CN104001713B - 覆盖耐性植物提高牛膝菊修复果园镉污染土壤能力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种覆盖耐性植物提高牛膝菊修复果园镉污染土壤能力的方法，属于环境重金属污染的修复领域，包括以下步骤：于秋季开始，移栽两对真叶展开的牛膝菊幼苗于镉污染的果园土壤中，种植密度为10×10cm，将镉耐性植物通泉草晒干的秸秆剪碎至长度1±0.2cm后直接覆盖于土壤表面，平均225g/m²；浇水确保土壤水分保持在田间持水量的80％，进行牛膝菊的日常管理；收割处理：50天后待牛膝菊处于盛花期后，收割牛膝菊地上部分。本发明是一种成本低、可操作性强、环境友好且有效的修复果园重金属镉污染的方法。

Description

覆盖耐性植物提高牛膝菊修复果园镉污染土壤能力的方法

技术领域

本发明属于环境重金属污染的修复领域，尤其涉及一种植物修复果园镉污染土壤方法。

背景技术

近年来，重金属元素对环境的污染和破坏作用极为严重，越来越受到人们的关注。土壤重金属污染可以影响农作物产量和质量,并可通过食物链危害人类的健康。镉是一种毒性较大的重金属，是植物生长的非必需元素，具有不断积累、不易消除、易被吸收、毒害性高等特点。研究表明，镉对土壤酶及土壤中微生物有显著的抑制作用，能极大的减弱土壤肥力水平。镉会抑制植物的种子萌发，阻碍植株生长发育，并且还会使植物光合能力下降、叶绿素含量降低，能造成作物的产量与质量严重下滑。

对重金属污染土壤的各种修复治理技术中，植物修复技术能在不破坏土壤生态环境、保持土壤结构和微生物的状况下，通过植物的根系直接将大量的重金属吸收，从土壤中移去，从而修复被污染的土壤，具有可在污染现场进行、成本相对低廉、适用范围广等优点。但其也存在着土壤中重金属植物有效态浓度低和超富集植物绝大多数生长慢、生物量小等不足，限制了植物修复的推广与应用。为此，深入研究超富集植物吸收、运输和积累重金属的生理机制，从而通过适当的农艺措施提高植物修复效率，对重金属污染土壤的修复有极大的实际意义。

牛膝菊(拉丁名为Galinsogaparviflora)为菊科牛膝菊属一年生草本植物，果园杂草，是一种广泛分布的镉超富集植物。由于牛膝菊本身生物量相对较小，且镉含量相对其它镉超富集植物较低，如何提高牛膝菊修复果园土壤金属镉污染的能力是目前我们面临和将要解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种地表覆盖耐性植物秸秆提高牛膝菊修复果园镉污染土壤能力的方法，旨在进一步提高牛膝菊修复果园镉污染土壤的能力。

本发明是这样实现的：

一种覆盖耐性植物提高牛膝菊修复果园镉污染土壤能力的方法，包括以下步骤：

于秋季开始，移栽两对真叶展开的牛膝菊幼苗于镉污染的果园土壤中，种植密度为10×10cm，将镉耐性植物通泉草晒干的秸秆剪碎至长度1±0.2cm后直接覆盖于土壤表面，平均225g/m²；

浇水确保土壤水分保持在田间持水量的80％，进行牛膝菊的日常管理；

收割处理：50天后待牛膝菊处于盛花期后，收割牛膝菊地上部分。

作为选择，所述日常管理包括匀苗、除草除虫。

重金属耐性植物是指具有某种特殊的生理机制，在重金属严重污染的环境中，也能够正常生长、繁殖，但其地上部分的重金属含量相对很低的一类特殊植物。目前，对植物修复技术的研究多集中在植物根系分泌物、超富集植物-微生物联合修复、超富集植物与其他植物混种及利用改良剂和螯合剂等方面。

