg kg^-1以后，植物的生长会受到抑制，但与对照差异不显著（P>0.05）。

植物体内Cd累积量测定结果表明（表1），土壤中镉投加浓度在CK～T4浓度时，蒲儿根地上部均大于0.5，且在CK、T2和T3浓度时转移系数大于1，蒲儿根地上部富集系数除在T3浓度时为0.95，在其他浓度时其富集系数均大于1。在土壤中投加浓度为30和60 mg kg^-1时，植株地上部累积量大于1000μg，且植株地上部分镉的累积量在T1～T3浓度时随投加浓度的增高而增高。

表1.不同处理浓度下蒲儿根对镉的富集特征。

TF为转移系数，BCF为富集系数

综合蒲儿根对镉的耐性和富集特征来看，蒲儿根对Cd污染土壤具有较强的修复能力。并且蒲儿根属于绿色灌木植物，对污染土壤还有绿化覆盖,减少水土流失和重金属污染扩散的功能。

Claims

1.蒲儿根在修复土壤重金属镉污染中的应用，其特征在于：在金属镉污染的土壤中种植蒲儿根，对重金属镉污染的土壤进行修复。

2.根据权利要求1所述的蒲儿根在修复土壤重金属镉污染中的应用，其特征在于：所述的蒲儿根的种植方法为播种，将蒲儿根种子直播种植于重金属镉污染的土壤中。

3.根据权利要求1所述的蒲儿根在修复土壤重金属镉污染中的应用，其特征在于：所述的蒲儿根的种植方法为直接移栽，直接移栽于重金属镉污染的土壤中。

4.根据权利要求1所述的蒲儿根在修复土壤重金属镉污染中的应用，其特征在于：所述的蒲儿根在栽种时需定期进行剪枝收割，留桩发枝，并对其收割枝条后进行灰化处理，提取重金属。