CN106938276A - 一种提高马缨丹修复镉污染土壤效率的方法 - Google Patents

一种提高马缨丹修复镉污染土壤效率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高马缨丹修复镉污染土壤效率的方法，具体步骤包括：S1.AMF的扩繁；S2.马缨丹的育苗；S3.马缨丹的移栽与AMF的接种；S4.蚯蚓的添加；S5.田间管理；S6.收获。本发明通过接种AMF和蚯蚓，促进马缨丹的生长，活化土壤中的镉，提高马缨丹对镉的耐性和吸收能力，提高马缨丹对镉污染土壤的修复效率，具有投资少、修复效果好、操作简单等特点，具有很好的应用推广的价值。

Description

一种提高马缨丹修复镉污染土壤效率的方法
技术领域
本发明涉及镉污染土壤植物修复技术，具体一种提高马缨丹修复镉污染土壤效率的方法。
背景技术
镉是一种非必需且生物毒性极强的重金属元素，当土壤等环境受到镉污染后，镉容易通过食物链的富集作用危害人类健康，对人体具有致病、 致癌、 致突变作用，能诱发肾衰变、关节炎、癌症等疾病。目前，我国镉污染的土壤面积已达2.0×105 hm2,占总耕地面积的1/6。因此，对镉污染土壤的修复治理受到研究者的广泛关注。
与物理、化学方法修复土壤重金属污染相比，植物修复具有治理效果永久、成本低廉、对环境扰动小兼有环境美学的优点，是一种具吸引力的原位绿色技术。目前，镉污染土壤植物修复技术主要采用镉超富集植物，如宝山堇菜、龙葵等，但其生长速率低、生物量小、生长周期长等缺点限制其大规模应用。因此，生物量大、生长迅速的植物成为另一个选择，如柳树、杨树、玉米等，但其对镉的耐性和吸收转运的能力较差，且有进入食物链的风险。马缨丹（Lantana camara L.）为马鞭草科直立或蔓性灌木，生长迅速、生物量大，而且对镉的耐性和富集能力较强，在镉污染土壤的修复中具有应用潜力(孙约兵等，一种利用镉超富集植物五色梅修复重金属污染土壤的方法，专利公告号:CN102085527A(2011)；方继宇等，马缨丹对镉的生长响应及其富集、转运和亚细胞分布特点研究，生态环境学报,2014(10):1677-1682)。目前，马缨丹对镉污染土壤的修复效率仍然很低，但是没有关于强化马缨丹修复镉污染土壤的研究。
近年来，关于重金属污染土壤植物修复强化技术受到国内外学者广泛关注，其中，利用土壤中微生物和动物联合植物修复是其中最经济和有效的方法之一。丛枝菌根真菌(AMF)是一类广泛分布于土壤的特殊微生物，研究表明AMF能与绝大多数植物根系形成共生关系，能促进宿主植物对土壤中矿质元素的吸收，提高植物对重金属的耐性，在重金属污染修复中具有较大应用前景。此外，蚯蚓作为一种常见的土壤动物，可以促进植物的生长，改善土壤质量，会对土壤中重金属形态产生影响。这两者在强化修复技术中成为人们研究的热点。目前只是将AMF和蚯蚓联合作用运用到重金属超累积植物和玉米等农作物上，沈生元等(2011)用AMF和蚯蚓提高玉米低砷汞复合污染土壤的修复效率(专利公告号：CN102039305A(2011.5.4))。有研究还发现，蚯蚓在土壤中活动会抑制菌根的生长，尤其是会破坏菌丝结构，还会取食AMF菌丝，对侵染率产生负作用。目前关于蚯蚓和AMF的相互作用及其联合作用对土壤中重金属形态、重金属胁迫下植物的生长和修复效率的研究较少。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，通过接种AMF和蚯蚓，促进马缨丹的生长，活化土壤中的镉，提高马缨丹对镉的耐性和吸收能力，提高马缨丹对镉污染土壤的修复效率。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种提高马缨丹修复镉污染土壤效率的方法，包括以下步骤：
S1. AMF的扩繁：将AMF菌种与灭菌的沙土混匀，以玉米为宿主植物进行扩繁，四个月后去掉玉米地上部分，将盆内培养物放室内干燥2周后剁碎，转入无菌袋中，密封冷餐，作为菌剂接种物；
