CN105964668A

CN105964668A - 一种镉污染土壤的修复方法

Info

Publication number: CN105964668A
Application number: CN201610414411.4A
Authority: CN
Inventors: 朱雪梅; 邵继荣; 廖爽; 杨远祥; 杨占彪; 王应军; 程章; 徐小逊; 孙岗
Original assignee: Sichuan Agricultural University
Current assignee: Sichuan Agricultural University
Priority date: 2016-06-13
Filing date: 2016-06-13
Publication date: 2016-09-28

Abstract

本发明提供了一种镉污染土壤的修复方法，包括：在镉污染土壤中种植牛膝菊，牛膝菊生长至初花期后向土壤中喷施1～2mmol/kg EDDS，牛膝菊继续生长至盛花期后，收割牛膝菊的地上部分。本发明在牛膝菊的初花期后向土壤中施加EDDS，能够增强牛膝菊对土壤中镉的吸收和转移，从而有效去除土壤中的重金属镉，实现对土壤的修复，修复效率高于牛膝菊单用和牛膝菊与EDTA联用，而且不会造成对牛膝菊的毒性。同时，本发明提供的方法修复时间较短，能够在短时间内去除土壤中的重金属镉。另外，本发明提供的方法不会造成EDDS在土壤的残留，不会形成二次污染。

Description

一种镉污染土壤的修复方法

技术领域

本发明属于土壤修复技术领域，尤其涉及一种镉污染土壤的修复方法。

背景技术

目前，采矿、冶炼、电镀、农药滥用和污水灌溉等会造成重金属大量进入生态系统中，尤其是土壤中，严重威胁生态环境和人体健康。因此，修复重金属污染土壤，减少重金属对生态系统的影响是极为必要的。传统的修复方法包括原位玻璃化、客土法、土壤淋洗法等，存在着成本高、不可逆转地改变土壤理化性质、引起二次污染等问题。植物提取修复是一种新颖、绿色的、环境友好型的重金属污染土壤修复方法。

植物提取修复是去除土壤中重金属元素、修复土壤生态环境主要和最有效的植物修复技术。但是它的修复效率主要受到土壤中重金属生物有效态、迁移能力和重金属在植物转运等因素的限制。重金属超富集植物是一类能对重金属超量吸收、有较强修复能力的植物，具有良好的应用研究价值。但在实际中，土壤中特别是农田土壤中的重金属含量往往低于植物超富集水平时的重金属含量，或者土壤中的重金属总含量较高，但其生物有效态含量较低，这导致植物能吸收的重金属数量有限，从而积累量少，降低了其修复效率。

牛膝菊(拉丁名为Galinsoga parviflora Cav.)为菊科牛膝菊属一年生草本植物，属于农田杂草，株高10-80cm，耐阴，基部具有较强的分枝能力，收割后能够再次萌发新枝。已有研究发现，牛膝菊是一种镉超富集植物(土壤镉浓度为75mg/kg，地上部分镉含量达到100mg/kg)，具有明显的超富集特性。现有技术公开了多种利用牛膝菊修复土壤重金属镉的污染方法，如申请号为201310370698.1的中国专利文献公开了一种基于牛膝菊的修复果园土壤重金属镉污染的方法，其直接在待处理土壤中移栽牛膝菊幼苗或撒播种子，并对牛膝菊进行日常管理，60天后，对牛膝菊的地上部分进行收割。该方法虽然能够降低土壤中镉的含量，但其对镉的富集能力有限，需要进一步提高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种镉污染土壤的修复方法，本发明提供的修复方法操作简单，且能有效去除土壤中的重金属镉，而且不会对牛膝菊造成毒性。

本发明提供了一种镉污染土壤的修复方法，包括：

在镉污染土壤中种植牛膝菊，牛膝菊生长至初花期后向土壤中喷施EDDS溶液，牛膝菊继续生长至盛花期后，收割牛膝菊的地上部分。

本发明首先在待修复的镉污染土壤中种植牛膝菊，待牛膝菊生长至初花期后喷施EDDS溶液，待牛膝菊生长至盛花期，收割牛膝菊的地上部分。本发明通过向土壤中喷施EDDS溶液，能够增强牛膝菊对土壤中镉的吸收和转移，从而有效去除土壤中的重金属镉，实现对土壤的修复。

