CN105170643A

CN105170643A - 一种利用印度芥菜修复铯污染土壤的方法

Info

Publication number: CN105170643A
Application number: CN201510726399.6A
Authority: CN
Inventors: 陶宗娅; 付倩; 赖金龙; 吴国; 张红
Original assignee: Sichuan Normal University
Current assignee: Sichuan Normal University
Priority date: 2015-09-24
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2015-12-23

Abstract

本发明提供了一种利用印度芥菜修复铯污染土壤的方法，步骤如下：在铯污染土壤中种植印度芥菜，在印度芥菜的开花期到结荚期，收割印度芥菜的地上部分或移走印度芥菜整体。本发明方法对铯污染土壤的修复效率高，而且操作简单、处理费用低、管理方便，原位修复效果好，可用于大面积铯污染土壤的修复治理，为清除土壤铯污染提供了新的选择，具有良好的推广应用价值。

Description

一种利用印度芥菜修复铯污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及环境的植物修复技术领域，具体涉及一种利用印度芥菜修复铯污染土壤的方法。

背景技术

随着核技术的开发利用，放射性核素在工业、农业、能源、军事等领域中广泛应用，导致人类生态环境中放射性核素特别是长寿命核素的背景值不断升高，对生态环境尤其是土壤造成极大的放射性污染。其中，铯(Cesium,Cs)作为放射性尘埃和核燃料废物中重要的核素之一，裂变量大、易扩散、半衰期长，进入土壤后形成长期污染，而且作为钾的营养类似物从土壤进入植物体内，再进入动物，最终通过食物链的累积进入人体，对人类健康产生严重危害。因此，针对铯污染的环境治理受到人们的广泛关注。

利用植物修复法治理土壤放射性污染问题是一种切实有效、廉价、环保的方法，目前逐渐为人们所重视，但现阶段存在超积累植物种类较少、生物量不大以及富集率不高等问题【汤泽平等，土壤放射性核素污染的植物修复与利用，安徽农业科学，3009，37(13)：6101-6103】，导致对土壤放射性污染修复治理效率低，限制了植物修复法在修复治理铯污染土壤中的应用。

印度芥菜是一种可以富集土壤放射性物质的植物，虽然已知印度芥菜对土壤铯污染有一定的富集能力，但现有报道却认为印度芥菜对铯的富集能力有限，Dushenkov等在乌克兰Chernobyl核事故中被¹³⁷Cs污染的土壤上使用印度芥菜，使土壤中¹³⁷Cs平均活度仅降低12％【DushenkovSer.al,Phytoremediationofradiocesium-contaminatedsoilinthevicinityofChernobyl,Ukraine(J).Environ.Sci.Technol，1999，33：469-475】，蓄积量较低，难以用在铯污染土壤中的修复治理工作中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种治理效率高、成本低的修复铯污染土壤的方法。

