CN104759455A - 多年生草本植物天胡荽在富集提取污染土壤中的镉及其他重金属中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多年生草本植物天胡荽在富集提取污染土壤中的镉及其他重金属中的应用。通过本发明的方法，不仅能富集大量的镉及其他重金属于天胡荽的地上部，还能通过收割其地上部提取和回收土壤中的镉及其他重金属，从而达到在不改变土质的条件下，对重金属污染土壤进行原位植物修复的目的。本发明方法可用于矿业废弃地涉镉的多重金属复合污染土壤以及用含重金属污水灌溉而导致镉含量超标的农田土壤的植物修复。

Description

多年生草本植物天胡荽在富集提取污染土壤中的镉及其他重金属中的应用

技术领域

本发明涉及一种草本植物天胡荽的应用方法，特别涉及将其应用于富集提取重金属污染土壤中镉及其他重金属的方法。属于土壤修复技术领域。

背景技术

随着矿产资源开采、冶炼、加工等生产活动的发展，工业区周边的土壤普遍受到多种重金属复合污染，危及周边居民生产生活，环境隐患重重。尤其是镉，污染最为严重。对生物来说，镉是最毒的金属元素，不能被微生物降解，其污染为不可逆的积累过程。土壤中镉超过一定限度不仅严重影响作物的产量、品质，而且极易通过食物链在人体内积累并危害人体健康。因此，镉污染土壤的治理一直是环保领域的重大课题。

土壤重金属污染的治理途径包括物理及工程措施、化学修复技术、微生物修复技术等。这些方法中，化学修复法在消耗大量的化学药剂的同时还产生二次污染。而物理及工程措施则需要专门的设备不仅成本太高而且还不适合大面积污染农田的修复。因此，技术人员目前需要研发的是一种重金属污染土壤中的镉的去除方法，它在净化土壤的同时也可实现有价金属的回收利用且不破坏土壤生态环境和不造成二次污染。

天胡荽(Hydrocotyle sibthorpioides)属于伞形科多年生草本植物，茎匍匐细弱分枝，适应性广，覆盖能力强，可在短时间形成致密草坪，分布于我国华东、华南、西南、中南各地。以往的作用在于，全草入药，具备利尿、止咳、散结消肿、清热解毒等功效，可用用于黄疸型传染性肝炎，肝硬化腹水，胆石症，泌尿系感染，泌尿系结石，伤风感冒，咳嗽，百日咳，咽喉炎，扁桃体炎，目翳；外用治湿疹，带状疱疹。目前，现有技术中从未见有关将其应用于重金属污染土壤修复方面的研究报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种富集重金属的能力强，操作简单，对土壤的修复即安全又环保的植物富集提取污染土壤中镉及铅、锌等其它重金属的方法。

发明人通过多年的研究和分析，其中共采集了60多科共450多种植物和大量土壤样品，分析了植物及土壤样品中Zn、Mn、Cd、Pb、As、Hg和Cu的含量，筛选得到了地上部镉含量较高的植物——天胡荽(Hydrocotyle sibthorpioides)。研究表明，自然条件下，天胡荽能在镉、铅、锌、锰含量高达258、3093、3256、1648mg/kg的土壤中正常生长并繁殖，且地上部镉、铅、锌、锰的含量分别达到642、1417、1960、795mg/kg，远远高于普通植物的镉含量(0.05～0.2mg/kg)(Kabata－Pendias和Pendias，1992)，其镉、铅、锌、锰的富集系数(地上部镉含量与土壤总镉含量的比值)分别达到2.48、0.46、0.60、0.48。

因此，在此基础上，本发明提出了多年生草本植物天胡荽在富集提取污染土壤中的重金属中的应用。

其中，优选的，所述的重金属包括镉、铅、锌以及锰。

进一步的，本发明还提出了一种利用天胡荽富集提取污染土壤中重金属的方法，包括将天胡荽的匍匐茎通过营养繁殖获得天胡荽营养繁殖苗，移栽于重金属污染的土壤，采用种植一次收割多次的方式，连续富集提取污染土壤中的重金属。

在本发明所述的方法中，优选的，天胡荽营养繁殖苗培养过程包括：将天胡荽匍匐茎扦插于土壤中培养，待匍匐茎上分发出数个且具有5～10个节的嫩枝后，剪下具有3～5个节的小枝，使枝条下端浸入水中，以促进不定根生长；待不定根长出后，再采用营养液进行培养，即可获得天胡荽的营养繁殖苗，用于移栽。

在本发明所述的方法中，优选的，所述的营养液为Hoagland营养液或木村营养液。

在本发明所述的方法中，优选的，天胡荽营养繁殖苗的培养条件是由日光灯提供的光照，强度为280～400μmol光量子m^-2S^-1，光照时间为10～14小时，昼/夜温度为25～28℃/18～20℃，空气相对湿度为60～70％RH。

