CN103586266B - 一种利用安鲜脂和乙二胺四乙酸联合强化修复铅污染土壤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用安鲜脂和乙二胺四乙酸联合强化修复铅污染土壤的方法，包括如下步骤：在铅污染的土壤上种植黑麦草，在黑麦草的生长过程中添加安鲜脂溶液和乙二胺四乙酸溶液。本发明的方法用于处理被铅污染的土壤，本发明添加EDTA有利于提高铅在土壤中的生物有效性，促进植物对铅的提取和富集；同时，安鲜脂的添加提高植物的生物量，从而明显提高植物对铅污染土壤的修复效果。
Description
技术领域
本发明涉及强化修复重金属铅污染土壤技术，具体地说是一种利用安鲜脂（DA-6）和乙二胺四乙酸（ETDA）联合强化修复铅(Pb)污染土壤的方法。
背景技术
植物修复技术具有操作简单、经济、环境友好和易于为人们所接受等优点，已经成为土壤重金属污染修复领域的研究热点。
例如公开号为CN103302087A的中国发明专利申请公开了一种利用富集植物黑麦草结合猪粪修复铅、锌污染土壤的方法。在含污染物铅、锌的土壤中混合猪粪，进而种植黑麦草，将猪粪在施配浓度为20～80g/kg的条件下，与表层污染土壤充分混匀，通过黑麦草的根部吸收铅、锌污染土壤中的铅、锌，并将铅、锌转移至黑麦草的地上部分，当植株地上部分成熟可收割时，将植株整体从污染土壤上移走，从而实现除去土壤中铅、锌污染的目的。由于黑麦草再生能力强，生长快，而且可以反复收割，
由于土壤中铅的植物可利用性低，并且重金属超富集植物生长缓慢、生物小，而生物量大的植物体内重金属浓度低，这严重限制了植物修复技术在实际污染土壤修复中的应用。
因此，许多学者提出了运用化学螯合剂提高植物对重金属的富集能力，其中EDTA是最常用的螯合剂。EDTA能提高根际土壤中重金属的植物有效性，促进重金属从根系向地上部的运输，从而显著提高植物对重金属的富集能力（文献1：López M.L.,Peralta-Videa J.R.,Benitez T.,et al.Enhancement of lead uptake by alfalfa(Medicago sativa)using EDTA and aplant growth promoter[J].Chemosphere,2005,61:595-598.文献2：王红新，郭绍义，胡锋，等.螯合剂对铅锌尾矿改良基质上蓖麻幼苗生长和铅锌积累的影响[J].土壤学报，2012,49(3):491-498.）。然而，EDTA与重金属形成的螯合物会严重抑制植物的生长，降低生物量，从而影响植物修复效果。
安鲜脂(DA-6)是一种新型细胞分裂素类植物生长调节剂，具有生长素和赤霉素及细胞分裂素等多种功能，可促进细胞分裂和生长、提高植物叶绿素含量从而促进光合作用。由于DA-6具有低毒、安全和使用方便等优点，在农业上已有广泛的应用。但截至目前尚未见有关安鲜脂（DA-6）单独或与乙二胺四乙酸（ETDA）联合强化植物修复铅污染土壤的报道。
发明内容
本发明提供了一种利用安鲜脂和乙二胺四乙酸联合强化修复铅污染土壤的方法，修复效果好，操作简单。
一种利用安鲜脂和乙二胺四乙酸联合强化修复铅污染土壤的方法，包括如下步骤：在铅污染土壤上种植黑麦草，在黑麦草的生长过程中添加安鲜脂溶液和乙二胺四乙酸溶液。
本发明添加EDTA有利于提高铅在土壤中的生物有效性，促进植物对铅的提取和富集；同时，安鲜脂的添加提高植物的生物量，从而明显提高植物对铅污染土壤的修复效果。
作为优选，所述安鲜脂溶液以叶喷的方式添加，所述乙二胺四乙酸溶液直接添加在土壤中。