本发明提供了一种利用印度芥菜修复铯污染土壤的方法，步骤如下：

在铯污染土壤中种植印度芥菜，在印度芥菜的开花期到结荚期，收割印度芥菜的地上部分或移走印度芥菜整体。

其中，所述土壤中铯的污染浓度为25～100mg/kg。

其中，所述收割和/或移走的时间为印度芥菜的结荚期。

其中，所述印度芥菜的种植步骤为：a、在土壤中施加基肥；b、印度芥菜播种；c、施加追肥。

其中，步骤a中，所述基肥为复合肥，施加量为40～50kg/亩；

或基肥为尿素和过磷酸钙的混合物，其中尿素用量为25～35kg/亩，过磷酸钙用量为40～50kg/亩。

其中，步骤b中，所述印度芥菜播种的方式为直播，播种量为0.25kg/亩。

步骤b中，所述印度芥菜播种的时间为春播和/或秋播。

进一步地，所述春播的时间为每年的4～5月；所述秋播的时间为每年的9～10月。

其中，步骤c中，所述追肥的施加时间为栽培15天后施加1次，现蕾期施加1次。

其中，步骤c中，所述追肥为尿素，每次施加量为5～10kg/亩。

印度芥菜(BrassicajunceaL.)为十字花科芸苔属的一年生植物，生长快，生物量大，分布广。

印度芥菜栽培过程中要注意防止病虫害，苗期施药防止蚜虫，初花期喷药两次防止菌核病。

将收割或整体从污染土壤中移走的印度芥菜采用焚烧的方法进行无害化处理，焚烧后含铯的残留物进一步通过回收金属、填埋等方式进行处理。

一般来说，随着种植时间的延长，植物对重金属的富集量逐渐增加，也就是说，植物的种植的时间越长，对重金属的富集量越高，印度芥菜也是如此【李新博等，不同时期印度芥菜对镉污染土壤的净化效果研究，河北农业大学学报，2009，32(5):23-26】，因此，在用印度芥菜富集重金属时，通常会在印度芥菜的成熟期再将其移除。

然而，本发明人却发现，用印度芥菜富集Cs时，却并非如此，而是随着种植时间的延长，印度芥菜对Cs的富集量先增加后降低，其在花期和结荚期的Cs富集量最高，而在成熟期Cs富集量反而大大下降，显著低于花期和结荚期，具体地，在印度芥菜结荚期，其全量Cs蓄积量和富集系数最高可比成熟期提高1.6倍，地上部分Cs蓄积量最高可达到成熟期的1.6倍，转移系数最高可达到成熟期的1.4倍，因此，本发明通过将印度芥菜培养到花期和结荚期，即将印度芥菜整体移走或收割地方部分的方式，可以大大提高印度芥菜对Cs的富集量，取得了完全意料不到的效果。

本发明方法中的印度芥菜生长快，生物量大，具有高效的抗氧化系统、损伤修复系统和转运系统，对Cs具有较强的耐受性，在高浓度铯污染(100mg/kg)土壤中，生长正常，该植物未出现任何毒害现象；而且印度芥菜的花期具有很好的观赏价值。

同时，本发明方法操作简单、处理费用低、管理方便，治理过程中不破坏土壤结构和理化性质，不引起二次污染，原位修复效果好，可用于大面积铯污染土壤的修复治理，为清除土壤铯污染提供了新的选择。

显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。

以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

附图说明

图1印度芥菜在不同生育时期对铯的富集特性

图2印度芥菜在花期、结荚期、成熟期的转移系数、富集系数比较，左边图为转移系数比较，右边图为富集系数比较。

具体实施方式

下面以实施例作进一步说明，但本发明不局限于这些实施例。

实施例1本发明修复铯污染土壤的方法

具体方法如下：

在铯污染土壤中施加复合肥，施加量为40～50kg/亩；然后播种印度芥菜种子，在栽培15天后和现蕾期各追施尿素1次，施加量为每次5～10kg/亩；

当印度芥菜生长至结荚期，将印度芥菜地上部分收割或整体从污染土壤中移走。

将收割或整体从污染土壤中移走的植株采用焚烧的方法进行无害化处理，焚烧后含铯的残留物进一步通过回收金属、填埋等方式进行处理。

以下通过试验例说明本发明的有益效果。

本发明采用室外盆栽的方法种植印度芥菜，印度芥菜的种子购自湖北武汉安谷农业科技有限公司(品种：BrassicajunceaGardenPangentMix)；氯化铯(CsCl，分析纯)购自上海欧金实业有限公司；复合肥、尿素均购自四川成都沃土丰肥业有限公司。

