CN103028597A

CN103028597A - 一种利用超富集植物——芝麻修复铜污染土壤的方法

Info

Publication number: CN103028597A
Application number: CN2013100265807A
Authority: CN
Inventors: 曾清如; 杨洋; 彭亮; 廖柏寒; 彭星; 陈志鹏
Original assignee: Hunan Agricultural University
Current assignee: Hunan Agricultural University
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2013-04-10

Abstract

本发明公开了一种利用超富集植物——芝麻修复铜污染土壤的方法，以解决现有重金属污染土壤修复技术中植物存在的生物量少、适应能力差、生长缓慢、不具有较好的经济效益、实际应用综合效果不大等问题。该方法是将芝麻直接栽种在重金属污染的土壤中，进行常规栽培。芝麻在污染土壤中能够正常地生长，没有出现明显的毒害症状，且不影响芝麻果实的含油量；而且其生长周期短、生物量大，其地上部分所吸收积累铜的含量远远超过了土壤的本底值，达到了超富集的水平。采用本方法栽培管理较简单，费用低廉，并且可以在治理污染的同时得到一定的经济收入。

Description

一种利用超富集植物——芝麻修复铜污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及农田污染土壤的再生和利用技术，具体地说是一种利用超富集植物——芝麻修复铜污染土壤的方法。

背景技术

随着工业、农业的不断进步，工农业活动给土壤带入了大量的重金属，土壤的重金属污染具有严重性、长期性和广泛性的特点，已经成为一个日趋严重的全球性环境问题（Peter et al., 2009）。重金属污染会使土壤中的重金属含量远高于自然背景值，导致生态环境恶化、土壤质量退化等现象（陈怀满.环境土壤学[M].北京:科学出版社，2005.）。这些重金属主要包括铅、锌、铜、镉、铬、镍、汞和砷等，其中铜与其他重金属元素相比毒性较强，污染也比较常见，因此土壤的铜污染问题十分严峻。土壤中的铜既是植物生长所必需的营养元素，又是一种污染元素。土壤中的铜如果超过一定浓度时就会产生很高的植物毒性，从而影响植物的生长发育和产量（Bona E, Marsano F, Cavaletto M et al.. Proteomic characterization of copper stress response in Cannabis sativa roots[J]. Proteomics, 2007, 7:1121-1130）。未被污染的土壤中铜的正常含量一般是20-30mg/kg，而由于铜矿的开采、冶炼厂排放的“三废”、含铜农药和化肥的过量使用以及生活垃圾处理不当等，使得有些地区土壤含铜量高达原始土壤的几倍甚至几十倍，超出了土壤环境的承载能力（于红丽，姚瑞芹，肖昕. 铜胁迫对小麦幼苗细胞超微结构的影响[J]. 安徽农业科学，2010，38（23）:12658-12660; 刘铮. 微量元素在我国农业中的应用，土壤养分，植物营养与合理施[M].北京: 农业出版社,1981: 92-110; 陈怀满. 土壤-植物系统中的重金属污染[M]. 北京: 科学出版社, 1996:168-194.）。

