CN104148378A - 一种修复农田镉污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环境中重金属污染的植物修复技术领域，具体为修复农田镉污染土壤的方法。该方法为：将水蜈蚣种植于Cd污染的农田土壤中，利用水蜈蚣对重金属Cd的显著的富集特性，吸收积累农田中的重金属Cd，并将其一部分转运到其地上的植株当中，并且通过对定期收割的其地上部分进行灰化处理，或同时将地上和地下部均收获，然后进行灰化处理，实现对Cd污染的农田土壤进行修复。发明人通过试验研究发现，水蜈蚣对Cd具有显著的富集特性。本发明利用水蜈蚣对Cd的这种富集特性，可吸收积累Cd，并将其一部分转运到地上部，通过对定期收割的地上部分进行灰化处理，或同时将地下部收获并进行灰化处理，以达到修复Cd污染农田土壤的目的。

Description

一种修复农田镉污染土壤的方法

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，即利用一种莎草科植

物来修复土壤重金属镉污染，具体为采用植物水蜈蚣来修复农田重金属镉污染的土壤。

 

背景技术

土壤是人类赖以生存的自然环境和农业生产的重要资源。在许多发达国家和发展中国家都面临着土壤污染严重阻碍农业生产的问题。人类活动导致的土壤重金属污染是当前全球迫切需要解决的重要环境问题之一。重金属在土壤中的自然净化过程十分漫长，一旦污染土壤，其危害将是长期的，不仅严重危害作物生产，且经由食物链危害人畜健康。镉（Cd）是一种生物毒性极强的重金属元素，可导致土壤退化、农作物产量和品质降低，也可通过直接接触、食物链传递等途径危及人类的生命和健康。

Cd污染土壤的传统治理方式主要是物理和化学的固定法。虽然能够一定程度上减小Cd的危害，但往往投资昂贵，大多数只能暂时缓解Cd危害，而且有可能造成二次污染。植物修复技术是目前经济有效的Cd污染土壤修复方法之一。具有安全、廉价、可持续等优点。植物修复就是筛选和培育特种植物，特别是对Cd具有超常规吸收和富集能力的植物，种植在Cd污染的土壤上，让植物把土壤中的Cd吸收起来，再将收获植物中的Cd元素加以回收利用。作为一种廉价的绿色治理技术，植物修复已成为国际研究的新热点。Cd的超富集植物也逐渐被发现，但目前发现的绝大多数超富集植物存在种类少、生长速度慢、地域性强等问题，限制了其在大面积污染土壤修复中的应用。因此，筛选生长迅速、生命力强、能够适应不同气候条件的植物对Cd污染农田土壤进行修复，具有重要的意义。

 

发明内容

本发明的目的是针对上述可用于土壤Cd污染植物修复的植物品种资源不足及已发现超富集植物生长速度慢、生物量小、地域性强等问题，提供水蜈蚣在Cd污染农田土壤修复中的应用。

本发明的具体技术方案为：

水蜈蚣在修复Cd污染农田土壤中的应用，将水蜈蚣种植于Cd污染的农田土壤中，对Cd污染的农田土壤进行修复。所述的农田土壤为按照质量比为1:1的比例在土壤中添加腐殖土后混合的土壤。在该土壤上按照以下方法种植水蜈蚣比一般土壤上按照以下方法种植水蜈蚣，其对Cd的富集效果更为明显。

水蜈蚣的种植方法为：（1）播种，将水蜈蚣种子直播种植于Cd污染的农田土壤中。（2）直接移栽，直接移栽于Cd污染的土壤中。

水蜈蚣的生命力很强，易于成活，可进行直接移栽或将种子直播于Cd污染农田土壤上生长，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，其生长速度快，属于多年生草本植物，前一年撒落的种子次年可自然萌发生长，不需每年栽种，前一年留在土壤中的根可自然生长出新的水蜈蚣幼苗。

作为优选，水蜈蚣应用种植步骤为：

幼苗准备：（1）种子直播方式。每年三月或四月将采集到的水蜈蚣（Kyllinga brevifolia Rottb）种子直接播种于有Cd污染的农田土壤当中。（2）移栽方式。每年四月底或五月一般农田中已萌发的水蜈蚣幼苗直接移栽于有Cd污染的农田土壤当中。