本发明方案利用植物的化感作用提高镉富集植物的镉提取量。化感作用(Allelopthy)是指各种植物(包括微生物)所释放的化学物质引起的生化相生相克作用，也有人称之为异株克生或相克相生，是自然界普遍存在的一种现象。它广泛地存在于农业生态系统之中，与植物对光、水分、养分和空间的竞争一起构成植物间以及与其他生物间的相互作用。随着诸多学科间相互渗透和交流，研究化感作用有助于更加合理的解释生态系统中植物组成与分布、群落演替、协同进化和生物入侵等现象，在农业可持续发展和生态环境保护方面具有较高的应用价值。

但对于土壤的农艺措施而言，通常要实现化感作用，都是将相应植物切断后直接施与土壤中，这样势必会增加不少的工作量，而且施入的植物通常都会选择同金属富集植物。

本发明人研究发现，只将合适的重金属耐性植物秸秆覆盖地表，而无需深埋土壤，对于合适的该植物而言，种植的重金属超富集植物也会受其化感作用影响对重金属的吸收。另外一方面，农田杂草作为一类人为与自然选择双重压力下产生的高度进化的植物类群，通常具有广泛的适应性、顽强的生命力、较大的生物量以及较强的吸收能力。最终，本发明人得出，覆盖耐性植物通泉草晒干的秸秆提高牛膝菊修复果园镉污染土壤能力。

本发明提供的一种地表覆盖耐性植物秸秆提高牛膝菊修复果园镉污染土壤能力的方法中的牛膝菊为菊科牛膝菊属一年生草本植物，是一种镉超富集植物。本发明充分利用了植物化感作用促进牛膝菊对镉的积累特性。将牛膝菊幼苗移栽至被重金属镉污染的果园土壤中，并将耐性植物秸秆覆盖于土壤表面，牛膝菊吸收积累污染土壤中的重金属镉，待地上部分形成一定生物量时，收割，从而达到覆盖耐性植物秸秆提高牛膝菊的镉积累量，提高修复果园土壤镉污染能力的目的。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了便于说明，仅仅示出了与本发明相关的部分。

