CN105797969B - 一种土壤重金属铬修复植物的筛选方法 - Google Patents

一种土壤重金属铬修复植物的筛选方法 Download PDF

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Abstract

一种土壤重金属铬修复植物的筛选方法，该方法步骤包括：修复植物初步筛选与确定，修复植物野外种植和野外盆栽，野外实验设置与便携式仪器快速检测土壤重金属含量，样品采集、制备与实验室传统化学方法检测，修复植物筛选确定。本发明结合野外盆栽实验和野外对照实验，保证实验组和对照组植物的生长环境相近；设置均衡、对称和单株实验，并利用便携式重金属含量测定仪器快速检测表层土壤的重金属含量，确保了筛选实验的全面性和针对性，大大缩短了筛选周期。该筛选方法具有可控性和对比性强、筛选周期短、全面可靠、实际应用价值高等优势，通过该筛选方法可以高效地、快速地筛选出土壤重金属铬的修复植物，从而有效治理土壤重金属铬污染场地。

Description

一种土壤重金属铬修复植物的筛选方法
技术领域
本发明属于资源环境技术领域，具体涉及一种土壤重金属修复植物的筛选方法，特别涉及一种土壤重金属铬修复植物的筛选方法。
背景技术
铬(Cr)是自然界中普遍存在的重金属元素，一般以三价(Ⅲ)和六价(Ⅵ)两种价态存在。铬(Ⅵ)具有氧化性，会严重腐蚀并破坏有机体，是国际公认的三种致癌金属物质之一。在现代化工业的各个领域，重金属铬及其化合物应用十分广泛，是钢铁、冶炼、电镀、制革、印染、造纸、纺织、制药等行业必不可少的重要原料。然而，由于工业“三废”排放的管理体制不完善，大量含重金属铬的废水、废气、废渣在未经解毒处理的情况下直接排放到周围环境中，导致严重的水体、土壤和大气重金属铬污染，其中土壤重金属铬污染最为严重。根据国家环保部和国土资源部2014年4月17日公布的《全国土壤污染状况调查公报》，全国土壤总超标率为16.1％，其中土壤重金属铬污染超标率高达1.5％。土壤重金属铬污染造成土地退化、土壤质量降低，还会通过接触、食物链等途径危害周边植物、动物与人类的健康。因此，修复土壤重金属铬污染十分必要。
重金属铬属于微量元素、不易检测，且毒性很强，因此，土壤重金属铬修复在理论和技术方面存在较大难度。传统的土壤重金属铬修复技术可分为物理化学修复技术和微生物修复技术。物理化学修复技术主要包括客土法、电化学法、淋洗法、还原法等；微生物修复技术是利用原土壤中存在的土著微生物，或者人为加入经过驯化的微生物菌种到重金属铬污染的土壤中，利用微生物吸附重金属铬并将其转化为自身需要的营养物质或者低毒、无毒物质。这些修复技术存在耗费大量人力物力、破化土壤原有结构、易造成二次污染、修复周期长、去除不彻底等不足，对土壤重金属铬的修复效果不理想。
土壤重金属植物修复技术(Phytoremediation)作为20世纪80年代提出的新兴土壤重金属修复手段，是以植物吸收积累、代谢、转化某种重金属元素的理论为基础，通过优选种植植物，利用植物及其共存土壤环境体系去除、转移、降解或固定土壤中的有害重金属元素，从而恢复土壤系统正常功能的环境污染治理技术，具有经济成本低、绿色环保、修复彻底、有效保护土壤结构及其生物、实际应用价值高等优点。土壤重金属铬植物修复技术的难点在于确定对重金属铬具有超积累能力的植种。目前，常用的土壤重金属铬修复植物筛选办法包括野外调查法、特殊植物法和土壤种子库法，这些土壤重金属铬修复植物筛选办法可控性差、筛选过程繁杂、实验周期长，且经济成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种土壤重金属铬修复植物的筛选方法，该方法具有可控性和对比性强、筛选周期短、全面可靠、实际应用价值高等优势。