乙二胺四乙酸溶液直接添加在土壤中，有利于更好的促进植物对铅的提取和富集，安鲜脂以叶喷的方式添加有利于更好的提高植物的生物量，因此，本发明选择安鲜脂溶液以叶喷的方式添加，乙二胺四乙酸溶液直接添加在土壤中的配合方式。
作为优选，所述安鲜脂溶液的添加总量以安鲜脂溶液中安鲜脂与铅污染土壤的摩尔质量比为0.01～1μmol：1kg；所述乙二胺四乙酸溶液的添加总量以乙二胺四乙酸溶液中乙二胺四乙酸与铅污染土壤的摩尔质量比为0.02～0.03mmol：1kg。
所述铅污染土壤中铅浓度为250～750mg/kg。
进一步优选，安鲜脂溶液和乙二胺四乙酸溶液均分4次添加，每次添加的量一致，总量保持在上述范围内，即：待黑麦草发芽后第6～8天，以叶喷方式添加安鲜脂溶液，同时向铅污染土壤中添加乙二胺四乙酸溶液，共进行4～5次处理，每次处理的间隔为6～8天。
在植物生长过程中，间隔添加安鲜脂和乙二胺四乙酸均能促进植物对铅的提取和富集，同时提高植物的生物量，但是本发明在大量实验的基础上采取待黑麦草发芽后第6～8天，以叶喷方式添加安鲜脂溶液，同时向土壤中添加乙二胺四乙酸溶液，共进行4～5次处理，每次处理的间隔为6～8天，在这样的优选喷加时机下，对铅的富集及植物的生物量都能得到更好的效果。
更优选地，待黑麦草发芽后第7天，以叶喷方式添加安鲜脂溶液，同时向铅污染土壤中添加乙二胺四乙酸溶液，共进行4次处理，每次处理的间隔为7天。在该条件下，对铅的富集及植物的生物量的效果都能进一步提高。
安鲜脂溶液和乙二胺四乙酸溶液的添加总量进一步优选地，所述安鲜脂溶液的添加总量以安鲜脂溶液中安鲜脂与铅污染土壤的摩尔质量比为0.1μmol：1kg；所述乙二胺四乙酸溶液的添加总量以乙二胺四乙酸溶液中乙二胺四乙酸与铅污染土壤的摩尔质量比为0.025mmol：1kg。
当安鲜脂溶液和乙二胺四乙酸溶液的添加总量选择上述进一步的优选量时，再按照添加方式：待黑麦草发芽后第7天、以叶喷方式添加安鲜脂溶液、同时向铅污染土壤中添加乙二胺四乙酸溶液、共进行4次处理、每次处理的间隔为7天添加，对土壤的处理效果更好。
安鲜脂溶液和乙二胺四乙酸溶液的浓度本身对土壤的处理也有一定的影响，作为优选，其特征在于，所述安鲜脂溶液的浓度为1～100μM，所述乙二胺四乙酸溶液的浓度为2～3mM，每次添加的安鲜脂溶液和乙二胺四乙酸溶液的体积比为1:1。
更优选，所述安鲜脂溶液浓度分别为1μM、10μM和100μM，EDTA浓度为2.5mM。如果采取单独叶喷DA-6，也能促进植物生物量的增加和提高植物体内铅的浓度，其对植物修复铅污染土壤表现为促进作用，其处理效果优选顺序为：10μM>100μM>1μM。
进一步优选，所述安鲜脂溶液的浓度为10μM，所述乙二胺四乙酸溶液的浓度为2.5mM，每次添加的安鲜脂溶液和乙二胺四乙酸溶液的体积比为1:1。
进一步优选，所述安鲜脂溶液的浓度为100μM，所述乙二胺四乙酸溶液的浓度为2.5mM，每次添加的安鲜脂溶液和乙二胺四乙酸溶液的体积比为1:1。
进一步优选，所述安鲜脂溶液的浓度为1μM，所述乙二胺四乙酸溶液的浓度为2.5mM，每次添加的安鲜脂溶液和乙二胺四乙酸溶液的体积比为1:1。
DA-6和EDTA复合处理有利于污染土壤中铅的提取修复，其促进作用的顺序为：10μM DA-6+2.5mM ETDA> 100μMDA-6+2.5mMETDA>1μM DA-6+2.5mM ETDA。