在本发明所述的方法中，优选的，所述的种植一次收割多次的方式是：将天胡荽营养繁殖苗移栽至重金属污染的土壤，待地上部生长到20～30cm，收割地上部分；收割后洒水并覆盖薄膜和遮阳网进行保湿和遮阳，以促进天胡荽再生苗的生长，待再生苗地上部生长到20～30cm再次进行收割，如此反复，生长季节半个月收割一次，一年采5～7次。

在本发明所述的方法中，优选的，收割的富集有重金属的天胡荽晒干或烘干，焚烧后获得生物矿砂，进行有价金属的回收；或者是直接通过热解回收有价金属。

本发明发明人研究发现种植一次，至少可收割5～7次，天胡荽地上部亩产可以达到4800kg，其干重可达1440kg。

发明人还采用快速繁殖植物天胡荽的方法，种植一次，收割多次来连续提取土壤中的镉及其它重金属，达到减少土壤重金属含量、清洁污染土壤的目的。

本发明的优点和积极效果：

(一)为重金属污染土壤的修复提供了一项安全环保的新方法

本发明所述的伞形科植物天胡荽，基于其对土壤中镉及其它重金属的吸收和富集能力，可以利用其提取土壤中的镉及其它重金属，这种植物提取的土壤修复方法相比其它物理、化学修复方法而言不破坏环境、不存在二次污染，具有安全环保且适应范围广泛的特点。

(二)富集能力强

在同一样区内，天胡荽地上部的平均镉含量高于其它植物的平均镉含量。多点单株调查采样中，污染区5个样点天胡荽样品的镉含量都超过50mg/kg，污染区天胡荽地上部的镉含量平均含量达383mg/kg。天胡荽对镉的富集系数平均为2.39，最高可达6.54，所有样品富集系数均大于1。温室水培条件下，当营养液的镉度为200μM时，天胡荽地上部的镉含量可达558mg/kg，而污染区普通植物镉平均含量仅为16.0mg/kg。天胡荽对镉的富集能力远远大于矿区的其它常见植物。

(三)回收土壤中的镉

天胡荽在镉污染土壤生长的过程中，由于其对镉的特殊富集能力，使其地上部积累大量的镉，能有效提取土壤中的镉，将收割的天胡荽地上部，然后晒干或烘干，焚烧后可获得生物矿砂，进行镉的回收，也可以直接通过热解的方法进行回收。

(四)操作简单

全过程不需要专门的设备，只需普通的农作物栽培技术，而且栽培一次可收获多次，从而达到对土壤中镉进行连续提取的目的。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随具体实施例的描述更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明精神和范围下可以对本发明的技术方案和细节形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明保护的范围内。

实施例1

1、方法：

将野外采回的天胡荽的匍匐茎直接压条于盛有菜园土花盆中，待匍匐茎上分发出数个且具有5～10个节的嫩枝后，再剪下带有3～5个节的小枝，使枝条下端浸入水中，促进不定根生长，然后换成用Hoagland营养液(硝酸钙945mg/L、硝酸钾607mg/L、磷酸铵115mg/L、硫酸镁493mg/L、铁盐溶液2.5ml/L、微量元素5ml/L，pH＝6.0)培养，获得天胡荽的营养繁殖苗。天胡荽营养繁殖苗的培养条件是由日光灯提供的光照，强度为280～400μmol光量子m^-2S^-1，光照时间12小时，昼/夜温度为25～28℃/18～20℃，空气相对湿度为60～70％(RH)。将天胡荽营养繁殖苗移至镉及其他重金属复合污染土壤栽培，配合适当的水肥，待地上部生长到20～30cm，收割其地上部。

天胡荽地上部收割一次后洒水并覆盖薄膜和遮阳网进行保湿和遮阳(郁闭度可以是65％)，以促进天胡荽再生苗的生长，待地上部生长到20～30cm，再次进行收割，如此反复5～7次。

将收割的富集了重金属镉的天胡荽晒干或烘干，焚烧后获得生物矿砂，进行镉的回收。也可以直接通过热解的方法进行回收。

2、天胡荽地上部和土壤的镉含量的测定

发明人于自然条件下，采用多点单株采样法采集不同地点的天胡荽地上部及其对应土壤的样品。分析天胡荽地上部和土壤的镉含量，计算出天胡荽对镉的富集系数(富集系数＝植物地上部镉含量/土壤镉含量)，结果见表1，天胡荽能在染的土壤上生长，污染区天胡荽地上部的镉含量平均为383mg/kg，平均富集系数为2.39。

3、其它常见植物地上部或叶片的镉含量

发明人于自然条件下，采用多点单株采样法采集了其它常见植物地上部或叶片样品，分析镉含量，结果见表2，在非污染区，常见普通植物的镉含量大多都在1mg/kg以下；在污染区常见普通植物的镉含量一般都低于20mg/kg，已报道的镉积累植物如龙葵、半边莲、鬼针草、美洲商陆、醴肠等镉含量有超过50mg/kg的。