为实现上述目的，本发明提供了一种土壤重金属铬修复植物的筛选方法，包括以下步骤：
(1)修复植物初步筛选与确定：分析已有土壤重金属铬修复植物的研究成果，初步筛选并确定易存活、生长周期短、生物量较大、与已有修复植物同科属的植物作为土壤重金属铬的修复植物；
(2)修复植物野外种植和野外盆栽：根据步骤(1)中初步筛选的修复植物种类，选取一块野外实验场地作为土壤重金属铬修复植物筛选的野外对照场地，将步骤(1)中初步筛选出的土壤重金属铬修复植物种植在所述的野外对照场地上；
将上端开口的器皿放置在所述的土壤重金属铬修复植物筛选的野外对照场地；将装有铬化合物的包裹袋放置在器皿底部中心，再挖取野外对照场地的土壤添加到器皿中，然后在器皿中种植步骤(1)中初步筛选出的土壤重金属铬修复植物；
(3)野外实验设置与便携式仪器快速检测土壤重金属含量：土壤重金属铬修复植物的筛选为均衡实验、对称实验和单株实验中的一种；
所述均衡实验是将器皿均匀划分为四个部分，分别种植步骤(1)中初步筛选的四种土壤重金属铬修复植物，待植物生长成熟后，采用便携式重金属含量测定仪器分别检测野外器皿四个部分和野外对照场地样点处表层土壤的重金属含量，并再对比分析野外器皿四个部分底部重金属向表层土壤迁移的速率与程度，初步判定修复植物的富集效果；
所述对称实验是将器皿均匀划分为两个部分，分别种植步骤(1)中初步筛选的两种土壤重金属铬修复植物，待植物生长成熟后，采用便携式重金属含量测定仪器分别检测野外器皿两个部分和野外对照场地样点处表层土壤的重金属含量，并再对比分析野外器皿两个部分底部重金属向表层土壤迁移的速率与程度，初步判定修复植物的富集效果；
所述单株实验是在器皿内种植步骤(1)中初步筛选的一种土壤重金属铬修复植物，待植物生长成熟后，采用便携式重金属含量测定仪器分别检测野外器皿和野外对照场地样点处表层土壤的重金属含量，并再分析野外器皿重金属向表层土壤迁移的速率与程度，初步判定修复植物的富集效果；
(4)样品采集、制备与实验室传统化学方法检测：当所述均衡实验、对称实验或单株实验种植的修复植物生长成熟后，分别采集野外器皿和野外对照场地样点处的修复植物样品和表层土壤样品；所述修复植物样品依次经过清洗、风干、粉碎、消煮、定容处理后制成植物样品液体；所述表层土壤样品依次经过风干、研磨、消煮、定容处理后制成土壤样品液体；采用电感耦合等离子体质谱仪器检测植物样品液体和土壤样品液体中的重金属含量；
(5)修复植物筛选确定：根据实验室传统化学方法检测修复植物样品和表层土壤样品的重金属含量，对比验证均衡实验、对称实验或单株实验便携式重金属含量测定仪器快速检测的结果，最终筛选确定土壤重金属铬的修复植物。
优选的，将步骤(1)中初步筛选出的土壤重金属铬修复植物通过行种法或套种法种植在土壤重金属铬修复植物筛选的野外对照场地上。
优选的，所述便携式重金属含量测定仪器为手持X射线荧光分析仪。
优选的，所述野外实验场地的大小为5m×5m、10m×10m、20m×20m中的一种。
进一步的，所述包裹袋内的铬化合物含量根据土壤实际理化性质、不同地区的土壤重金属含量标准确定。
与现有技术相比，本发明结合野外盆栽实验和野外对照实验，保证实验组和对照组植物的生长环境相近，筛选方法的可控性和对比性强；野外盆栽相对封闭、可搬运，实验灵活度高，且防止了人为添加的重金属铬化合物对自然环境造成污染；设置均衡实验、对称实验或单株实验，并利用便携式重金属含量测定仪器快速检测表层土壤的重金属含量，确保了筛选实验的全面性和针对性，大大缩短了筛选周期；通过实验室传统化学方法检测修复植物样品和土壤样品中的重金属含量，对比验证便携式重金属含量测定仪器快速检测的结果，增强了筛选结果的可靠性。该筛选方法具有可控性和对比性强、筛选周期短、全面可靠、实际应用价值高等优势，通过该筛选方法可以高效地、快速地筛选出土壤重金属铬的修复植物，从而有效治理土壤重金属铬污染场地。