S2. 马缨丹的育苗：通过野外剪裁枝条，在育苗田扦插培育2个月；
S3. 马缨丹的移栽与AMF的接种：将培育的马缨丹幼苗进行移栽，同时将菌剂均匀混入土壤；
S4. 蚯蚓的添加：马缨丹幼苗移栽2周后，选取长势一致的育苗进行盆栽试验，并添加蚯蚓；
S5. 田间管理：按常规方法管理；
S6. 收获：90天后，在近地面2cm出收获马缨丹地上部，并集中处理；此后，常规田间管理，一段时间后马缨丹根部发出新枝条，继续进行修复。
进一步地，AMF菌种按照质量分数1%-3%进行接种到沙土中。
进一步地，所述AMF选用根内球囊霉Glomus intraradices作为菌种。
进一步地，所述菌剂按土壤质量分数3-5%进行接种混入。
进一步地，所述长势一致的育苗为株高12-16cm、地径0.4-0.6cm的马缨丹苗。
进一步地，所述蚯蚓选用壮伟远盲蚓 Amynthas robustus，添加密度为90-100g/m2。
进一步地，在添加蚯蚓的同时，添加一定量粉碎的紫花苜蓿的秸秆作为蚯蚓饲料。
本发明中AMF与马缨丹根系形成良好的共生关系，改善了马缨丹的矿质营养状况，促进马缨丹的生长，并且蚯蚓也可以通过改善土壤质量，提高土壤肥力，促进植物生长。同时，通过添加外源有机质减弱了蚯蚓对AMF侵染的负面影响。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)建立了植物-微生物-动物修复体系，充分发挥各自技术的优势，提高了土壤重金属污染的修复效率。
(2)过AMF和蚯蚓的联合作用，不仅促进马缨丹的生长，而且提高土壤中有效态Cd的含量；同时利用马缨丹的生物量大、生长迅速的特点进行连续提取，显著提高了土壤Cd污染的修复效率。
(3)与传统植物修复需要将植物连根收获相比，本发明只需将马缨丹地上部进行收获，利用马缨丹的生长特点，可进行连续修复，减少劳动，节约成本。
(4)具有投资少、修复效果好、操作简单等特点，具有很好的应用推广的价值。
附图说明
图1为不同处理下马缨丹根系侵染率。
图2为不同处理下马缨丹地上部干重。
具体实施方式
下面给出的操作方法和实施例是对本发明的进一步说明，但不能理解是本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明内容作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
试验土壤采自广州大学城，全磷315mg/kg，有效磷33.24mg/kg，pH 4.08，采用 170mm×155 mm 塑料盆作为培养容器，每盆装入4 kg经121℃灭菌2 h的土。AMF菌剂选用根内球囊霉Glomus intraradices作为菌种，购自北京市农林科学院“中国丛枝菌根真菌种质资源库(BGC)”。蚯蚓选用壮伟远盲蚓 Amynthas robustus。整个试验在大棚中进行，自然采光，盆栽随机摆放，定期更换位置。
实施例1
一种提高马缨丹修复镉污染土壤效率的方法，包括以下步骤：
S1. AMF的扩繁：按照2%接种量将AMF与灭菌的沙土混匀，以玉米为宿主植物进行扩繁，四个月后去掉玉米地上部分，将盆内培养物放室内干燥2周后剁碎，转入无菌袋中，密封冷餐，作为菌剂接种物；
S2. 马缨丹的育苗：通过野外剪裁枝条，在育苗田扦插培育2个月；
S3. 马缨丹的移栽与AMF的接种：将培育的马缨丹幼苗进行移栽，同时将菌剂按质量分数3%的接种量均匀混入土壤；
S4. 蚯蚓的添加：马缨丹幼苗移栽2周后，选取株高15cm、地径0.5cm长势一致的育苗进行盆栽试验,添加蚯蚓，并添加8g粉碎的紫花苜蓿的秸秆作为蚯蚓饲料，且在盆底、盆口平铺1mm尼龙网防止蚯蚓逃逸。
S5. 田间管理：按常规方法管理；
S6. 收获：90天后收获。
