CN105921513A

CN105921513A - 一种促进东南景天对重金属镉和锌积累的方法

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Publication number: CN105921513A
Application number: CN201610409514.1A
Authority: CN
Inventors: 李晔; 袁江; 许剑臣; 李柏林; 肖华锋
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2016-06-12
Filing date: 2016-06-12
Publication date: 2016-09-07

Abstract

本发明涉及一种促进东南景天对重金属镉和锌积累的方法，包括如下步骤：1)在受重金属镉和锌污染的土壤上种植东南景天，待东南景天生长至80～90天，添加植物激素和螯合剂到土壤中，10天后将植物整体从土壤中移走，进行无害化处理；2)检测土壤中重金属镉和锌的浓度，若达不到环境安全标准，则再种植下一批东南景天，重复上述步骤1)的过程，直到土壤中重金属镉和锌浓度达到环境安全标准。本发明选用可降解螯合剂GLDA配合施加生长激素，有效提高了植物东南景天对受镉和锌污染土壤的修复效率，并且不会对环境造成二次污染，具有成本低、可操作性强、安全等特点，具有很好的社会效益、经济效益和环境效益。

Description

一种促进东南景天对重金属镉和锌积累的方法

技术领域

本发明属于植物修复土壤重金属污染领域，涉及一种利用植物激素和螯合剂促进东南景天对重金属镉和锌积累的方法。

背景技术

随着工业化的飞速发展，工业废料的倾倒、煤矿开采、冶金、化肥和农药的过度使用等因素造成土壤污染问题日趋严重，据不完全统计，全国受重金属污染的耕地面积达到2000万公顷，约占总耕地面积的1/5，此外，重金属污染还使国民健康受到严重威胁。

镉和锌属于常见的重金属，锌是构成人体蛋白质所必需的元素，但是人体内过量的锌可引起顽固性贫血，影响胆固醇代谢，导致动脉硬化、高血压等严重的问题。镉是毒性最强的重金属之一，对人体组织和器官的毒害最主要的是损伤肾脏，同时还会造成骨质疏松，萎缩，变形等病症，镉在土壤中迁移性很强，最易于被植物吸收，从而造成植物生长受抑制乃至死亡。

现阶段，主要的土壤重金属污染修复方法有通过物理修复、化学修复、生物修复和联合修复法等方法来降低土壤中重金属浓度，从而减轻土壤重金属对人群和生物群落的危害。与传统的方法相比，植物修复技术集生态和治理于一体，以其环境友好、易被接受和价格低廉等优点而成为研究热点。

受污染土壤中重金属活性一般较低，且超富集植物大多生物量小，导致植物的修复效率低，修复时间长，为了进一步提高植物对重金属的修复效率，螯合诱导技术被广泛的提出和研究，其主要原因是螯合剂能够增加土壤重金属的可溶性，促进植物对重金属的积累。目前常用和研究的人工螯合剂能有效地提高植物对土壤重金属的修复效率，但大部分人工螯合剂降解能力低，能长期存留在土壤中，存在潜在的生态风险，而具有可降解性的螯合剂由于其价格昂贵难以被应用，并且高浓度的螯合剂会使植物发生胁迫作用，阻碍植物的正常生长。因此，现阶段植物修复的发展方向主要为寻找一种有效的强化措施，既能提高植物修复效率，又能减少修复过程中采用的强化措施给环境带来的危害。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种绿色、高效、安全并能促进东南景天对重金属镉和锌积累的方法，通过在重金属污染土壤上种植东南景天，并施加植物激素和螯合剂到土壤中，从而提高植物对重金属的积累量和修复效率，实现对土壤重金属更绿色、更高效的修复和治理。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种促进东南景天对重金属镉和锌积累的方法，包括如下步骤：

1)在受重金属镉和锌污染的土壤上种植东南景天，待东南景天生长至80～90天，添加植物激素和螯合剂到土壤中，10天后将植物整体从土壤中移走，进行无害化处理；

2)检测土壤中重金属镉和锌的浓度，若达不到环境安全标准，则再种植下一批东南景天，重复上述步骤1)的过程，直到土壤中重金属镉的浓度小于1mg/Kg，且锌的浓度小于500mg/Kg(达到环境土壤重金属三级安全标准)。