最优选地，待黑麦草发芽后第7天，以叶喷方式添加安鲜脂溶液，同时向土壤中添加乙二胺四乙酸溶液，所述安鲜脂溶液的浓度为10μM，所述乙二胺四乙酸溶液的浓度为2.5mM，共进行4次处理，每次添加的安鲜脂溶液和乙二胺四乙酸溶液的体积比为1:1，每次处理的间隔为7天，安鲜脂溶液的添加总量以安鲜脂溶液中安鲜脂与铅污染土壤的摩尔质量比为0.1μmol：1kg；乙二胺四乙酸溶液的添加总量以乙二胺四乙酸溶液中乙二胺四乙酸与铅污染土壤的摩尔质量比为0.025mmol：1kg，所述铅污染土壤中铅浓度为250～750mg/kg。本发明在大量的探索实践中发现在该添加时机、添加方式及两种溶液的特定组合下，对铅污染的土壤的处理效果是最好的，铅的富集及植物的生物量能够达到一个最好的协同效果。
上述最优选的条件在含铅浓度为250～750mg/kg的土壤中均表现出最佳修复效果。
在上述最优选的基础上，黑麦草的种植密度优选为9000～9500株/m2。在上述最优选的条件下，在该种植密度时处理效果最好。
作为优选，黑麦草发芽后的第42天将其移除铅污染土壤外，再种植第二茬黑麦草，重复上述操作，直至铅污染土壤中的铅含量达到80mg/kg，达到《土壤环境质量标准》(GB15618-2008)的要求。
在植物生长过程中定期浇水，保持土壤含水率为田间最大持水量的75%。
本发明的有益效果如下：
1、本发明投加单一DA-6或DA-6与EDTA复合添加都能促进植物生长，表现为生物量的增加。
2、本发明添加EDTA有利于提高铅在土壤中的生物有效性，促进植物对铅的提取和富集；同时，安鲜脂的添加提高植物的生物量，从而明显提高植物对铅污染土壤的修复效果。其中以10μM DA-6和EDTA的复合作用效率最高，即安鲜脂溶液的添加总量以安鲜脂溶液中安鲜脂与铅污染土壤的摩尔质量比为0.1μmol：1kg；乙二胺四乙酸溶液的添加总量以乙二胺四乙酸溶液中乙二胺四乙酸与铅污染土壤的摩尔质量比为0.025mmol：1kg，这样的组合效果最好。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的不同处理对黑麦草生物量的检测图。
图2为本发明实施例2提供的不同处理对黑麦草生物量的检测图。
图3为本发明实施例3提供的不同处理对黑麦草生物量的检测图。
具体实施方式
实施例1
实验地点设在浙江工商大学环境学院温室内，盆栽试验土壤采自杭州郊外某农田，土壤类型为粘土。所有处理中铅浓度为750mg/kg（该浓度为种植黑麦草时土壤中铅的浓度），供试土壤过5mm筛后装盆，每盆18.5cm（直径）×21cm（高）装土2kg(干重），盆下垫托盘。
Pb以Pb(NO3)2水溶液的形式加入土壤，并充分混匀，加水至田间持水量的75%，在温室内稳定30天后用于试验，每盆种植250株黑麦草。
本实施例共设8个处理，分别为：不添加EDTA和DA-6(C)，添加2.5mM EDTA(T1)，叶喷1μM DA-6(T2)，叶喷10μM DA-6(T3)，叶喷100μM DA-6(T4)，直接加入土壤2.5mM EDTA+叶喷1μM DA-6(T5)，直接加入土壤2.5mM EDTA+叶喷10μM DA-6(T6)，直接加入土壤2.5mMEDTA+叶喷100μM DA-6(T7)。
每个处理均设3个重复。黑麦草种子发芽7天后，进行DA-6与EDTA的单独或联合添加，每隔一周进行DA-6叶喷或/和EDTA直接加入土壤中。DA-6与EDTA每次添加量都分别为5mL（体积比1:1），共添加4次。
于黑麦草发芽后第42天采集植物样，将收获的植物样品分为根部和地上部分，用自来水反复冲洗植株，最后用吸水纸将表面的水吸干。在75℃下烘干至衡重，称量干重后粉碎备用。