表1自然件下不同样点天胡荽地上部的镉含量

表2自然件下其它常见植物的镉含量

实施例2

将野外采回的天胡荽匍匐茎扦插于土盆里(采用普通菜园土)培养，待匍匐茎上分发出足够的嫩枝后，剪下具有3～5个节的小枝，使枝条下端浸入水中，以促进不定根生长。待不定根长出后，再换成用Hoagland营养液(硝酸钙945mg/L、硝酸钾607mg/L、磷酸铵115mg/L、硫酸镁493mg/L、铁盐溶液2.5ml/L、微量元素5ml/L，pH＝6.0)进行培养，获得天胡荽的营养繁殖苗。将天胡荽营养繁殖苗移至添加镉的营养液中培养。表3显示了镉处理15天对天胡荽生物量及镉含量的影响。

表3水培条件下天胡荽的生物量和镉含量

可见，当镉处理浓度为5～50μM时，对天胡荽生长没有影响，地上部干重跟对照相比没有明显差异，镉处理浓度≥100μM时，生长开始减弱。镉处理浓度为5μM，天胡荽地上部镉含量为162mg/kg，根为2230mg/kg，地上部镉的提取量为12.6μg/株；随着镉处理浓度增加，地上部的镉含量增加，当镉处理浓度达到500μM时，地上部镉含量达644mg/kg，根为4320mg/kg，地上部镉的提取量为11.1μg/株。

实施例3

采用温室盆栽土培法，土壤选取菜园土，晒干，捣碎，过筛，用CdCl₂·2H₂O按50和100mg/kg的镉浓度配成2个处理，每个处理三个重复，每个盆盛1kg土，一次性施入底肥100mg/kg氮、80mg/kg磷、100mg/kg钾(以磷酸二氢钾和尿素的形式加入)。土壤平衡后，移栽天胡荽营养繁殖苗(营养繁殖苗培养方法及条件参照实施例1)，从盆托加水，使盆中的土吸收至饱和含水量。以后根据需要补充水分，培养25天，收割第一次；再过15天、20天分别收割第二次、第三次。记录天胡荽地上部干重，分析其镉含量，计算镉提取量，见表4。可以看出，天胡荽能富集土壤中的镉，其再生苗、三生苗同样能富集土壤中的镉，从而实现对土壤中镉进行连续提取。

表4温室土培条件下三次收割天胡荽地上部的生物量和镉含量

实施例4

采用田间小区试验法，选冶炼厂周边污染土壤，设1×1m²三个小区，小区间相距3～5m，翻土整地后，移栽天胡荽营养繁殖苗(营养繁殖苗培养方法及条件参照实施例1)，适当施加有机肥，以后根据需要洒水保湿，40天后，收割第一次；再过20天、15天分别收割第二次、第三次。记录天胡荽地上部干重，分析其镉含量，计算镉、铅、锌的提取量，见表5、表6、表7。可以看出，在野外自然条件下，天胡荽三次收割都能从土壤提取镉、铅、锌。三次共提取镉、铅、锌分别为397、378、1209mg/m²，按这个提取量折算，折合每亩能提取镉、铅、锌264g、252g、805g。

表5自然件下三次收割天胡荽地上部对镉的提取量

表6自然件下三次收割天胡荽地上部对铅的提取量

表7自然件下三次收割天胡荽地上部对锌的提取量

Claims (9)

1.多年生草本植物天胡荽在富集提取污染土壤中的重金属中的应用。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于所述的重金属包括镉、铅、锌以及锰。

3.一种利用天胡荽富集提取污染土壤中重金属的方法，其特征在于，包括将天胡荽的匍匐茎通过营养繁殖获得天胡荽营养繁殖苗，移栽于重金属污染的土壤，采用种植一次收割多次的方式，连续富集提取污染土壤中的重金属。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的重金属包括镉、铅、锌以及锰。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，天胡荽营养繁殖苗培养过程包括：将天胡荽匍匐茎扦插于土壤中培养，待匍匐茎上分发出数个且具有5～10个节的嫩枝后，剪下具有3～5个节的小枝，使枝条下端浸入水中，以促进不定根生长；待不定根长出后，再采用营养液进行培养，即可获得天胡荽的营养繁殖苗，用于移栽。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的营养液为Hoagland营养液或木村营养液。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，天胡荽营养繁殖苗的培养条件是由日光灯提供的光照，强度为280～400μmol光量子m^-2S^-1，光照时间为10～14小时，昼/夜温度为25～28℃/18～20℃，空气相对湿度为60～70％RH。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的种植一次收割多次的方式是：将天胡荽营养繁殖苗移栽至重金属污染的土壤，待地上部生长到20～30cm，收割地上部分；收割后洒水并覆盖薄膜和遮阳网进行保湿和遮阳，以促进天胡荽再生苗的生长，待再生苗地上部生长到20～30cm再次进行收割，如此反复，生长季节半个月收割一次，一年采5～7次。

9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，收割的富集有重金属的天胡荽晒干或烘干，焚烧后获得生物矿砂，进行有价金属的回收；或者是直接通过热解回收有价金属。