本发明盆栽试验地点在四川师范大学生命科学学院第三实验楼进行；盆栽所用土壤的质地为壤土，其理化性质见表1。

表1土壤理化性质

试验例1本发明方法的筛选试验

一、印度芥菜苗期对铯的吸收、转运特征

1、试材种植

本研究模拟Cs⁺污染水平[ρ(Cs⁺)]设计为25mg/kg、50mg/kg、100mg/kg，以不添加外源Cs⁺组作为对照组(CK)，外源Cs⁺的施加形式为CsCl。在盆栽模拟试验条件下，为了避免灌水后造成Cs⁺在土壤中的沉降和流失，造成污染水平的变化。本研究已提前将Cs⁺添加到土壤中老化6个月，即：将高浓度Cs⁺溶液浇灌到一定质量的土壤中，混匀，保持最大持水量，暗室放置6个月。经金属老化过程后，Cs⁺已经与土壤微粒充分结合，可避免Cs⁺的流失，维持最初设计的Cs⁺污染水平。

采用土壤逐步稀释法，称取老化后的土壤，与无污染土壤(已添加常规复合肥，施加量为40～50kg/亩)进行混合，稀释至所需污染水平后，装盆，每个处理3次重复。10月中旬播种，按大田栽培管理要求进行灌水和追肥，也就是印度芥菜整个生长期间每隔3～5天灌水1次，在栽培15天后和现蕾期追施尿素1次，追肥施加量为每次5～10kg/亩。

2、测试分析

在苗期采集植物样本，植物根系依次用自来水冲洗、20mmol/LNa₂-EDTA处理20min和去离子水冲洗，再将样本分为地上部分、地下部分和整株植物，110℃杀青10min，65℃烘至恒重，植物粉碎机磨碎后，过2mm塑料筛，备用。采用火焰原子吸收分光光度计测定Cs含量，采用SPSS18.0软件对数据进行分析。

结果计算：

转移系数(TF)＝地上部分Cs含量/地下部分Cs含量；

富集系数(BCF)＝植物体内的Cs含量/(土壤中Cs背景值+外源Cs添加量)

2、结果

见表2。

表2印度芥菜苗期对铯的吸收、转运特征

注：同一列不同小写字母(a、b、c、d)表示，采用Duncan多重比较，不同Cs浓度土壤中的印度芥菜Cs含量差异达显著水平(P<0.05)。

由表2可见，随着Cs污染水平的增加，印度芥菜苗期的地上、地下部分和整株对Cs的吸收量均有升高，转移系数最高为2.78，富集系数最高为4.45，在Cs污染100mg/kg的土壤上，印度芥菜整株的Cs含量为401.85±15.92mg/kgDW。结果表明，印度芥菜在苗期对铯具有一定的富集能力。

二、印度芥菜现蕾期对铯的吸收、转运特征

种植与分析步骤中，除了采集植物样本的时期为印度芥菜现蕾期外，其它同试验例1的一(1、试材种植；2、测试分析)。

结果见表3。

表3印度芥菜现蕾期对铯的吸收、转运特征

由表3可见，随着Cs污染水平的增加，印度芥菜现蕾期的地上、地下部分和整株对Cs的吸收量均有升高，转移系数最高为3.58，富集系数最高为5.40，在Cs污染100mg/kg的土壤上，印度芥菜整株的Cs含量为601.85±3.79mg/kgDW。结果表明，印度芥菜在现蕾期对铯具有一定的富集能力。

三、印度芥菜开花期对铯的吸收、转运特征

种植与分析步骤中，除了采集植物样本的时期为印度芥菜开花期外，其它同试验例1的一(1、试材种植；2、测试分析)。

结果见表4。

表4印度芥菜开花期对铯的吸收、转运特征

由表4可见，随着Cs污染水平的增加，印度芥菜开花期的地上、地下部分和整株对Cs的吸收量均显著升高，转移系数最高达到4.68，富集系数最高达到6.07，在Cs污染100mg/kg的土壤上，印度芥菜整株的Cs含量可达693.23±3.37mg/kgDW。结果表明，印度芥菜在开花期对铯具有较好的富集能力，而且富集能力高于苗期和现蕾期。

