CN108326039A - 一种多裂翅果菊修复镉污染果园土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多裂翅果菊修复镉污染果园土壤的方法，属于土壤重金属污染修复技术领域。该方法是将多裂翅果菊幼苗直接移栽或者将其种子直接播种于遭受重金属镉污染的果园土壤中，用于修复果园土壤镉污染。所述果园土壤中的镉含量为5mg·kg^‑1～100mg·kg^‑1。采用多裂翅果菊可很好用于修复果园土壤中的镉污染，其对果园土壤中镉的积累量大，且自身的生物量较高，在镉胁迫下的生长速度也较快，能够很好适应于果园土壤环境下的镉污染修复。

Description

一种多裂翅果菊修复镉污染果园土壤的方法

技术领域

本发明属于土壤重金属污染修复技术领域，具体涉及一种多裂翅果菊修复镉污染果园土壤的方法。

背景技术

随着现代工农业的快速发展，我国土壤受到重金属污染的情况越来越严重，受铅、砷、镉、铬等重金属污染的耕地近2×10⁷hm²，约占耕地总面积的1/5。在重金属元素中，镉被认为是耕地重金属污染中最主要的元素，污染发生率达到25.20％。在镉含量超标的土壤上种植农作物，会导致植物中毒，主要表现为茎、根生长迟缓，叶片泛黄，褶皱卷曲；光合作用、呼吸作用和蒸腾作用受到抑制，引起氧化胁迫和细胞膜损伤。因此，研究镉污染土壤的作物种植问题具有重要的现实意义。

近年来，由于农药、化肥的长期使用以及不当的农业生产方式，一些农田和果园正面临严重的镉污染威胁，不少农田和果园土壤中重金属镉含量出现超标现象。镉有很高的毒性，其在土壤中具有稳定性高、滞留时间长、容易积累的特点，且植物或微生物一般很难降解，因而土壤中的镉污染不仅直接导致农作物减产，而且镉在蔬菜和水果等可食部位过量积累后易于通过食物链传递给人或动物，构成对人类生存环境多个层面上的不良胁迫，给人类的健康带来严重危害。因此对于治理土壤中镉污染以及减少镉在蔬菜和水果中的积累量一直是国际上的难点与热点研究课题。

目前，治理重金属污染土壤的方法主要有物理修复法、化学修复法、生物修复法。而生物修复法中的重金属植物修复技术普遍被认为具有物理、化学修复方法所无法比拟的费用低廉、不破坏场地结构、不造成二次污染等特点，已成为修复土壤重金属污染研究领域的热点。重金属植物修复技术主要是将筛选出的超富集植物种植在重金属污染的土壤上，通过这些植物的根系吸收，将土壤中的重金属转移至植物体内，再将植物收割处理，从而达到将彻底清除土壤中的重金属的目的。

现有常用的植物大多是已知的镉超富集植物如牛膝菊、龙葵、野茼蒿等，其是从重金属矿山中的植物中筛选重金属超富集植物，因为在此地生长的植物自然天然地具备良好的重金属富集效果，更适应重金属环境，而少有从其他生长环境下筛选出的植物类型。另外，虽然已发现的重金属超富集植物种类众多，但是大多数重金属超富集植物(特别是镉超富集植物)普遍存在地上部生物量偏小，生长速度较慢的缺点，从而限制了植物修复技术的推广应用。为此，寻找适应果园土壤环境、生长速度快、繁殖能力强的镉富集植物新物种，是镉污染果园土壤植物修复技术急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述技术问题，而提供一种多裂翅果菊修复镉污染果园土壤的方法。本发明研究结果证明，采用多裂翅果菊可很好用于修复果园土壤中的镉污染，其对果园土壤中镉的积累量大，且自身的生物量较高，在镉胁迫下的生长速度也较快，能够很好适应于果园土壤环境下的镉污染修复。

本发明提供了一种多裂翅果菊修复镉污染果园土壤的方法，该方法是将多裂翅果菊幼苗直接移栽或者将其种子直接播种于遭受重金属镉污染的果园土壤中，用于修复果园土壤镉污染。

根据已有报道可知，多裂翅果菊(Pterocypsela laciniata(Houtt.)Shih)为翅果菊属(Pterocypsela Shih)的多年生草本植物。翅果菊属为菊科一年生或多年生草本，过去曾称为山莴苣属，分布于东亚及南亚地区，在我国境内均有分布，多裂翅果菊作为一种野菜具有较高的营养价值。由于其在我国四川及山东等地均有大量分布，且自身生物量较高，因此本申请的发明人寻求将其用于果园土壤镉污染的治理中，以期给我国日益严重的果园土壤重金属污染问题带来新的思路。