蚯蚓添加前需要进行清肠，将蚯蚓放在底部铺有滤纸并有少量水分的培养皿内，24 h后取出擦净，每盆放入5条大小与健康状况一致且带环明显的蚯蚓。
对于盆栽实验，土壤中施Cd水平设计了3个浓度梯度，分别为0mg/kg，7 mg/kg及28mg/kg，马缨丹苗分别在这三种Cd浓度不同的土壤中生长90天后收获，测定马缨丹根系的侵染率，地上部的干重和镉含量，以及根际土中DTPA提取态镉的浓度。
对比例1
实验方法同实施例1，不同之处在于，马缨丹幼苗进行移栽时，未加入AMF菌剂，而是添加等量灭活菌剂和经滤纸滤除AMF后的滤液50 mL。
对比例2
实验方法同实施例1，不同之处在于，对比例2在进行盆栽试验时，未添加蚯蚓。
对比例3(空白对照)
实验方法同实施例1，不同之处在于，对比例3进行马缨丹幼苗进行移栽时，未加入AMF菌剂，而是添加等量灭活菌剂和经滤纸滤除AMF后的滤液50 mL；在进行盆栽试验时，也未添加蚯蚓。
90天后收获马缨丹，测定生长在不同Cd浓度土壤中马缨丹根系的侵染率，地上部的干重和镉含量，以及根际土中DTPA提取态镉的浓度，各个参数如表1所示。
表1 不同处理下镉的马缨丹地上部含量、积累量及根际土中DTPA提取态浓度
实验数据表明，与空白对照相比，接种AMF或蚯蚓都可以增加马缨丹地上部镉的含量，提高马缨丹地上部镉的积累量，而联合接种显著提高了马缨丹地上部镉的积累量，进而提高了马缨丹对镉污染土壤的修复效率。单独接种AMF或蚯蚓都可以活化土壤中的镉，且联合接种效果更显著提高了土壤中DTPA提取态Cd的浓度，有利于马缨丹对Cd的吸收。
不同处理下马缨丹根系侵染率如图1所示，实验结果表明AMF与马缨丹形成良好的共生关系，高浓度（28mg/kg）镉胁迫和蚯蚓活动对共生强度没有显著影响。不同处理下马缨丹地上部干重如图2所示，实验结果表明与空白对照和单独接种AMF或蚯蚓相比，联合接种AMF和蚯蚓可以显著提高马缨丹地上部生物量。
最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种提高马缨丹修复镉污染土壤效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. AMF的扩繁：将AMF菌种与灭菌的沙土混匀，以玉米为宿主植物进行扩繁，四个月后去掉玉米地上部分，将盆内培养物放室内干燥2周后剁碎，转入无菌袋中，密封冷餐，作为菌剂接种物；
S2. 马缨丹的育苗：通过野外剪裁枝条，在育苗田扦插培育2个月；
S3. 马缨丹的移栽与AMF的接种：将培育的马缨丹幼苗进行移栽，同时将菌剂均匀混入土壤；
S4. 蚯蚓的添加：马缨丹幼苗移栽2周后，选取长势一致的育苗进行盆栽试验，并添加蚯蚓；
S5. 田间管理：按常规方法管理；
S6. 收获：90天后，在近地面2cm出收获马缨丹地上部，并集中处理；此后，常规田间管理，一段时间后马缨丹根部发出新枝条，继续进行修复。
2.根据权利要求1所述提高马缨丹修复镉污染土壤效率的方法，其特征在于，AMF菌种按照质量分数1%-3%进行接种到沙土中。
3.根据权利要求2所述提高马缨丹修复镉污染土壤效率的方法，其特征在于，所述AMF选用根内球囊霉Glomus intraradices作为菌种。
4.根据权利要求1所述提高马缨丹修复镉污染土壤效率的方法，其特征在于，所述长势一致的育苗为株高12-16cm、地径0.4-0.6cm的马缨丹苗。
5.根据权利要求1所述提高马缨丹修复镉污染土壤效率的方法，其特征在于，所述菌剂按土壤质量分数3-5%进行接种混入。
6.根据权利要求1所述提高马缨丹修复镉污染土壤效率的方法，其特征在于，所述蚯蚓选用壮伟远盲蚓 Amynthas robustus，添加密度为90-100g/m2。
7.根据权利要求1所述提高马缨丹修复镉污染土壤效率的方法，其特征在于，在添加蚯蚓的同时，添加少量粉碎的紫花苜蓿的秸秆作为蚯蚓饲料。
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