（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，无灌溉设施的污染农田可让其自然生长。

（3）收割处理：90天后收割植物的地上部分，并对收割的地上部分进行灰化处理，地下部可继续发芽。其自然散播种子在次年二月或三月自然萌发，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Cd，能有效降低污染农田土壤中的Cd的含量，从而修复污染农田土壤。

本发明中的水蜈蚣，为莎草科多年生草本植物（拉丁名为Kyllinga brevifolia Rottb），经试验研究，证明其主要对Cd具有富集特性。本发明充分利用了水蜈蚣对Cd的富集特性，将其幼苗移栽或将其种子直播至被Cd污染的农田土壤中，吸收积累污染土壤中的Cd，降低污染农田土壤中Cd的含量，待地上部分形成一定生物量时，可收割地上部进行连续提取Cd，从而达到减少污染农田土壤中Cd含量的目的

本发明的积极效果体现在：发明人通过试验研究发现，水蜈蚣对Cd具有显著的富集特性。本发明利用水蜈蚣对Cd的这种富集特性，将其种植于Cd污染农田土壤中，可吸收积累Cd，并将其一部分转运到地上部，通过对定期收割的地上部分进行灰化处理，或同时将地下部收获并进行灰化处理，以达到修复Cd污染农田土壤的目的。在一定的Cd污染浓度范围内，水蜈蚣的Cd富集能力随着土壤中的Cd浓度的增加而增加,在10和50 mg kg^-1 Cd处理时增加趋势明显，在200 mg kg^-1 Cd处理时其对Cd的积累量最高。由于水蜈蚣分布广泛，生命力极强，易于成活，生长速度快，在我国江苏、安徽、浙江、福建、江西、湖南、湖北、广西、广东、四川、云南、东北等大部分地区均有分布，且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Cd污染农田土壤的植物修复开发了新的植物资源，为植物修复技术的发展提供的新的材料依据。

 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明，但不限制本发明的范围。

实施例1：

盆栽试验

试验地点设在四川农业大学教学科研园区有防雨设施的网室中。

采用盆栽模拟土壤Cd污染的方法，将水蜈蚣（Kyllinga brevifolia Rottb）幼苗移栽于添加Cd的盆栽土壤中。本试验于2013年6月开始，移栽的水蜈蚣采自四川省雅安市雨城区大兴镇，每盆4棵，3次重复。添加浓度为2 mg kg^-1（Cd1）、10 mg kg^-1 （Cd2）、25 mg kg^-1 （Cd3）、50 mg kg^-1 （Cd4）和200 mg kg^-1 （Cd5），投加的Cd形态为CdCl₂·2.5H₂O，为分析纯试剂，以溶液形式加入到土壤中，充分混匀，平衡4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90天后收获植株，测定水蜈蚣器官中Cd的生物量和含量，分析其积累量、富集系数和迁移系数。

在50 mg kg^-1 Cd处理时，水蜈蚣地上部Cd含量与对照相比，显著增加（P<0.05），在200 mg kg^-1 Cd处理时，地上部Cd含量达到最大值307.14 mg kg^-1，地下部Cd含量达到719.40 mg kg^-1。表明水蜈蚣较强的Cd富集能力。水蜈蚣地上部Cd积累量随着Cd处理浓度的增加而增加，在10和50 mg kg^-1 Cd处理时表现出显著的增加趋势。在200 mg kg^-1 Cd处理时，其地上部Cd积累量达到最大值1154.94 μg pot^-1。地下部Cd积累量也在10和50 mg kg^-1 Cd处理时表现出显著的增加趋势。在200 mg kg^-1 Cd处理时，其地下部Cd积累量达到最大值1386.68 μg pot^-1。水蜈蚣的Cd富集系数随着Cd处理浓度的增加先降低后增加，在2 mg kg^-1 Cd处理时为最大值16.77，在100 mg kg^-1 Cd处理时为最小值1.06，在200 mg kg^-1 Cd处理时又有一定程度的增加，为1.54。

