CN108787721A - 一种干旱半干旱区铜污染土壤的植物修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种干旱半干旱区铜污染土壤的植物修复方法，所述方法包括在铜污染土壤上种植金盏菊，并对采摘花瓣后的金盏菊进行灰化处理，不进入食物链，对人类健康不产生危害。本发明的方法通过在重金属铜污染土壤上种植金盏菊，既可以修复土壤、美化环境又能通过提取花瓣色素获得经济效益；对于重金属铜的污染情况，金盏菊可用于土壤修复，这种修复方法费用相对较低、修复效果明显、可操作性强、而且不会对土壤理化性质产生不利影响、不引起二次污染。

Description

一种干旱半干旱区铜污染土壤的植物修复方法

技术领域

本发明涉及环保领域，具体而言，涉及一种铜污染土壤的植物修复方法。

背景技术

铜作为生物的必须元素，人类很久以前就已早发现，铜在生物体内起着重要作用，铜素缺乏会影响生物正常的新陈代谢，但进入物体的铜素过量会对生物体有毒害作用，有研究表明，铜浓度过高会影响叶绿素的合成，抑制植物根系的生长，严重者可是植物萎蔫，甚至死亡。

矿业和工业固体废弃物是土壤铜污染的主要来源。我国西部干旱半干旱区受铜污染严重，仅金昌市铜的储量就占全国第二位，开采矿产和冶炼金属推动经济发展的过程中破坏了当地生态环境，研究发现金昌市土壤中铜的含量在2011年就已经达到当地土壤背景值的16.5倍。

目前已有修复重金属污染土壤的方法主要包括物理方法，如：换土法、蒸汽浸提法、玻璃化法、电动力学法等；化学方法，如：化学淋洗法、溶剂浸提法、氧化法、还原法等。但这两种修复方法都存在缺陷，例如：投资大、设备复杂、存在二次污染等， 因此还不能实现大面积修复。作为当前最受欢迎的修复手段，植物修复是以太阳能为驱动力，利用修复植物的新陈代谢活动来提取、挥发、降解、固定污染土壤中的重金属。

驼绒藜、梭梭、燕麦、鸭跖草、海洲香薷等都是重金属铜的超富集植物，但其中一些植物无法适应干旱半干旱区特殊的环境而无法生存，有些虽然能存活下来，但生物量太小，富集的重金属量非常少。

金盏菊不仅能够适应干旱半干旱区特殊的环境条件，而且对铜浓度较高的土壤具有很强的耐性，在干旱半干旱区土壤中铜浓度较高的情况下金盏菊的生长不但不受抑制，生物量反而增大，且从花朵中可以提取色素，因此在铜污染土地上种植金盏菊不仅能够修复污染土壤而且能够美化环境，获得经济效益。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种干旱半干旱区铜污染土壤的植物修复方法，所述方法利用金盏菊对金属铜的耐受能力和富集能力，在铜污染土壤上种植金盏菊，并通过合理的田间管理和采摘来达到让铜富集并最终被集中灰化处理的目的。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明的一个方面涉及一种干旱半干旱区铜污染土壤的植物修复方法，在铜污染土壤上种植金盏菊，并对花期结束后的金盏菊进行灰化处理。

金盏菊对铜浓度较高的土壤具有很强的耐性，并且在该种土壤环境条件下更易生长，种植金盏菊可以将土壤中的铜富集并通过花期结束后的刈割和灰化彻底清除掉其从土壤中富集得到的铜。

优选地，本发明的植物修复方法适用于干旱半干旱区的重金属污染土壤。

干旱半干旱区环境特殊，许多具有铜富集作用的植物无法生存，有些虽然能存活下来，但生物量太小，富集的重金属量非常少，金盏菊不仅能够适应铜浓度较高的土壤，还可以适应干旱半干旱区特殊的环境条件，通过合理的种植和管理，其在干旱半干旱区土壤中铜浓度较高的情况下生长不但不受抑制，生物量反而增大，因此特别适于进行干旱半干旱区的铜污染土壤的修复。