如本发明实施例所示，采用多裂翅果菊对果园土壤进行镉修复时，表现出了较强的镉富集能力，对果园土壤中镉的去除效果好。

当采用多裂翅果菊对果园土壤镉污染进行治理时，优选的，果园土壤中的镉含量可为5mg·kg^-1～100mg·kg^-1之间，其治理效果显著。

进一步优选的，所述果园土壤中的镉含量为10mg·kg^-1～50mg·kg^-1。

进一步的，所述多裂翅果菊幼苗或种子的种植密度为3～4cm×4～5cm。

进一步的，在对多裂翅果菊幼苗进行移栽时至少有5片真叶长出。

进一步的，多裂翅果菊幼苗移栽或种子播种期间，保持土壤田间持水量为80％。

进一步的，在幼苗移栽或种子播种后，不定期进行翻土混合，使果园土壤充分混匀。

进一步的，待多裂翅果菊处于抽薹期时整株收获。

进一步的，所述多裂翅果菊包括从盆西山地中亚热带-寒带区采集的幼苗或种子。进一步的，所述多裂翅果菊还包括从盆西中亚热带多春夏旱区采集的幼苗或种子。来自上述两种气候生态区的多裂翅果菊均能表现出对果园土壤中的镉较高的富集能力，从而可将镉去除，但是二者富集镉的能力也表现出一定的差异。

本发明的有益效果在于，提供了一种利用多裂翅果菊在果园土壤中对重金属镉的耐性和超富集特性，达到修复污染果园土壤的目的。此外，由于多裂翅果菊繁殖能力强，生长快速，能在极其贫瘠的土地上生长，在其生长过程中管理粗放，因而成本较低、可操作性强，为重金属镉污染果园土壤的植物修复开发了新的植物种质资源。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是，以下实施例仅仅用于对本发明进行解释和说明，并不用于限定本发明。本领域技术人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例

1材料与方法

1.1浓度梯度鉴定试验

供试土壤为紫色土，取自四川省成都市温江区果园，其基本理化性质为：pH值6.94，有机质43.64g·kg^-1，全氮3.63g·kg^-1，全磷0.38g·kg^-1，全钾17.54g·kg^-1，全镉0.103mg·kg^-1，碱解氮195.00mg·kg^-1，速效磷6.25mg·kg^-1，速效钾191.13mg·kg^-1，有效态镉0.022mg·kg^-1。

多裂翅果菊种子于2016年10月采自四川省成都市温江区果园。试验于2017年2-6月在四川农业大学成都校区进行。2017年2月，将土壤风干、压碎、过5mm筛后，分别称取3.0kg装于15cm×18cm(高×直径)的塑料盆内，土壤中以CdCl₂·2.5H₂O溶液形式加入的镉质量分数分别为0、5、10、25、50、75、100mg·kg^-1，每个处理重复3次，保持土壤田间持水量为80％，自然放置平衡8周，不定期翻土混合，使土壤充分混匀。2017年2月，将多裂翅果菊种子置于培养皿中育苗，待多裂翅果菊幼苗长出5片真叶时移栽于盆中(2017年4月)，每盆种植4株。2017年6月，待多裂翅果菊处于抽薹期时采集成熟叶片，测定其抗氧化酶(POD、CAT和SOD)活性、可溶性蛋白含量和光合色素(叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量及类胡萝卜素)含量。之后，整株收获，测定多裂翅果菊根系及地上部镉含量、生物量，并按下式计算根系及地上部分根系或地上部分相关系数指标：

富集系数＝根系镉含量或地上部分镉含量/土壤镉浓度；转运系数＝植物地上部分镉含量/根系镉含量；镉积累量＝镉含量×生物量；抗性系数＝各处理总生物学产量/对照总生物学产量；转运量系数＝(地上部镉含量×地上部生物量)/(根系镉含量×根系生物量)。

1.2两种气候生态区的多裂翅果菊的镉积累特性比较

2016年10月，分别在两种气候生态区：四川省雅安市雨城区(盆西山地中亚热带-寒带区)、四川省成都市温江区(盆西中亚热带多春夏旱区)采集多裂翅果菊种子。

试验于2017年2-6月在四川农业大学雅安校区农场果园进行。使用的土壤及加镉的方式与筛选试验相同，使土壤镉浓度为5mg·kg-1。2017年2月，将两种气候生态区的多裂翅果菊种子分别置于培养皿中育苗，待多裂翅果菊幼苗长出5片真叶时移栽于盆中(2017年4月)，每盆种植4株。2017年6月，待多裂翅果菊处于抽薹期时整株收获，测定根系及地上部生物量、镉含量，并计算相应镉积累量。

1.3数据处理方法

数据采用SPSS系统进行方差分析(Duncan新复极差法进行多重比较)。

2结果与分析

2.1浓度梯度鉴定试验

2.1.1多裂翅果菊的生物量

收获后不同镉浓度下多裂翅果菊中各部位生物量的大小、根冠比以及抗性系数测定结果如表1所示。从表1可以看出，多裂翅果菊具有较高的生物量，在果园土壤中遭受镉胁迫下也表现出良好的生长性能，对土壤中的镉积累表现出优良的性能。其中在土壤镉质量分数为5mg·kg^-1～100mg·kg^-1范围内，多裂翅果菊的根冠比均比未遭受镉胁迫下更高，而抗性系数在镉质量分数为5mg·kg^-1～50mg·kg^-1范围内均得以提高，其中以镉质量分数为10mg·kg^-1和25mg·kg^-1的抗性系数最高。另外，多裂翅果菊根系、地上部分和整株的生物量在镉质量分数在5mg·kg^-1～50mg·kg^-1之间时均得到提高，在超过50mg·kg^-1之后表现出略有下降。