发明人研究发现，向土壤施加螯合剂能通过活化土壤中重金属离子、提高重金属的生物有效性或者与重金属形成能被植物吸收的螯合物、降低重金属对植物的毒性，从而有利于植物吸收、向地上部转移重金属，达到提高超富集植物修复效率的目的。目前，应用较多的螯合剂是以EDTA(乙二胺四乙酸)及EDTA的螯合物为代表的非生物可降解螯合剂。众多研究表明，EDTA等螯合剂可以提高镉、铅、铜等重金属的生物有效性，但是在植物修复过程中添加这类非生物可降解螯合剂存在潜在的环境风险。EDTA及EDTA的螯合物具有毒性且难以被降解并会长期存在于土壤当中，很可能通过下渗造成地下水污染等。因此开发选择适宜的、可生物降解的生态友好型螯合剂，辅助提高超富集植物的修复效率对植物修复土壤重金属污染的推广应用具有重大意义。

EDDS，化学名称为乙二胺二琥珀酸，CAS号为20846-91-7，分子式为C₁₀H₁₆N₂O₈，分子量为292.24。EDDS是一种生物易降解、低毒、半衰期短和环境残留少的螯合剂，发明人研究发现，EDDS作为螯合剂不仅能够被降解，不会造成二次污染，更重要的是与牛膝菊联用去除土壤中的重金属镉，不会造成对牛膝菊的毒性，而且在土壤中残留较低。

本发明首先在镉污染土壤中种植牛膝菊，在镉污染土壤中种植牛膝菊的方法包括：直接在镉污染土壤中移栽两对真叶展开的牛膝菊幼苗；或者，直接在镉污染土壤中撒播牛膝菊种子。

在本发明中，所述镉污染土壤中镉离子的浓度优选大于0mg/kg小于等于50mg/kg，实验结果表明，本发明提供的方法对上述浓度的镉污染土壤修复效果尤其好。

种植牛膝菊后对其进行日常管理，在其生长期间，浇水使土壤水分持水量为70％～90％，优选80％左右。

待牛膝菊生长至初花期后，向土壤中喷施EDDS溶液。在本发明中，所述牛膝菊生长至初花期的时间为40天～50天，更优选为45天。以喷施的方式施用1-2mmol/kg EDDS，能够使EDDS在牛膝菊生长的土壤中均匀分布，从而提高处理效果。

施用EDDS后牛膝菊继续生长，生长至盛花期后，收割牛膝菊的地上部分。在本发明中，所述牛膝菊继续生长的时间的为5～10天，优选为7天。即施用EDDS5～10天后即可收割牛膝菊的地上部分。

本发明首先在待修复的镉污染土壤中种植牛膝菊，待牛膝菊生长至初花期后以喷施EDDS溶液，待牛膝菊生长至盛花期，收割牛膝菊的地上部分。本发明在牛膝菊的初花期后向土壤中喷施EDDS，能够增强牛膝菊对土壤中镉的吸收和转移，从而有效去除土壤中的重金属镉，实现对土壤的修复，修复效率高于牛膝菊单用，但是不会严重影响对牛膝菊的生物量，而且在土壤中残留较低。同时，本发明提供的方法修复时间较短，能够在短时间内去除土壤中的重金属镉。另外，本发明提供的方法不会造成EDDS在土壤的残留，不会形成二次污染。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

采用盆栽模拟土壤重金属污染的方法，于秋季(9月初)开始，将取自周边未受重金属污染农田土壤风干粉碎过筛装盆，盆规格14×23cm(高×直径)，每盆装土3kg，按照镉含量为5、25和50mg/kg的处理设计以溶液的形式施加CdCl₂﹒2.5H₂O(氯化镉，分析纯)制备镉污染土壤。平衡4周后移栽秋冬季节生长的菊科牛膝菊属植物牛膝菊(拉丁名为Galinsogaparviflora Cav.)幼苗(两对真叶展开)，牛膝菊幼苗为采自四川农业大学温江校区周边农田(未污染区)的牛膝菊种子于实验室光温培养箱内培育而成。试验设置5、25和50mg/kg共计3个镉浓度水平，每个镉浓度内设置3个处理，分别为未施用(CK)、每盆喷施1mmol/kg的EDDS溶液、每盆喷施2mmol/kg的EDDS溶液。每盆种植牛膝菊4株，每个处理重复3次。于透明遮阴棚内栽培，根据土壤水分实际情况不定期以称重法确保土壤水分保持在田间持水量的80％左右，45天后待植株处于初花期后，按处理设计添加EDDS水溶液，52天后待植株处于盛花期后收获牛膝菊，测定地上部生物量、根系生物量、总生物量、地上部分镉含量、根系镉含量、地上部分镉积累量、根系镉积累量、整株镉积累量等参数，结果见表1，表2和表3，表1、表2和表3均为本申请实施例的实验结果。