优选地，所述种植金盏菊的过程包括：

1）播种：施入基肥后使用地膜铺盖土壤，后点播金盏菊种子并进行覆土；

2）田间管理：进行间苗和定苗，发现缺苗时进行补苗，并在培育过程中对幼苗进行施肥、灌水、中耕除草和病虫害防治；

3）采摘：在花期内对金盏菊进行花朵的采摘。

优选地，在春季土壤解冻后先平整土地，施入基肥，在整好的地上提前7天以上铺膜，按70cm行距划线，用幅宽120cm的地膜，待地温与地墒提起来后，按株距破膜点播金盏菊种子，每膜种2行。

根据金盏花不同生育期的需肥特点进行施肥，每亩施入1000-1500 kg腐熟的有机肥，结合翻地、整地施入作为基肥；可结合灌水进行追肥，每亩追施尿素10 kg，硫酸钾5 kg，混合均匀后在株间打洞深施，然后立即灌水。

灌水保证出苗水，灌足营养生长水，全生育期金盏花每亩地需水240 m³～300 m³，前茬作物收获后，及时深耕土地，11月份进行冬灌，每亩灌水量60 m³～80 m³，要求灌足灌透，以保证来年播种出苗。

金盏花的中耕锄草应结合间、定苗进行，苗期结合培土进行，一般进行3～4次中耕锄草；灌水后待地表干燥时及时从行间或水塘内在植株基部进行培土，压住地膜，促发不定根，防止倒伏。起垄种植培土厚度要求至少10 cm；平地种植培土后应成垄形，高度达到20cm。

优选地，使用地膜覆盖土壤7天以上。

优选地，所述播种使用的种子为发芽率高于80%，净度大于98%，纯度大于99%，含水量小于12%的金盏菊种子，优选地，在播种之前使用0.05-0.15%的高锰酸钾溶液浸泡20-40分钟。

以上述标准选种，为了防止病虫害，使用高锰酸钾进行浸泡，浸泡完成后应用清水冲洗并晾干。

优选地，施入基肥的量为每亩地1000-1500kg，优选地，所述基肥是充分腐熟的有机肥。

优选地，所述点播的株距为25-35cm，优选地，每穴点播2-3粒种子。

优选地，在幼苗高达10-15cm时进行间苗处理，在幼苗高达20-25cm时进行定苗；优选地，间苗时，每穴留2-3株，定苗时每穴留一株。

优选地， 所述病虫害防治包括喷施百菌清可湿性粉剂或多菌灵粉剂的500-700倍液以治理病害；优选地，所述病虫害防治还包括喷施阿维菌素 3000-5000 倍液或 B.T 粉剂 80-120倍液以防治虫害。

为了防治病虫害，在播种时应对基质做高温灭菌处理；穴盘必须用 0.3%-0.5%的高锰酸钾溶液漫泡10分钟后清水冲洗晾干；将穴盘放于育苗架上，保持幼苗的生长环境通风透气，防治苗期猝倒病的发生。

金盏菊的病害以灰霉病、枯萎病和霜霉病为主，此时如果有病害发生可及时早喷施 75%百菌清可湿性粉剂 600 倍液或多菌灵粉剂 600倍液用于治理病害。金盏菊易受潜叶蝇、蚜虫和菜青虫侵害，可施用阿维菌素 3000-5000 倍液或 B.T 粉剂 100倍液喷施，叶面和叶背都要充分喷透，以保证药效。

优选地，所述采摘每10-12天进行一次，整个花期进行6-7次，优选地，采摘时，将花朵从花托下0.8-1.5cm花梗处剪下。

金盏菊的花期长，一般在90天左右，全生育期需要采摘6-7次，金盏菊田间80%花朵完全开放后应及时采摘，过早或过晚都会对产量和色素含量造成损失。在正常年份，金盏花一般在7月10日～15日进行第一次采摘，以后每隔10d～12d采摘一次。金盏菊的花朵可以用来提取色素，并取得经济收益。