表1多裂翅果菊的生物量

注：同列数据后不同字母表示差异显著(P<0.05)，下同。

2.1.2多裂翅果菊的镉含量

收获后不同镉浓度下多裂翅果菊各部位的镉含量以及转运系数测定结果如表2所示。从表2可以看出，多裂翅果菊表现出优良的镉富集特性，能够很好用于果园土壤中的镉污染修复。其中以土壤镉质量分数为10mg·kg^-1和25mg·kg^-1时地上部分富集系数较高，转运系数也较高。

表2多裂翅果菊的镉含量

2.1.3多裂翅果菊的镉积累量

收获后不同镉浓度下多裂翅果菊各部位的镉积累以及转运量系数测定结果如表3所示。从表3可以看出，多裂翅果菊表现出对果园土壤中的镉超高的积累量，其中整株镉积累量可高达375.14ug/株。

表3多裂翅果菊的镉积累量

2.1.4多裂翅果菊的光合色素含量

收获后不同镉浓度下多裂翅果菊中各叶绿素含量测定结果如表4所示。从表4可以看出，多裂翅果菊在遭受土壤镉胁迫的情况下，其光合色素含量表现出显著变化，其中土壤镉质量分数为5mg·kg^-1～50mg·kg^-1之间，多裂翅果菊的叶绿肥素a、叶绿素b以及类胡萝卜素的含量均显著升高。

表4多裂翅果菊的光合色素含量

2.1.5多裂翅果菊的抗氧化酶活性及可溶性蛋白含量

收获后不同镉浓度下多裂翅果菊中抗氧化酶活性及可溶性蛋白含量测定结果如表5所示。从表4可以看出，多裂翅果菊可很好耐受果园土壤中的镉污染胁迫。

表5多裂翅果菊的抗氧化酶活性及可溶性蛋白含量

2.2两种气候生态区多裂翅果菊的镉积累特性比较

采集自两种气候生态区的多裂翅果菊种子表现出的镉积累特性如表6所示。从表6可以看出，两种气候生态区下的多裂翅果菊均表现出良好的镉积累特性，但二者有着较大差别。

表6两种气候生态区多裂翅果菊的镉积累特性比较

从上述结果可以知晓，多裂翅果菊为一种超富集植物，其可用于果园土壤镉污染的修复，且具备生物量高，生长速度快，对镉的积累性能好的特点；另个，采集自两种气候生态区的多裂翅果菊均表现出良好的镉积累特性，但其差别较大。

Claims (10)

1.一种多裂翅果菊修复镉污染果园土壤的方法，其特征在于，是将多裂翅果菊幼苗直接移栽或者将其种子直接播种于遭受重金属镉污染的果园土壤中，用于修复果园土壤镉污染。

2.根据权利要求1所述的多裂翅果菊修复镉污染果园土壤的方法，其特征在于，所述果园土壤中的镉含量为5mg·kg^-1～100mg·kg^-1。

3.根据权利要求2所述的多裂翅果菊修复镉污染果园土壤的方法，其特征在于，所述果园土壤中的镉含量为10mg·kg^-1～50mg·kg^-1。

4.根据权利要求1或2所述的多裂翅果菊修复镉污染果园土壤的方法，其特征在于，所述多裂翅果菊幼苗或种子的种植密度为3～4cm×4～5cm。

5.根据权利要求1或2所述的多裂翅果菊修复镉污染果园土壤的方法，其特征在于，在对多裂翅果菊幼苗进行移栽时至少有5片真叶长出。

6.根据权利要求1或2所述的多裂翅果菊修复镉污染果园土壤的方法，其特征在于，多裂翅果菊幼苗移栽或种子播种期间，保持果园土壤田间持水量为80％。

7.根据权利要求1或2所述的多裂翅果菊修复镉污染果园土壤的方法，其特征在于，在幼苗移栽或种子播种后，不定期进行翻土混合，使果园土壤充分混匀。

8.根据权利要求1或2所述的多裂翅果菊修复镉污染果园土壤的方法，其特征在于，待多裂翅果菊处于抽薹期时整株收获。

9.根据权利要求1或2所述的多裂翅果菊修复镉污染果园土壤的方法，其特征在于，所述多裂翅果菊包括从盆西山地中亚热带-寒带区采集的幼苗或种子。

10.根据权利要求1或2所述的多裂翅果菊修复镉污染果园土壤的方法，其特征在于，所述多裂翅果菊还包括从盆西中亚热带多春夏旱区采集的幼苗或种子。