     将该盆栽试验在同等条件下种植与露天矿场，试验结果与盆栽试验相差较小，证明可以转为工业运用。

对比例1：

按照以上方法进行处理，仅将土壤改为添加腐殖土，其土壤与腐殖土的添加比例按质量比计为1:1，添加腐殖土土壤中生长水蜈蚣的生物量显著增加，在不同浓度Cd处理条件下，添加腐殖土土壤中生长水蜈蚣地上部生物量分别是未添加腐殖土的2.64、1.53、8.12、35.59、3.44、5.93和2.20倍，地下部是后者的2.88、0.89、5.35、16.90、6.97、6.78和5.72倍。添加腐殖土后，水蜈蚣Cd积累量明显增加，在10、25和50 mg kg^-1 Cd处理条件下，添加腐殖土土壤中生长水蜈蚣的地上部Cd积累量分别是未添加腐殖土土壤中生长水蜈蚣的3.04、10.59和1.98倍。在10、25、50、100和200 mg kg^-1 Cd处理条件下，添加腐殖土土壤中生长水蜈蚣的地下部Cd积累量分别是未添加腐殖土土壤中生长水蜈蚣的2.50、20.19、6.03、3.65和5.08倍。

本发明的实施不仅限于盆栽土壤，还可在Cd污染农田中进行使用。加之水蜈蚣为喜湿植物，不仅能够在一般农田土壤中良好生长，在水田中也能表现出良好的长势。在当今社会水稻Cd污染问题受到越来越多的关注的形式下，将由于水蜈蚣用于Cd污染水田的修复，也具有很大的实际意义。 

Claims (8)

1.一种修复农田重金属镉污染土壤的方法，其特征在于采用水蜈蚣修复

农田重金属镉污染的土壤，其具体方法为：将水蜈蚣种植于Cd污染的农田土壤中，利用水蜈蚣对重金属Cd的显著的富集特性，吸收积累农田中的重金属Cd，并将其一部分转运到其地上的植株当中，并且通过对定期收割的其地上部分进行灰化处理，或同时将地上和地下部均收获，然后进行灰化处理，实现对Cd污染的农田土壤进行修复。

2.根据权利要求1或权利要求所述的修复农田重金属镉污染土壤的方法，其特征在于：所述的农田土壤为按照质量比为1:1的比例在土壤中添加腐殖土后混合的土壤。

3.根据权利要求1所述的修复农田重金属镉污染土壤的方法，其特征在于：所述的将水蜈蚣种植于Cd污染的农田土壤中，其种植方法为将水蜈蚣的种子进行播种或将水蜈蚣幼苗直接移栽。

4.根据权利要求3所述的修复农田重金属镉污染土壤的方法，其特征在于：所述的将水蜈蚣种子进行播种，其播种时间为每年三月或四月。

5.根据权利要求3所述的修复农田重金属镉污染土壤的方法，其特征在于：所述的将水蜈蚣幼苗直接移栽，其具体为将每年三月或四月播种水蜈蚣种子得到的水蜈蚣幼苗，在每年四月底或五月进行移栽。

6.根据权利要求1所述的修复农田重金属镉污染土壤的方法，其特征在于：所述显著的富集特性是指重金属镉的污染浓度在200 mg kg^-1 Cd处理时，水蜈蚣的地上部富集Cd的含量达到最大值307.14 mg kg^-1，地下部Cd含量达到719.40 mg kg^-1，水蜈蚣地上部Cd积累量随着Cd处理浓度的增加而增加。

7.根据权利要求1所述的修复农田重金属镉污染土壤的方法，其特征在于：所述显著的富集特性是指在10和50 mg kg^-1 Cd处理时表现出显著的增加趋势；

在10 mg kg^-1 Cd处理时，其地上部Cd积累量达到最大值115.94 μg pot^-1；

地下部Cd积累量也在10和50 mg kg^-1 Cd处理时表现出显著的增加趋势；

在25 mg kg^-1 Cd处理时，其地下部Cd积累量达到最大值1386.68 μg pot^-1。

8.根据权利要求1或权利要求2所述的修复农田重金属镉污染土壤的方法，其特征在于：所述的将水蜈蚣种植于Cd污染的农田土壤中，其种植需要进行：

（1）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，无灌溉设施的污染农田可让其自然生长；水蜈蚣为喜湿植物，若能适度增加其生长土壤的含水量，则有助于其更好地生长和富集重金属Cd；水蜈蚣具有较强的争水争肥能力，在土壤肥力较低的情况下也能够较好生长；提高土壤肥力，更多的营养元素被水蜈蚣利用，对其吸收和积累Cd将具有很大的促进作用；

（2）收割处理：60天后收割植物的地上部分，并对收割的地上部分进行灰化处理，地下部可继续发芽，其自然散播种子在次年二月或三月自然萌发，不需每年栽种。