本发明的实施例提供的一种地表覆盖耐性植物秸秆提高牛膝菊修复果园镉污染土壤能力的方法包括以下步骤：

牛膝菊采用直接移栽方式，将镉耐性植物晒干的秸秆剪碎后直接覆盖于土壤表面。

浇水确保土壤水分保持在田间持水量的80％左右，进行牛膝菊的日常管理(匀苗、除草除虫等)；

收割处理：50天后，对牛膝菊地上部分进行收割。

作为本发明实施例的一优化方案，采用直接移栽方式准备幼苗的方法如下：

自然条件下，将牛膝菊幼苗直接移栽于有镉重金属污染的果园土壤当中，种植密度为10×10cm。

作为本发明实施例的一优化方案，采用地表覆盖耐性植物的方法如下：

将镉耐性植物晒干的秸秆剪碎(长约1cm)后直接覆盖于牛膝菊土壤表面，平均225g/m²。

作为本发明实施例的一优化方案，牛膝菊收割的时间为：牛膝菊幼苗准备结束后50天后待牛膝菊处于盛花期后。

对比试验例1：盆栽试验

本发明实施例的实施地点：设在四川农业大学雅安校区农场。

本发明实施例采用盆栽模拟土壤重金属污染的方法，于秋季(9月初)开始，移栽的菊科牛膝菊属植物牛膝菊(拉丁名为Galinsogaparviflora)幼苗(两对真叶展开)，这些牛膝菊幼苗直接采自四川农业大学雅安校区农场(未污染区)。将牛膝菊幼苗种植于施加10mg/kg的重金属镉污染盆栽土壤中(土壤取自果园)，盆规格18×21cm(高×直径)，每盆装土4kg。将四种镉耐性植物车前草科车前草属植物车前草(拉丁名为Plantagoasiatica)、毛茛科毛莨属植物扬子毛茛(Ranunculussieboldii)、唇形科风轮菜属邻近风轮菜(拉丁名为Clinopodiumconfine)和玄参科通泉草属植物通泉草(拉丁名为Mazusjaponicus)晒干的秸秆剪碎(长约1cm)，直接覆盖于盆栽土壤表面，每盆覆盖6g，折合225g/m²。这些镉耐性植物均采自四川农业大学雅安校区农场(未污染区)。试验设置5个处理，分别为：未覆盖(CK)、覆盖扬子毛茛、覆盖邻近风轮菜、覆盖通泉草、覆盖车前草。每盆种植牛膝菊5株，每个处理重复3次。于透明遮雨棚内栽培，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，50天后待植株处于盛花期后，收获牛膝菊，测定植物体内的重金属镉含量。

发明实施例施加的重金属镉形态为CdCl₂·2.5H₂O，为分析纯试剂，以溶液的形式加入到土壤中，充分混匀，平衡四周后种植牛膝菊幼苗。

本发明实施例结果如下：

牛膝菊生物量测定结果见下述表1：

表1覆盖镉耐性植物秸秆的牛膝菊单株生物量特征

表l结果表明，地表覆盖镉耐性植物后，牛膝菊根系和茎秆的生物量较对照均有所降低，其中根系生物量经覆盖车前草处理后降低量最少，茎秆生物量经覆盖通泉草处理后降低量最少。牛膝菊叶片和地上部分生物量经覆盖通泉草处理后较对照都有一定提高，其分别增加了33.33％和2.68％，且牛膝菊叶片和地上部分的生物量大小顺序均为：覆盖通泉草＞未覆盖＞覆盖邻近风轮菜＞覆盖车前草＞覆盖扬子毛茛。牛膝菊根冠比大小顺序为：覆盖车前草＞未覆盖＞覆盖扬子毛茛＞覆盖邻近风轮菜＞覆盖通泉草。

覆盖镉耐性植物秸秆的牛膝菊镉含量测定结果见下述表2：

表2覆盖镉耐性植物秸秆的牛膝菊镉含量特征

注：BCF为富集系数：地上部分镉含量/土壤镉处理浓度，TF为转移系数：地上部分镉含量/根系镉含量。

表2结果表明，地表覆盖镉耐性植物后，牛膝菊根系镉含量较对照均有所提高，其大小顺序为：覆盖车前草＞覆盖通泉草＞覆盖扬子毛茛＞覆盖邻近风轮菜＞未覆盖。牛膝菊茎秆镉含量大小顺序为：覆盖通泉草＞覆盖车前草＞未覆盖＞覆盖扬子毛茛＞覆盖邻近风轮菜。牛膝菊叶片镉含量大小顺序为：覆盖车前草＞覆盖扬子毛茛＞覆盖邻近风轮菜＞未覆盖＞覆盖通泉草，地上部分镉含量大小顺序为：覆盖车前草＞覆盖通泉草＞未覆盖＞覆盖扬子毛茛＞覆盖邻近风轮菜。牛膝菊BCF大小顺序为：覆盖车前草＞覆盖通泉草＞未覆盖＞覆盖扬子毛茛＞覆盖邻近风轮菜，TF大小顺序为：覆盖通泉草＞未覆盖＞覆盖扬子毛茛＞覆盖车前草＞覆盖邻近风轮菜。

覆盖镉耐性植物秸秆的牛膝菊镉积累量测定结果见下述表3：

表3覆盖镉耐性植物秸秆的牛膝菊镉积累量

表3结果表明，地表覆盖镉耐性植物后，牛膝菊根系镉积累量均低于未覆盖。牛膝菊茎秆镉积累量大小顺序为：覆盖通泉草＞未覆盖＞覆盖车前草＞覆盖扬子毛茛＞覆盖邻近风轮菜，叶片、地上部分及整株镉积累量的大小顺序均为：覆盖通泉草＞未覆盖＞覆盖车前草＞覆盖邻近风轮菜＞覆盖扬子毛茛。可见，覆盖通泉草处理使牛膝菊茎秆、叶片、地上部分和整株的镉积累量都达到最大值，且唯有覆盖通泉草后其镉积累量高于未覆盖，说明覆盖通泉草处理对提高牛膝菊镉积累量效果最佳。

