CN104025863B - 施用超富集植物提高牛膝菊修复镉污染土壤能力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种施用超富集植物提高牛膝菊修复镉污染土壤能力的方法，环境重金属污染的修复领域，于秋季将剪碎后的红果黄鹌菜晒干的秸秆直接施入果园土壤中，直接移栽两对真叶展开的牛膝菊幼苗，或者采用种子直接撒播方式进行牛膝菊幼苗准备；浇水确保田间土壤水分持水量为80％，进行牛膝菊的日常管理；收割处理：50天后，对牛膝菊的地上部分进行收割。本发明提供的土壤施用红果黄鹌菜晒干的秸秆提高牛膝菊单位面积的镉提取量，较未施用(对照)提高了13.8％。本发明是一种成本低、可操作性强、环境友好且有效的修复重金属镉污染的方法。

Description

施用超富集植物提高牛膝菊修复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的方法。

背景技术

20世纪以来科学技术迅猛发展，促进了经济的发展，提高了人民的生活水平，然而，与此同时，由于工业“三废”机动车尾气的排放、污水灌溉和农药、除草剂、化肥等的使用以及矿业的发展，严重地污染了土壤、水质和大气。而重金属“五毒”之一的镉(Cd)在环境中的污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性等特点，在土壤中滞留时间长、不能被降解，经食物链等途径最终影响人类健康，影响甚大。“镉大米”事件就是因土壤被镉污染而造成的。因此，镉污染土壤急需得到治理。今年我国将启动重金属污染耕地修复综合治理工作，农业部主张按照“因地制宜、政府引导、农民自愿、收益不减”的基本思路，科学合理确定技术路线配套措施。目前重金属植物修复技术被普遍认为具有物理、化学修复方法所无法比拟的优势，如费用低廉、不破坏场地结构、不造成二次污染等，已成为修复土壤重金属污染研究领域的一项新兴技术。已发现的超富集植物有：印度芥菜、遏蓝菜、蜈蚣草等450多种。由于已知的超富集植物地上部生物量普遍偏小，生长慢，而且很多来源于重金属矿山(属于矿山生态型)，对果园土壤环境适应能力较差，生长范围狭窄，限制了植物修复技术的推广应用。

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，是一种广泛分布的秋冬季节生长的镉超富集植物。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施用超富集植物秸秆提高牛膝菊修复镉污染果园土壤能力的方法，旨在进一步提高牛膝菊修复镉污染果园土壤的能力。

一种施用超富集植物提高牛膝菊修复镉污染土壤能力的方法，包括以下步骤：

于秋季将剪碎后的红果黄鹌菜秸秆直接施入有镉重金属污染的果园土壤中，直接移栽两对真叶展开的牛膝菊幼苗，或者采用种子直接撒播方式进行牛膝菊幼苗准备；

浇水确保田间土壤水分持水量为80％，进行牛膝菊的日常管理；

收割处理：50天后，对牛膝菊的地上部分进行收割。

作为选择，采用直接移栽方式准备植物幼苗的方法如下：

自然条件下，将红果黄鹌菜晒干的秸秆剪碎至长度0.5±0.02cm施入有镉重金属污染的果园土壤，再将采集到的牛膝菊幼苗直接移栽于土壤当中，种植密度均为10×10cm。

作为选择，种子直播方式准备幼苗的方法如下：

在自然条件下，将红果黄鹌菜晒干的秸秆剪碎至长度0.5±0.02cm施入有镉重金属污染的果园土壤，再将采集到的牛膝菊种子直接播种于土壤中，幼苗长出后匀苗，密度控制在10×10cm。

作为选择，所述日常管理包括匀苗、清除杂草。

本申请方案利用植物化感作用施用红果黄鹌菜秸秆提高牛膝菊的镉提取量。高等植物的化感作用是指高等植物次生代谢产生的化学物质释放到环境中，对其它临近植物或自身(即自身他感，也称自毒)产生的不利或有利的作用。植物化感作用存在于植物的各种器官中，传统认为，植物化感物质通过雨雾淋溶、自然挥发、根系分泌和植株分解4种途径释放到环境中。

本发明人经研究发现，将一种超富集植物的秸秆施入土壤中，再在这种土壤上种植另一种超富集植物，那么这土壤中超富集植物秸秆的大部分化感物质就会进入土壤并被另一种超富集植物根系吸收和利用，这样可直接影响到另一种超富集植物对土壤重金属的吸收与积累，从而有可能提高另一种超富集植物对土壤重金属的积累和修复能力。因此，本发明人发现通过超富集植物红果黄鹌菜晒干的秸秆施入土壤可提高另一种超富集植物牛膝菊对土壤重金属污染的修复能力，有利于加快重金属污染土壤的植物修复进程。