黑麦草生物量变化如图1所示。由图1可见，除EDTA处理外，不同处理都促进黑麦草的生长，表现为生物量的增加。与对照相比，EDTA单独处理下，黑麦草地上部分生物量下降了11.7%。DA-6单独处理下，随着投加浓度的增加，植物地上部分生物量呈先增加后降低的趋势，与对照相比，黑麦草的生物量增加了62.5%-96.8%，其中在T3处理时，植物生物量达到最大。同时添加EDTA和DA-6，植物的生物量随着DA-6浓度的增加呈现出先增加后降低的趋势，与对照相比，黑麦草的生物量增加了54.4%-84.8%，但与单一浓度DA-6处理相比，复合处理下黑麦草生物量下降。以上研究结果表明，DA-6有效缓解了土壤中EDTA对黑麦草生长的抑制。
表1不同处理下黑麦草体内Pb含量
表1可以看出，不同处理都促进黑麦草对Pb的提取和富集。施加DA-6显著促进了黑麦草根部和地上部分对Pb的吸收，与对照相比，根部和地上部分Pb含量分别增加了18.0%-60.1%和71.0%-143.2%，其中以10μMDA-6作用最显著。EDTA和DA-6复合处理对黑麦草Pb提取和富集起到协同的促进作用，与对照相比根部和地上部分Pb浓度分别增加了1.4-2.2和5.3-8.0倍。与DA-6单独作用相比，复合处理下根部和地上部分Pb浓度分别增加了1.0和2.7倍。其中在T6复合处理下，植物各部分Pb达到最大，根部和地上部分分别达到2998.6mg/kg和3372.0mg/kg，其地上部分Pb含量显著高于其他处理（P<0.05）。
表2不同处理对植物吸收Pb的影响
由表2可见，不同处理下，黑麦草对Pb的富集和转运系数都显著提高。叶喷DA-6，Pb在黑麦草体内的富集和转运系数随浓度的增加呈先上升后下降的趋势；与对照相比，DA-6与EDTA联合添加促进植物对Pb的提取和富集，植物对Pb的富集和转运系数分别增加了5.4-8.1和1.7-1.8倍，其中以T6复合处理下作用最显著。
表3不同处理对植物Pb提取量和提取效率的影响
由表3可知，黑麦草对Pb的提取效率为0.40%-1.12%。DA-6单独或与EDTA联合作用都显著促进了黑麦草对Pb的修复效率，其促进作用为DA-6+EDTA＞EDTA＞DA-6。不同处理中，T6复合处理下，黑麦草对Pb的提取量和提取效率达到最大值，该处理最有利于黑麦草修复Pb污染土壤。
上述实验结果表明，DA-6与EDTA联合作用显著提高了植物的生物量，促进植物对Pb的吸收和积累。其中，T6处理最适用于强化黑麦草修复铅污染土壤。
实施例2
实验地点设在浙江工商大学环境学院温室内，盆栽试验土壤采自杭州郊外某农田，土壤类型为粘土。所有处理中铅浓度为250mg/kg（该浓度即种植黑麦草的土壤中的铅浓度）。
供试土壤过5mm筛后装盆，每盆18.5cm（直径）×21cm（高）装土2kg(干重），盆下垫托盘。Pb以Pb(NO3)2水溶液的形式加入土壤，并充分混匀，加水至田间持水量的75%，在温室内稳定30天后用于试验，每盆种植250株黑麦草。
实验共设8个处理，分别为：不添加EDTA和DA-6(C)，添加2.5mMEDTA(T1)，叶喷1μM DA-6(T2)，叶喷10μM DA-6(T3)，叶喷100μM DA-6(T4)，2.5mM EDTA+叶喷1μM DA-6(T5)，2.5mM EDTA+叶喷10μM DA-6(T6)，2.5mM EDTA+叶喷100μM DA-6(T7)。
每个处理均设3个重复。黑麦草种子发芽7天后，进行DA-6与EDTA的单独或联合添加，每隔一周进行DA-6叶喷或/和EDTA直接加入土壤中。DA-6与EDTA每次添加量都分别为5mL，共添加4次。
于黑麦草发芽后第42天采集植物样，将收获的植物样品分为根部和地上部分，用自来水反复冲洗植株，最后用吸水纸将表面的水吸干。在75℃下烘干至衡重，称量干重后粉碎备用。