四、印度芥菜结荚期对铯的吸收、转运特征

种植与分析步骤中，除了采集植物样本的时期为印度芥菜结荚期外，其它同试验例1的一(1、试材种植；2、测试分析)。

结果见表5。

表5印度芥菜结荚期对铯的吸收、转运特征

由表5可见，随着Cs污染水平的增加，印度芥菜结荚期的地上、地下部分和整株对Cs的吸收量均显著升高，转移系数最高达到6.17，污染组的富集系数最高达到7.45，在Cs污染100mg/kg的土壤上，印度芥菜整株的Cs含量可达830.82±9.75mg/kgDW。结果表明，印度芥菜在结荚期对铯具有很好的富集能力，而且富集能力高于苗期、现蕾期和花期。

五、印度芥菜成熟期对铯的吸收、转运特征

种植与分析步骤中，除了采集植物样本的时期为印度芥菜成熟期外，其它同试验例1的一(1、试材种植；2、测试分析)。

结果见表6。

表6印度芥菜成熟期对铯的吸收、转运特征

由表6可见，随着Cs污染水平的增加，印度芥菜成熟期的地上、地下部分和整株对Cs的吸收量均有升高，转移系数最高为4.44，污染组富集系数最高为5.31，在Cs污染100mg/kg的土壤上，印度芥菜整株的Cs含量为523.87±1.29mg/kgDW。结果表明，印度芥菜在成熟期对铯具有一定的富集能力。

将印度芥菜地上部分在不同生育期对Cs的富集能力进行比较，结果见图1和图2。

综合表2-6，图1、图2可见，印度芥菜各生育期对Cs均有一定吸收，但在不同时期、不同Cs浓度土壤下，印度芥菜对Cs的吸收能力有差异。

其中，四种Cs浓度土壤下，开花期和结荚期的整株Cs蓄积量、富集系数均显著高于苗期、现蕾期和成熟期，尤其以结荚期效果最好，整株Cs蓄积量和富集系数最高可比成熟期提高1.6倍，因此在印度芥菜开花期或结荚期移走印度芥菜整体，对铯污染土壤的修复能力显著高于成熟期等其他时期。

四种Cs浓度土壤下，印度芥菜开花期和结荚期的地上部分Cs蓄积量、转移系数也显著高于成熟期，尤其以结荚期效果最好，地上部分Cs蓄积量最高可达到成熟期的1.6倍，转移系数最高可达到成熟期的1.4倍，因此在印度芥菜花期或结荚期移走印度芥菜地上部分，对铯污染土壤的修复能力显著高于成熟期等其他时期。

可见，印度芥菜在开花期和结荚期对铯的蓄积量，转移系数、富集系数均显著高于成熟期，对Cs的富集能力较好，尤其以结荚期效果最佳，将开花期和结荚期的印度芥菜应用于修复治理铯污染土壤，清除铯污染的效果高于成熟期等其他时期，取得了预料不到的技术效果。

综上所述，本发明利用印度芥菜修复铯污染土壤的方法，对铯污染土壤的修复治理效率高，而且操作简单、处理费用低、管理方便，原位修复效果好，可用于大面积铯污染土壤的修复治理，为清除土壤铯污染提供了新的选择，具有良好的推广运用价值。

Claims

1.一种利用印度芥菜修复铯污染土壤的方法，其特征在于：步骤如下：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述土壤中铯的污染浓度为25～100mg/kg。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述收割和/或移走的时间为印度芥菜的结荚期。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述印度芥菜的种植步骤为：a、在土壤中施加基肥；b、印度芥菜播种；c、施加追肥。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

步骤a中，所述基肥为复合肥，施加量为40～50kg/亩；

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

步骤b中，所述印度芥菜播种的方式为直播，播种量为0.25kg/亩。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

步骤b中，所述印度芥菜播种的时间为春播和/或秋播。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述春播的时间为每年的4～5月；所述秋播的时间为每年的9～10月。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

步骤c中，所述追肥的施加时间为栽培15天后施加1次，现蕾期施加1次。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：

步骤c中，所述追肥为尿素，每次施加量为5～10kg/亩。