本发明提供的一种施用超富集植物秸秆提高牛膝菊修复镉污染果园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，是一种秋冬季节生长的镉超富集植物；红果黄鹌菜为菊科黄鹌菜属植物，是一种夏季生长的镉超富集植物。本发明充分利用了植物化感作用提高牛膝菊对重金属镉的积累特性，将红果黄鹌菜晒干的秸秆施入果园土壤中，再种植牛膝菊，提高牛膝菊提取污染果园土壤中的重金属镉，待地上部分形成一定生物量时，收割，从而达到土壤施用红果黄鹌菜秸秆提高牛膝菊单位面积的镉提取量，提高牛膝菊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施用超富集植物秸秆提高牛膝菊修复镉污染土壤能力的方法包括以下步骤：

采用直接移栽方式，也可采用种子直播方式进行牛膝菊和红果黄鹌菜幼苗准备，种植密度均为10×10cm，分开种植。

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，进行牛膝菊和红果黄鹌菜的日常管理(匀苗、清除杂草等)；

收割处理：50天后，对牛膝菊和红果黄鹌菜的地上部分进行收割。

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，将采集到的牛膝菊直接移栽于有镉重金属污染并且施用了红果黄鹌菜秸秆的果园土壤中，种植密度均为10×10cm。

作为本发明实施例的一优化方案，种子直播方式准备幼苗的方法如下：

在自然条件下种子直播方式，将红果黄鹌菜晒干的秸秆剪碎(长约0.5cm)施入镉污染的果园土壤中，再将采集到的牛膝菊直接播种于土壤当中。

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，将四种夏季生长的镉超富集植物茄科茄属植物龙葵(拉丁名为Solanumnigrum)、菊科黄鹌菜属红果黄鹌菜(拉丁名为Youngiaerythrocarpa)、菊科豨莶属植物豨莶(Siegesbeckiaorientalis)和菊科鬼针草属植物三叶鬼针草(拉丁名为Bidenspilosa)晒干的秸秆剪碎(长约0.5cm)，直接施入重金属镉含量为40mg/kg的盆栽土壤中(土壤取自果园)，混合均匀，盆规格18×21cm(高×直径)，每盆装土3kg，每盆施用量6g，折合施用量为每公斤土2g。平衡一周后移栽秋冬季节生长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)，牛膝菊幼苗及镉超富集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：未施用(CK)、土施龙葵、土施红果黄鹌菜、土施豨莶、土施三叶鬼针草。每盆种植牛膝菊4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，平衡四周后施入镉超富集植物秸秆，再平衡一周后种植牛膝菊。

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施用镉超富集植物的牛膝菊单株生物量特征

表l结果表明，与未施用(CK)相比，土施红果黄鹌菜明显提高了牛膝菊根系、茎秆、叶片和地上部分单株生物量，而土施龙葵、土施豨莶、土施三叶鬼针草则降低了牛膝菊根系、茎秆、叶片和地上部分单株生物量。就根冠比而言，土施镉超富集植物的牛膝菊的根冠比要比未施用的高，这说明土施镉超富集植物有利于增加牛膝菊根系所占比重，其中土施豨莶的牛膝菊的根冠比最高。

施用镉超富集植物的牛膝菊镉含量测定结果见下述表2：

表2施用镉超富集植物的牛膝菊镉含量特征

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

表2结果表明，与未施用(CK)相比，土施镉超富集植物的牛膝菊的根系镉含量明显下降；土施红果黄鹌菜、土施豨莶和土施三叶鬼针草的牛膝菊茎秆镉含量、叶片镉含量和地上部分镉含量则明显升高，土施龙葵的牛膝菊的根系、茎秆、叶片和地上部分镉含量降低。牛膝菊的地上部分镉含量的大小顺序为：土施红果黄鹌菜>土施三叶鬼针草>土施豨莶>未施用(CK)>土施龙葵。从富集系数(BCF)和转运系数(TF)来看，施用后的富集系数大小顺序为：土施红果黄鹌菜>土施三叶鬼针草>土施豨莶>未施用(CK)>土施龙葵，转运系数大小顺序为：土施龙葵>土施红果黄鹌菜>土施三叶鬼针草>土施豨莶>未施用(CK)。这些结果说明了土施红果黄鹌菜、土施三叶鬼针草、土施豨莶能提高牛膝菊对镉的富集能力，并在一定程度上提高了镉从牛膝菊根系向地上部分转移的能力。