对比试验例2：小区试验

本发明实施例的实施地点：设在四川农业大学雅安校区农场。

本发明实施例采用小区试验土壤重金属污染的方法，移栽的菊科牛膝菊属植物牛膝菊(拉丁名为Galinsogaparviflora)幼苗(两对真叶展开)，这些植物幼苗直接采自四川农业大学雅安校区农场(未污染区)。将牛膝菊幼苗种植于施加2.5mg/kg重金属镉污染的小区土壤中(土壤取自果园)，每个小区面积1.0m²(1.0×1.0m)。将四种镉耐性植物车前草科车前草属植物车前草(拉丁名为Plantagoasiatica)、毛茛科毛莨属植物扬子毛茛(Ranunculussieboldii)、唇形科风轮菜属邻近风轮菜(拉丁名为Clinopodiumconfine)和玄参科通泉草属植物通泉草(拉丁名为Mazusjaponicus)晒干的秸秆剪碎(长约1cm)，直接覆盖于盆栽土壤表面，每平方米225g。这些镉耐性植物均采自四川农业大学雅安校区农场(未污染区)。试验设置5个处理，分别为：未覆盖(CK)、覆盖扬子毛茛、覆盖邻近风轮菜、覆盖通泉草、覆盖车前草，每个处理3次重复(三个小区)。每个小区的植物种植密度为100株/m²(所有植物行距均为10cm)。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，50天后待植株处于盛花期后，收割植物地上部分，测定植物体内的重金属镉含量。

发明实施例施加的重金属镉形态为CdCl₂·2.5H₂O，为分析纯试剂，以溶液的形式加入到土壤中，充分混匀，平衡四周后种植牛膝菊幼苗。

小区试验单位面积的牛膝菊生物量及对镉的积累量测定结果见下述表4：

表4小区试验单位面积的牛膝菊生物量及对镉的积累量

表4结果表明，通过小区试验，地表覆盖镉耐性植物后，牛膝菊地上部分镉含量大

小顺序为：覆盖通泉草＞覆盖车前草＞未覆盖＞覆盖扬子毛茛＞覆盖邻近风轮菜，地上

部分生物量大小顺序为：覆盖通泉草＞未覆盖＞覆盖邻近风轮菜＞覆盖车前草＞覆盖扬

子毛茛。牛膝菊地上部分镉积累量大小顺序为：覆盖通泉草＞未覆盖＞覆盖车前草＞覆

盖邻近风轮菜＞覆盖扬子毛茛，其中，覆盖通泉草的牛膝菊地上部分镉积累量较未覆盖

提高了7.05％。因此，地表覆盖通泉草能使牛膝菊地上部分镉积累量显著提高，说明地

表覆盖通泉草是提高牛膝菊修复果园镉污染土壤能力的最佳方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神

和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种覆盖耐性植物提高牛膝菊修复果园镉污染土壤能力的方法，其特征在于包括以下步骤：于秋季开始，移栽两对真叶展开的牛膝菊幼苗于镉污染的果园土壤中，种植密度为10×10cm，将镉耐性植物通泉草晒干的秸秆剪碎至长度1±0.2cm后直接覆盖于土壤表面，平均225g/m²；浇水确保土壤水分保持在田间持水量的80％，进行牛膝菊的日常管理；

收割处理：50天后待牛膝菊处于盛花期后，收割牛膝菊地上部分。

2.如权利要求1所述的覆盖耐性植物提高牛膝菊修复果园镉污染土壤能力的方法，其特征在于，所述日常管理包括匀苗、除草除虫。