在修复重金属污染土壤的措施当中主要是物理化学修复和生物修复研究应用得最多，生物修复又包括动物、微生物和植物修复三种，其中植物修复有着成本低，操作简单、不会造成二次污染等优点（唐莲，刘振中，蒋任飞. 重金属污染土壤植物修复法[J]. 环境保护科学，2003，29（120）：33-36.），在土壤修复治理方面有很大的发展潜力和应用前景。植物修复主要是利用超富集植物来降低土壤中重金属的浓度，从而达到修复土壤的目的。近年来，对于铜污染的植物修复研究发展得很快，在许多铜污染的矿区植物修复都广泛应用。研究发现了海州香薷这种在矿区常见的植物，它是目前国内研究较多的铜超累集植物，且对铜的超累集效果很好（:姜理英，石伟勇，杨肖娥，等. 铜矿区超量积累Cu植物的研究[J]. 应用生态学报，2002，13（7）：906-908.）。与海州香薷相似的鸭跖草对铜也有很强的耐性和超富集能力（廖斌，邓冬梅，杨兵，等. 鸭跖草对铜的耐性和积累研究[J].环境科学学报，2003，23（6）：797-801.）。这两种植物都有着适应能力差，植株矮小，生长缓慢，生物量小等缺点，对于铜污染严重的土壤修复的实际应用并不多。此外，还通过研究发现了蓖麻也是一种铜的超累集植物（康薇，郑进. 蓖麻——一种新的铜超积累植物[J].安徽农业科学，2011，39（3）：237-243.），它植株高大，耐贫瘠，适应能力强，蓖麻油在工业上又具有广泛的用途（赵宗保，华艳艳，刘波. 中国如何突破生物柴油产业的原料瓶颈[J]. 中国生物工程杂志，2005，25：1-6.）。因此，在植物修复土壤铜污染的实际应用中，我们应寻求一些生物量大、耐贫瘠、适应能力强且具有经济价值的新型超累集植物，同时借助其他科学技术来完善植物修复技术。

发明内容

本发明目的在于提供一种利用超富集植物——芝麻修复铜污染土壤的方法，以解决超富集植物修复铜污染土壤技术中存在的生长缓慢、个体矮小、生物量小等问题，在修复土壤的同时又能带来一定的经济利用价值。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用超富集植物——芝麻修复铜污染土壤的方法，其具体为：将芝麻种植于铜污染土壤中，通过其自然生长过程中对铜的吸收富集能力从而去除土壤中过量的铜。

所述芝麻是在重金属铜污染地区进行野外大田种植，种植前，即5月-6月期间，对农田进行常规的耕地、施肥，并采用条播的方式将芝麻直播在污染土壤中，适时地追肥，间苗，保证每亩芝麻在8000-10000株，定期对农田进行除草、除虫等田间管理。

所述在污染土壤中种植的芝麻成熟后，芝麻地上部分积累大量的铜，收获采割后进行处理，再种植新的芝麻，多次重复操作，能有效降低土壤中铜的含量，从而修复污染土壤。

所述芝麻在污染土壤中正常生长，没有明显毒害症状，亩产约为8000-10000株左右，其成熟采割后，芝麻果实的含油量在50%-60%左右，且榨取的芝麻油中铜的含量符合国家食品标准。

所述在铜污染土壤中种植的芝麻，芝麻将污染土壤中的铜向植株地上部分转移，当芝麻成熟时，其地上部分能够积累大量的铜，芝麻对铜的积累含量为：地上部分>地下部分>土壤本底，表现出对铜的超富集能力，能有效降低土壤中铜的含量，从而修复污染土壤。

本发明中的芝麻是我国四大食用油料作物的佼佼者，是我国主要油料作物之一，芝麻产品具有较高的应用价值。经试验表明，芝麻对铜有很强的耐性和富集能力。本发明充分利用芝麻对铜的这一富集特性，将其种植在铜污染的农田地，吸收积累土壤中的铜，从而达到降低污染土壤中重金属含量的目的。

本发明的有益效果是：

发明人通过试验研究发现，芝麻对铜具有显著的富集特性，能在铜污染的土壤中正常生长。本发明正是利用芝麻对铜的这一耐性和富集特征，将其直接种植于铜污染的农田，通过对成熟芝麻进行采割和处理，以达到修复土壤铜污染的目的。由于芝麻生长范围较广，生长周期短，生物量大，栽培较简单，管理费低，其经济价值很高，提取的芝麻油中铜含量很低，符合食用标准，能广泛应用于医药和食品工业。因此，本发明为土壤铜污染的植物修复技术开发了新的植物资源品种，利用污染农田的种植芝麻产生经济效益，无论从生态学角度，还是从经济学角度都将具有重要的现实意义。

附图说明

图1为本发明实例中芝麻植株中重金属的含量。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细描述。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列。