附图说明
图1是本发明的修复植物筛选流程图；
图2是本发明的实验装置示意图；
图3是本发明不同实验器皿内植物种植的平面分布图；
图中：1、器皿，2、装有重金属铬化合物的包裹袋，3、修复植物。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述。
如图1至图3所示，一种土壤重金属铬修复植物的筛选方法，包括以下步骤：
(1)修复植物初步筛选与确定
分析已有土壤重金属铬修复植物的研究成果，初步筛选并确定易存活、生长周期短、生物量较大、与已有修复植物同科属的百喜草和狗牙根作为土壤重金属铬的修复植物。
(2)修复植物野外种植与野外盆栽
选取面积大小为5m×5m的野外实验场地作为土壤重金属铬修复植物筛选的野外对照场地，采用行种法种植百喜草和狗牙根，每种修复植物种植一行，每行等间距选取6个样点，其中1个作为补充样点；将6个内径28cm、容积7L的圆柱体器皿等间距放置在野外对照场地内，依次编号1-6，在圆柱体器皿底部中心添加19.01g的CrCl3·6H2O(重金属含量采用中国土壤环境质量二级标准，pH值为6.5-7.5)，再挖取野外对照场地的土壤添加到装有铬化合物的圆柱体器皿中，在1-6号圆柱体器皿中种植百喜草和狗牙根(6号作为补充实验)。
(3)野外实验设置与便携式仪器快速检测土壤重金属含量
本实施例中对百喜草和狗牙根进行对称实验，将圆柱体器皿均匀划分为两个部分，分别种植百喜草和狗牙根；待植物生长成熟后，利用手持X射线荧光分析仪(生产厂家：Oxford，型号：X-MET 7500)分别检测野外圆柱体器皿和野外对照场地样点处表层土壤的重金属含量，如表1所示。由表1数据可以看出，土壤重金属铬修复植物野外对照场地表层土壤中铬含量明显低于野外圆柱体器皿表层土壤中的含量，说明圆柱体器皿底部添加的重金属铬存在明显向表层土壤迁移的现象，修复植物对土壤重金属的富集作用促进器皿底部重金属向表层土壤迁移，因此，初步判定圆柱体器皿中百喜草和狗牙根对铬的富集效果均较好。
表1野外实验场地和野外器皿表层土壤中重金属铬含量(mg/kg)
(4)样品采集、制备与实验室传统化学方法检测
百喜草和狗牙根生长成熟后，采集野外圆柱体器皿和野外对照场地样点处的修复植物样品和表层土壤样品；修复植物样品依次经过清洗、风干、粉碎、消煮、定容处理后制成植物样品液体；表层土壤样品依次经过风干、研磨、消煮、定容处理后制成土壤样品液体。采用电感耦合等离子体质谱仪器检测植物样品液体和土壤样品液体中的重金属含量，如表2和表3所示。由表2和表3的数据可以看出，土壤重金属铬修复植物野外对照场地的百喜草和狗牙根中铬含量明显低于野外圆柱体器皿对应修复植物中的含量，土壤重金属铬修复植物野外对照场地的表层土壤中铬含量均低于野外圆柱体器皿中对应表层土壤的含量，说明百喜草和狗牙根对器皿底部添加的重金属铬存在明显的累积、富集作用，这与手持X射线荧光分析仪的快速测定结果基本吻合。
表2野外实验场地和野外器皿修复植物样品中重金属铬含量(mg/kg)
表2野外实验场地和野外器皿表层土壤样品中重金属铬含量(mg/kg)
(5)土壤重金属铬修复植物筛选确定
对比分析手持X射线荧光分析仪的快速测定结果和实验室传统化学的检测结果，在对称实验中百喜草和狗牙根对重金属铬的累积、修复效果较好，最终筛选出百喜草和狗牙根作为土壤重金属铬的修复植物。