表1

表1中，a表示p＜0.05；

由表1可知，在土壤镉污染浓度为5mg/kg,25mg/kg和50mg/kg时，施用1mmol/kg、2mmol/kg的EDDS使牛膝菊的根系、地上部分的生物量有一定的降低，但与对照相比无显著差异。这说明，添加1mmol/kg、2mmol/kg的EDDS 7天后不会明显降低牛膝菊的生物量。

表2

注：转运系数＝地上部分镉含量/根系镉含量

表2中，a,b,c表示同一重金属浓度中不同处理组间的差异显著性(p＜0.05)，相同字母表示差异不显著，不同字母表示差异显著。

由表2可知，与对照(未添加EDDS)相比，添加1mmol·kg^-1、2mmol·kg^-1EDDS后均能提高牛膝菊地上部分和根系的镉含量。在镉不同浓度中，2mmol·kg^-1的EDDS均显著提高了牛膝菊各部分的镉含量，其地上部分镉含量分别为对照的1.23-1.33倍，其根系部分镉含量分别为对照的1.19-1.29倍，1mmol·kg^-1的EDDS处理中牛膝菊地上部分和根系的镉含量则为分别对照的1.14-1.21倍和1.13-1.18倍。在各个镉污染浓度中，添加1mmol·kg^-1、2mmol·kg^-1EDDS均提高了牛膝菊的Cd转运系数。因此，添加1mmol·kg^-1、2mmol·kg^-1EDDS有利于提高牛膝菊的镉含量。

表3

表3中，a,b,c表示同一重金属浓度中不同处理组间的差异显著性(p＜0.05)，相同字母表示差异不显著，不同字母表示差异显著。

由表3可知，施用EDDS明显提高牛膝菊地上部分和根系的镉积累量。在5mg/kg、25mg/kg和50mg/kg镉污染条件下，2mmol·kg^-1EDDS处理使牛膝菊的地上部分Cd积累量分别为对照的1.23倍、1.31倍、1.22倍，根系部分Cd积累量分别为对照的1.19倍、1.27倍、1.24倍；1mmol·kg^-1EDDS处理使牛膝菊地上部分镉积累量分别为对照的1.14-1.19倍，其根系部分镉积累量分别为对照的1.13-1.18倍。因此，添加1mmol·kg^-1、2mmol·kg^-1EDDS有利于提高牛膝菊的镉积累量。

综述所述，在牛膝菊根部及生长的土壤表面喷施1、2mmol·kg^-1EDDS有利于提高牛膝菊的镉含量和镉积累量，能有效提高牛膝菊修复镉污染土壤的能力，且EDDS在土壤中生物降解快，不易造成二次污染。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种镉污染土壤的修复方法，包括：

2.根据权利要求1所述的修复方法，其特征在于，在镉污染土壤中种植牛膝菊的方法包括：直接在镉污染土壤中移栽两对真叶展开的牛膝菊幼苗；或者，直接在镉污染土壤中撒播牛膝菊种子。

3.根据权利要求1所述的修复方法，其特征在于，牛膝菊生长期间，浇水使土壤水分持水量为80％。

4.根据权利要求1所述的修复方法，其特征在于，所述牛膝菊生长至初花期的时间为40天～50天。

5.根据权利要求1所述的修复方法，其特征在于，所述EDDS溶液的使用量为1mmol/kg土壤～2mmol/kg土壤。

6.根据权利要求1所述的修复方法，其特征在于，所述牛膝菊继续生长的时间为5～10天。

7.根据权利要求1所述的修复方法，其特征在于，所述镉污染土壤中镉离子的浓度大于0mg/kg小于等于50mg/kg。