东南景天(学名：Sedum alfredii Hance)，为景天科景天属的植物，多年生草本，别名石板菜、变叶景天，适应性广，耐寒、干旱等恶劣环境，东南景天是超富集植物之一，对重金属镉和锌具有超富集性，广泛分布于华中、华南和华东地区。

优选的是，步骤1)所述种植东南景天的方法为：采用插扦的方法以一坑2～4株的方式种植。以一坑2～4株的方式种植比分散种植更有利于积累重金属。

按上述方案，步骤1)所述植物激素为生长素IAA。生长素IAA(auxin)为吲哚乙酸，是一类国际通用的含有一个不饱和芳香族环和一个乙酸侧链的内源激素。

按上述方案，步骤1)所述植物激素的添加量为每个坑添加10～250μmol。

按上述方案，步骤1)所述螯合剂为谷氨酸二乙酸四钠(GLDA)。螯合剂GLDA主要由植物原料制备而成，容易生物降解，金属螯合能力强，属于一种绿色环保的螯合材料。

按上述方案，步骤1)所述螯合剂的添加量为每个坑添加7.5～50mmol。

按上述方案，步骤1)所述添加植物激素和螯合剂到土壤中的方法为：将植物激素和螯合剂一起溶于水中形成混合溶液，然后喷施在东南景天根系周围。

按上述方案，所述混合溶液中植物激素浓度为10～250umol/L，螯合剂浓度为7.5～50mmol/L。

按上述方案，步骤1)所述东南景天生长期间，定期对其浇水，保持土壤含水量为田间持水量的60～80％。

本发明的有益效果在于：(1)本发明选用可降解的螯合剂GLDA，采用螯合诱导技术有效提高了植物东南景天对受镉和锌污染土壤的修复效率，并且不会对环境造成二次污染，具有成本低、可操作性强、安全等特点；(2)本发明在采用螯合诱导技术的基础上配合施加生长激素，能够有效增加植物东南景天的生物量，即保证了植物对重金属的提取量，还能缓解螯合剂对植物的胁迫作用；(3)相比传统的修复技术，本发明方法采用植物对重金属镉和锌污染土壤进行修复，具有投资少、维护成本低、工程量小、可操作性强等特点，具有很好的社会效益、经济效益和环境效益。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明实施例盆栽试验的地点选择在武汉理工大学花房内。该区域属北亚热带季风性湿润气候区，雨量充沛、阳光充足。年降水量为1100毫米左右；活动积温在5000～5300℃之间，年无霜期达240天，年日照总时数2000小时。试验所用土壤取自湖北大冶某重金属污染区域的表层(0～20cm)耕地土壤，土壤主要污染物重金属Cd、Zn含量分别为41.9mg/Kg和503.6mg/Kg。

实施例1

本实施例共设7个实验组，分别为：CK(空白组)，1.5mmol/Kg GLDA(G1)、3mmol/Kg GLDA(G2)、6mmol/Kg GLDA(G3)、2μmol/Kg IAA(I1)、10μmol/Kg IAA(I2)、50μmol/Kg IAA(I3)，每个实验组重复3次，共21盆植物。东南景天采用插扦方法繁殖，待根部长出比较旺盛的根系后移栽盆栽内，以一坑三株的方式种植，即每盆3株集中种植在一起，种植植物期间定期浇水，使土壤含水量保持在田间持水量的60～80％。待植物生长至第80天，添加植物激素(生长素IAA)和螯合剂(GLDA)到土壤中，添加方式为将植物激素和螯合剂一起溶于500mL水中形成混合溶液，然后喷施在东南景天根系周围，待东南景天继续生长10天后将植物按地上部分和地下部分分别采样，分析植物的生物量、对重金属的积累量等，实验结果如表1所示。