施用镉超富集植物的牛膝菊镉积累量测定结果见下述表3：

表3施用镉超富集植物的牛膝菊镉积累量

表3结果表明，与未施用(CK)相比，土施红果黄鹌菜提高了牛膝菊根系、茎秆、叶片、地上部分和整株的镉积累量，而土施龙葵与土施豨莶则明显降低了牛膝菊根系、茎秆、叶片、地上部分和整株的镉积累量。土施三叶鬼针草的牛膝菊茎秆、叶片、地上部分和整株的镉积累量方面也较未施用(CK)有所提高，但效果没有土施红果黄鹌菜明显。因此，土壤施用红果黄鹌菜能显著提高牛膝菊的镉积累量。

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，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，施用浓度为2.5mg/kg，充分混匀，平衡四周后施入镉超富集植物秸秆。四种镉超富集植物的施用方法为：将茄科茄属植物龙葵(拉丁名为Solanumnigrum)、菊科黄鹌菜属红果黄鹌菜(拉丁名为Youngiaerythrocarpa)、菊科豨莶属植物豨莶(Siegesbeckiaorientalis)和菊科鬼针草属植物三叶鬼针草(拉丁名为Bidenspilosa)晒干的秸秆剪碎(长约0.5cm)，直接施入重金属镉含量为2.5mg/kg的小区土壤中(土壤取自果园)，混合均匀，施用量为平方米土0.84kg，施入深度30cm。镉超富集植物秸秆施入土壤平衡一周后将菊科牛膝菊属植物牛膝菊(拉丁名为Galinsogaparviflora)幼苗(两对真叶展开)种植于小区土壤中(土壤取自果园)，每个小区面积1.0m²(1.0×1.0m)。这些牛膝菊幼苗和四种镉超富集植物秸秆均直接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：未施用(CK)、土施龙葵、土施红果黄鹌菜、土施豨莶、土施三叶鬼针草，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(所有植物行株距均为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，测定植物体内的重金属镉含量。

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，与试验例1相同，土施镉超富集植物后，牛膝菊单位面积地上部分镉含量均有所增加(土施龙葵除外)。与未施用(CK)相比，土施红果黄鹌菜的牛膝菊单位面积地上部分生物量和地上部分镉积累量均有明显增加，较对照增加了13.8％，而土施龙葵、土施豨莶的牛膝菊单位面积地上部分生物量和地上部分镉积累量均有所减少。土施三叶鬼针草的牛膝菊单位面积地上部分镉积累量有所增加，但没有土施红果黄鹌菜明显。

综合以上数据，可以得出结论：在镉污染果园土壤中，土壤施用红果黄鹌菜能够明显提高牛膝菊对果园土壤镉污染的修复能力，可以应用于生产中。

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 (4)

1.一种施用超富集植物提高牛膝菊修复镉污染土壤能力的方法，其特征在于包括以下步骤：

于秋季将剪碎后的红果黄鹌菜秸秆直接施入有镉重金属污染的果园土壤中，直接移栽两对真叶展开的牛膝菊幼苗，或者采用种子直接撒播方式进行牛膝菊幼苗准备；

浇水确保田间土壤水分持水量为80%，进行牛膝菊的日常管理；

收割处理：50天后，对牛膝菊的地上部分进行收割。

2.如权利要求1所述的施用超富集植物提高牛膝菊修复镉污染土壤能力的方法，其特征在于，采用直接移栽方式准备植物幼苗的方法如下：

自然条件下，将红果黄鹌菜晒干的秸秆剪碎至长度0.5±0.02cm施入有镉重金属污染的果园土壤，再将采集到的牛膝菊幼苗直接移栽于土壤当中，种植密度均为10×10cm。

3.如权利要求1所述的施用超富集植物提高牛膝菊修复镉污染土壤能力的方法，其特征在于，种子直接撒播方式准备幼苗的方法如下：

在自然条件下，将红果黄鹌菜晒干的秸秆剪碎至长度0.5±0.02cm施入有镉重金属污染的果园土壤，再将采集到的牛膝菊种子直接撒播于果园土壤中，幼苗长出后匀苗，密度控制在10×10cm。

4.如权利要求1所述的施用超富集植物提高牛膝菊修复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、清除杂草。