黑麦草生物量变化如图2所示。由图2可见，除EDTA处理外，不同处理都促进黑麦草的生长，表现为生物量的增加。与对照相比，EDTA单独处理下，黑麦草地上部分生物量下降了19.4%。DA-6单独处理下，随着投加浓度的增加，植物地上部分生物量呈先增加后降低的趋势，与对照相比，黑麦草的生物量增加了49.4%-73.8%，其中在T3处理时，植物生物量达到最大。同时添加EDTA和DA-6，植物的生物量随着DA-6浓度的增加呈现出先增加后降低的趋势，与对照相比，黑麦草的生物量增加了37.8%-67.0%，但与单一浓度DA-6处理相比，复合处理下黑麦草生物量下降。以上研究结果表明，DA-6有效缓解了土壤中EDTA对黑麦草生长的抑制。
表4不同处理下黑麦草体内Pb含量
表4可以看出，不同处理都促进黑麦草对Pb的提取和富集。施加DA-6显著促进了黑麦草根部和地上部分对Pb的吸收，与对照相比，根部和地上部分Pb含量分别增加了20.8%-59.6%和116.8%-205.8%，其中以10μMDA-6作用最显著。EDTA和DA-6复合处理对黑麦草Pb提取和富集起到协同的促进作用，与对照相比根部和地上部分Pb浓度分别增加了1.8-2.6和7.6-11.4倍。与DA-6单独作用相比，复合处理下根部和地上部分Pb浓度分别增加了1.4和3.1倍。其中在T6复合处理下，植物各部分Pb达到最大，根部和地上部分分别达到842.3mg/kg和540.6mg/kg，其地上部分Pb含量显著高于其他处理（P<0.05）。
表5不同处理对植物吸收Pb的影响
由表5可见，不同处理下，黑麦草对Pb的富集和转运系数都显著提高。叶喷DA-6，Pb在黑麦草体内的富集和转运系数随浓度的增加呈先上升后下降的趋势；与对照相比，DA-6与EDTA联合添加促进植物对Pb的提取和富集，植物对Pb的富集和转运系数分别增加了1.2-2.1和0.8-1.0倍，其中以T6复合处理下作用最显著。
表6不同处理对植物Pb提取量和提取效率的影响
黑麦草对Pb的提取效率为0.10%-2.0%（表6）。DA-6单独或与EDTA联合作用都显著促进了黑麦草对Pb的修复效率，其促进作用为DA-6+EDTA＞EDTA＞DA-6。不同处理中，T6复合处理下，黑麦草对Pb的提取量和提取效率达到最大值，该处理最有利于黑麦草修复Pb污染土壤。
上述实验结果表明，DA-6与EDTA联合作用显著提高了植物的生物量，促进植物对Pb的吸收和积累。其中，T6处理最适用于强化黑麦草修复铅污染土壤。
实施例3
实验地点设在浙江工商大学环境学院温室内，盆栽试验土壤采自杭州郊外某农田，土壤类型为粘土。所有处理中铅浓度为500mg/kg（该浓度即种植黑麦草的土壤中的铅浓度）。
供试土壤过5mm筛后装盆，每盆18.5cm（直径）×21cm（高）装土2kg(干重），盆下垫托盘。Pb以Pb(NO3)2水溶液的形式加入土壤，并充分混匀，加水至田间持水量的75%，在温室内稳定30天后用于试验，每盆种植250株黑麦草。
实验共设8个处理，分别为：不添加EDTA和DA-6(C)，添加2.5mMEDTA(T1)，叶喷1μM DA-6(T2)，叶喷10μM DA-6(T3)，叶喷100μM DA-6(T4)，2.5mM EDTA+叶喷1μM DA-6(T5)，2.5mM EDTA+叶喷10μM DA-6(T6)，2.5mM EDTA+叶喷100μM DA-6(T7)。
每个处理均设3个重复。黑麦草种子发芽7天后，进行DA-6与EDTA的单独或联合添加，每隔一周进行DA-6叶喷或/和EDTA直接加入土壤中。DA-6与EDTA每次添加量都分别为5mL，共添加4次。
于黑麦草发芽后第42天采集植物样，将收获的植物样品分为根部和地上部分，用自来水反复冲洗植株，最后用吸水纸将表面的水吸干。在75℃下烘干至衡重，称量干重后粉碎备用。