实施例1 污染矿区农田土壤修复试验

试验地点为湖南郴州矿区受重金属污染的农田，该农田土壤为Cu、Zn、Pb、Cd、As的复合污染土壤（土壤重金属的本底值见表1）。

表1 土壤中重金属的本底值单位：mg/kg

Cu	Zn	Pb
			122	311	1827

具体作法为：6月期间，对农田土壤精细整地，保持水土水分，平开好畦沟、腰沟及围沟，以便及时排灌，施用有机肥作为基肥。芝麻以条播的方式进行播种，控制好株距，合理密植以便苗期管理。苗期进行追肥，间苗至合理的密度，保证每亩在8000-10000株。此后，定期对农田进行追肥、除草、除虫、灌溉、排水等田间管理。

在芝麻成长过程中，采集苗期、生长期和成熟期三个时期的芝麻植株样品。采回的芝麻植株样品，先用自来水将植株表面的泥土彻底清洗干净，把植株的各个部位（根、茎和叶片）分离开。然后再用去离子水将植株各部位清洗3遍，沥干水分后装入袋中，放入烘箱内：先在105℃杀青2小时，然后调至60℃下烘干48小时。烘好的植株干样用粉碎机粉碎后，分别称取0.4998---0.5000g样品粉末放入50ml干燥的消解管中，加入5.0ml浓硝酸，静置一个晚上然后将消解管放入微波加速反应系统进行消解。消解程序：15min升到55摄氏度，在此温度下保持15min，然后升温到75摄氏度并保持20min，再次升温到90摄氏度，在该温度下保持30min，待消解，系统降温到室温后，用超纯水定容到50ml，然后过滤到干净的PE塑料瓶中，用电感耦合等离子体光谱仪（ICP）测定样品中Cu、Zn、Pb。

试验结果如下：

由图1可见，芝麻对Pb、Zn、Cu都有一定的积累能力， Zn在芝麻根部的含量最高，约146.5mg/kg，其次是叶、果和茎；Pb也是在芝麻根部的积累量最高为69.15mg/kg，其次是叶、茎和果。与另外两种元素相比，芝麻对铜的积累能力明显要好，根、茎、叶中Cu的浓度都远远超过了土壤的本底值122mg/kg，分别为320mg/kg、480mg/kg、580mg/kg，芝麻地上部分Cu的含量明显要高于地下部分，特别是叶中的浓度是土壤本底值的5倍之多，说明了芝麻对Cu有很强的富集能力。同时，将收获的芝麻果实用有机溶剂进行提油，含油量都在50%-60%左右。

综合以上结果表明，芝麻对土壤中的Cu有很强的吸收富集能力，具有应用于土壤铜污染植物修复的潜力。

Claims

1.一种利用超富集植物——芝麻修复铜污染土壤的方法，其特征在于：将芝麻种植于铜污染土壤中，通过其自然生长过程中对铜的吸收富集能力从而去除土壤中过量的铜。

2.根据权利要求1所述的利用超富集植物——芝麻修复铜污染土壤的方法，其特征在于：所述芝麻是在重金属铜污染地区进行野外大田种植，种植前进行常规的耕地、施肥，并将芝麻直播在污染土壤中，适时地追肥，间苗，保证每亩芝麻在8000-10000株，定期对农田进行田间管理。

3.根据权利要求1所述的利用超富集植物——芝麻修复铜污染土壤的方法，其特征在于：所述在污染土壤中种植的芝麻成熟后，芝麻地上部分积累大量的铜，收获采割后进行处理，再种植新的芝麻，多次重复操作，能有效降低土壤中铜的含量，从而修复污染土壤。

4.根据权利要求1所述的利用超富集植物——芝麻修复铜污染土壤的方法，其特征在于：所述芝麻在污染土壤中正常生长，亩产约为8000-10000株左右，其成熟采割后，芝麻果实的含油量在50%-60%左右，且榨取的芝麻油中铜的含量符合国家食品标准。