Claims (5)

1.一种土壤重金属铬修复植物的筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)修复植物初步筛选与确定：分析已有土壤重金属铬修复植物的研究成果，初步筛选并确定易存活、生长周期短、生物量较大、与已有修复植物同科属的植物作为土壤重金属铬的修复植物；
(2)修复植物野外种植和野外盆栽：根据步骤(1)中初步筛选的修复植物种类，选取一块野外实验场地作为土壤重金属铬修复植物筛选的野外对照场地，将步骤(1)中初步筛选出的土壤重金属铬修复植物种植在所述的野外对照场地上；
将上端开口的器皿放置在所述的土壤重金属铬修复植物筛选的野外对照场地；将装有铬化合物的包裹袋放置在器皿底部中心，再挖取野外对照场地的土壤添加到器皿中，然后在器皿中种植步骤(1)中初步筛选出的土壤重金属铬修复植物；
(3)野外实验设置与便携式仪器快速检测土壤重金属含量：土壤重金属铬修复植物的筛选为均衡实验、对称实验和单株实验中的一种；
所述均衡实验是将器皿均匀划分为四个部分，分别种植步骤(1)中初步筛选的四种土壤重金属铬修复植物，待植物生长成熟后，采用便携式重金属含量测定仪器分别检测野外器皿四个部分和野外对照场地样点处表层土壤的重金属含量，并再对比分析野外器皿四个部分底部重金属向表层土壤迁移的速率与程度，初步判定修复植物的富集效果；
所述对称实验是将器皿均匀划分为两个部分，分别种植步骤(1)中初步筛选的两种土壤重金属铬修复植物，待植物生长成熟后，采用便携式重金属含量测定仪器分别检测野外器皿两个部分和野外对照场地样点处表层土壤的重金属含量，并再对比分析野外器皿两个部分底部重金属向表层土壤迁移的速率与程度，初步判定修复植物的富集效果；
所述单株实验是在器皿内种植步骤(1)中初步筛选的一种土壤重金属铬修复植物，待植物生长成熟后，采用便携式重金属含量测定仪器分别检测野外器皿和野外对照场地样点处表层土壤的重金属含量，并再分析野外器皿重金属向表层土壤迁移的速率与程度，初步判定修复植物的富集效果；
(4)样品采集、制备与实验室传统化学方法检测：当所述均衡实验、对称实验或单株实验种植的修复植物生长成熟后，分别采集野外器皿和野外对照场地样点处的修复植物样品和表层土壤样品；所述修复植物样品依次经过清洗、风干、粉碎、消煮、定容处理后制成植物样品液体；所述表层土壤样品依次经过风干、研磨、消煮、定容处理后制成土壤样品液体；采用电感耦合等离子体质谱仪器检测植物样品液体和土壤样品液体中的重金属含量；
(5)修复植物筛选确定：根据实验室传统化学方法检测修复植物样品和表层土壤样品的重金属含量，对比验证均衡实验、对称实验或单株实验便携式重金属含量测定仪器快速检测的结果，最终筛选确定土壤重金属铬的修复植物。
2.根据权利要求1所述的筛选方法，其特征在于，将步骤(1)中初步筛选出的土壤重金属铬修复植物通过行种法或套种法种植在土壤重金属铬修复植物筛选的野外对照场地上。
3.根据权利要求1或2所述的筛选方法，其特征在于，所述便携式重金属含量测定仪器为手持X射线荧光分析仪。
4.根据权利要求1或2所述的筛选方法，其特征在于，所述野外实验场地的大小为5m×5m、10m×10m、20m×20m中的一种。
5.根据权利要求1或2所述的筛选方法，其特征在于，所述包裹袋内的铬化合物含量根据土壤实际理化性质、不同地区的土壤重金属含量标准确定。
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