黑麦草生物量变化如图3所示。由图3可见，除EDTA处理外，不同处理都促进黑麦草的生长，表现为生物量的增加。与对照相比，EDTA单独处理下，黑麦草地上部分生物量下降了16.3%。DA-6单独处理下，随着投加浓度的增加，植物地上部分生物量呈先增加后降低的趋势，与对照相比，黑麦草的生物量增加了42.7%-69.7%，其中在T3处理时，植物生物量达到最大。同时添加EDTA和DA-6，植物的生物量随着DA-6浓度的增加呈现出先增加后降低的趋势，与对照相比，黑麦草的生物量增加了24.0%-51.8%，但与单一浓度DA-6处理相比，复合处理下黑麦草生物量下降。以上研究结果表明，DA-6有效缓解了土壤中EDTA对黑麦草生长的抑制。
表7不同处理下黑麦草体内Pb含量
表7可以看出，不同处理都促进黑麦草对Pb的提取和富集。施加DA-6显著促进了黑麦草根部和地上部分对Pb的吸收，与对照相比，根部和地上部分Pb含量分别增加了30.9%-57.6%和102.8%-186.5%，其中以10μMDA-6作用最显著。EDTA和DA-6复合处理对黑麦草Pb提取和富集起到协同的促进作用，与对照相比根部和地上部分Pb浓度分别增加了1.7-2.5和5.9-9.5倍。与DA-6单独作用相比，复合处理下根部和地上部分Pb浓度分别增加了1.2和2.8倍。其中在T6复合处理下，植物各部分Pb达到最大，根部和地上部分分别达到1775.1mg/kg和1381.6mg/kg，其地上部分Pb含量显著高于其他处理（P<0.05）。
表8不同处理对植物吸收Pb的影响
由表8可见，不同处理下，黑麦草对Pb的富集和转运系数都显著提高。叶喷DA-6，Pb在黑麦草体内的富集和转运系数随浓度的增加呈先上升后下降的趋势；与对照相比，DA-6与EDTA联合添加促进植物对Pb的提取和富集，植物对Pb的富集和转运系数分别增加了6.1-9.7和1.5-2.0倍，其中以T6复合处理下作用最显著。
表9不同处理对植物Pb提取量和提取效率的影响
黑麦草对Pb的提取效率为0.12%-2.2%（表9）。DA-6单独或与EDTA联合作用都显著促进了黑麦草对Pb的修复效率，其促进作用为DA-6+EDTA＞EDTA＞DA-6。不同处理中，T6复合处理下，黑麦草对Pb的提取量和提取效率达到最大值，该处理最有利于黑麦草修复Pb污染土壤。
上述实验结果表明，DA-6与EDTA联合作用显著提高了植物的生物量，促进植物对Pb的吸收和积累。其中，T6处理最适用于强化黑麦草修复铅污染土壤。
Claims (2)
1.一种利用安鲜脂和乙二胺四乙酸联合强化修复铅污染土壤的方法，其特征在于，包括如下步骤：在铅污染土壤上种植黑麦草，在黑麦草的生长过程中间隔添加安鲜脂溶液和乙二胺四乙酸溶液；
所述安鲜脂溶液的添加总量以安鲜脂溶液中安鲜脂与铅污染土壤的摩尔质量比为0.01～1μmol：1kg；所述乙二胺四乙酸溶液的添加总量以乙二胺四乙酸溶液中乙二胺四乙酸与铅污染土壤的摩尔质量比为0.02～0.03mmol：1kg；
所述铅污染土壤中铅浓度为250～750mg/kg；
所述安鲜脂溶液的浓度为1～100μM，所述乙二胺四乙酸溶液的浓度为2～3mM，每次添加的安鲜脂溶液和乙二胺四乙酸溶液的体积比为1:1；
待黑麦草发芽后第7天，以叶喷方式添加安鲜脂溶液，同时向铅污染土壤中添加乙二胺四乙酸溶液，共进行4次处理，每次处理的间隔为7天。
2.根据权利要求1所述利用安鲜脂和乙二胺四乙酸联合强化修复铅污染土壤的方法，其特征在于，所述安鲜脂溶液的浓度为10μM，所述乙二胺四乙酸溶液的浓度为2.5mM。
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