表1 单施植物激素和螯合剂对东南景天生物量和提取量的影响

由表1可以看出，单独施加GLDA时，东南景天生物量、地上部分重金属含量、提取量都得到了提升，效果最好的为3mmol/Kg GLDA(G2)添加组，其生物量为4.41g/pot，地上部分重金属Cd含量为378.87mg/Kg，地上部分重金属Zn含量为2660.82mg/Kg，重金属Cd的提取量为1.26mg/pot，重金属Zn的提取量为8.86mg/pot，Cd、Zn提取量分别为空白组的1.91、2.18倍；单独施加IAA时，植物地上部分和地下部分生物量随着IAA浓度增加不断增大，其中，50μmol/Kg IAA(I3)添加组效果最好，其生物量为5.13g/pot，地上部分重金属Cd含量为288.44mg/Kg，地上部分重金属Zn含量为1827.19mg/Kg，重金属Cd的提取量为1.10mg/pot，重金属Zn的提取量为6.96mg/pot，Cd、Zn提取量分别为空白组的1.67、1.71倍。可以看出，单独施加植物激素和螯合剂对东南景天提取土壤重金属具有明显的促进作用。

实施例2

本实施例共设10个实验组，具体见表2，每个实验组重复3次，共33盆植物。东南景天采用插扦方法繁殖，待根部长出比较旺盛的根系后移栽盆栽内，以一坑三株的方式种植，即每盆3株集中种植在一起，种植期间定期浇水，使土壤含水量保持在田间持水量的60～80％。待植物生长至第90天，添加植物激素(生长素IAA)和螯合剂(GLDA)到土壤中，添加方式为将植物激素和螯合剂一起溶于500mL水中形成混合溶液，然后喷施在东南景天根系周围，待东南景天继续生长10天后将植物按地上部分和地下部分分别采样，分析植物的生物量、对重金属的积累量等，实验结果如表3所示。

表2 复合处理植物激素和螯合剂添加配方

表3 复合施加植物激素和螯合剂对东南景天生物量和提取量的影响

由表3可以看出，同时添加GLDA和IAA后，东南景天生物量、地上部分重金属含量、提取量都得到了显著提升，效果最好的为3mmol/KgGLDA+50μmol/Kg IAA(G2:I3)添加组，其生物量为5.52g/pot，地上部分重金属Cd含量为487.89mg/Kg，地上部分重金属Zn含量为3415.11mg/Kg，重金属Cd的提取量为1.99mg/pot，重金属Zn的提取量为13.93mg/pot，提取量分别为空白组的3.02、3.43倍；说明复合施加植物激素和螯合剂能够有效的提高东南景天对重金属污染土壤的修复效果。

Claims

1.一种促进东南景天对重金属镉和锌积累的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2)检测土壤中重金属镉和锌的浓度，若达不到环境安全标准，则再种植下一批东南景天，重复上述步骤1)的过程，直到土壤中重金属镉的浓度小于1mg/Kg，且锌的浓度小于500mg/Kg。

2.根据权利要求1所述的促进东南景天对重金属镉和锌积累的方法，其特征在于步骤1)所述种植东南景天的方法为：采用插扦的方法以一坑2～4株的方式种植。

3.根据权利要求1或2所述的促进东南景天对重金属镉和锌积累的方法，其特征在于步骤1)所述植物激素为生长素IAA。

4.根据权利要求3所述的促进东南景天对重金属镉和锌积累的方法，其特征在于步骤1)所述植物激素的添加量为每个坑添加10～250μmol。

5.根据权利要求1或2所述的促进东南景天对重金属镉和锌积累的方法，其特征在于步骤1)所述螯合剂为谷氨酸二乙酸四钠。

6.根据权利要求5所述的促进东南景天对重金属镉和锌积累的方法，其特征在于步骤1)所述螯合剂的添加量为每个坑添加7.5～50mmol。

7.根据权利要求1或2所述的促进东南景天对重金属镉和锌积累的方法，其特征在于步骤1)所述添加植物激素和螯合剂到土壤中的方法为：将植物激素和螯合剂一起溶于水中形成混合溶液，然后喷施在东南景天根系周围。

8.根据权利要求7所述的促进东南景天对重金属镉和锌积累的方法，其特征在于所述混合溶液中植物激素浓度为10～250μmol/L，螯合剂浓度为7.5～50mmol/L。

9.根据权利要求1或2所述的促进东南景天对重金属镉和锌积累的方法，其特征在于步骤1)所述东南景天生长期间，定期对其浇水，保持土壤含水量为田间持水量的60～80％。