优选地，所述灰化处理包括刈割地上部分并收获地下部分，并集中将得到的茎秆和根系焚烧。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）在重金属铜污染土壤上种植金盏菊既可以修复土壤、美化环境又能通过提取色素获得经济效益；

（2）采摘花瓣后的金盏菊进行灰化处理，不进入食物链，对人类健康不产生危害；

（3）对于重金属铜的污染情况，金盏菊可用于土壤修复，这种修复方法费用相对较低、修复效果明显、可操作性强、而且不会对土壤理化性质产生不利影响、不引起二次污染；

（4）金盏菊适应干旱半干旱区特殊气候环境的能力强，能够大面积种植，地上生物量大，对干旱半干旱区重金属铜污染土壤具有修复作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为不同铜处理浓度下金盏菊地上部和地下部的干重的柱状示意图；

图2为不同处理条件下金盏菊地上部和地下部的铜含量的柱状示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

试验地位于金昌市大沙沟（北纬38°31′，东经102°10′，海拔1456m）。属于中温带大陆型气候，年均温为4.8℃左右，年均降雨量为110mm。该地土壤pH值为8.24。40cm深度内土壤中重金属铜的平均含量为8.92mg/kg，远远超过甘肃省土壤环境背景值，也超过国家土壤环境质量标准。

春季土壤解冻后整地施肥，按35cm株距破膜点播金盏菊种子，每穴点播2-3粒种子，点播后覆土0.5cm，每膜种2行，亩播金盏菊裸种量为50 g～75 g。对金盏菊进行查苗补种（每穴留1珠健壮植株，每亩留苗4000株）、中耕锄草、培土、施肥、灌水、病虫害防治等正常的田间管理。

金盏菊的花期长，一般在90天左右，全生育期需要采摘6-7次，金盏菊田间80%花朵完全开放后应及时采摘，过早或过晚都会对产量和色素含量造成损失。在正常年份，金盏花一般在7月10日～15日进行第一次采摘，以后每隔10d～12d采摘一次，将花朵从花托下1cm花梗处剪下，提取色素，获得经济效益。刈割地上部分后用旋耕机收获地下部分（只有1/3的根能被收回），最后集中将茎秆和根系进行灰化处理，实现对土壤中铜的吸收。

实验结果表明，在金昌市大沙沟种植金盏菊，每亩地可获得1500元的经济效益，金盏菊单株的地上部分干重为2.51g，地下部分干重为0.37g，金盏菊地上部分的重金属铜吸收量为6.14mg/kg（对金盏菊而言花所占的体积小，且其富集量本来就很少，因此计算地上部镉的吸收量时，将花的富集量忽略不计），地下部分吸收量为6.81 mg/kg，用旋耕机只有1/3的地下部分能被收获，因此每种植一茬金盏菊可从一亩铜污染土壤中带走65.01mg的重金属铜，对干旱半干旱区重金属铜污染土壤具有修复潜力。

实施例2

试验地位于金昌市白家庄（北纬38°29′，东经102°11′，海拔1451m）。属于中温带大陆型气候，年均温为4.7℃左右，年均降雨量为112mm。该地土壤pH值为7.76。40cm深度内土壤中重金属铜的平均含量为8.92mg/kg，远远超过甘肃省土壤环境背景值，也超过国家土壤环境质量标准。

春季土壤解冻后整地施肥，按33cm株距破膜点播金盏菊种子，每穴点播2-3粒种子，点播后覆土0.5cm，每膜种2行，亩播金盏菊裸种量为50 g～75 g。对金盏菊进行查苗补种（每穴留1珠健壮植株，每亩留苗4200株）、中耕锄草、培土、施肥、灌水、病虫害防治等正常的田间管理。

金盏菊的花期长，一般在90天左右，全生育期需要采摘6-7次，金盏菊田间80%花朵完全开放后应及时采摘，过早或过晚都会对产量和色素含量造成损失。在正常年份，金盏花一般在7月10日～15日进行第一次采摘，以后每隔10d～12d采摘一次，将花朵从花托下1cm花梗处剪下，提取色素，获得经济效益。刈割地上部分后用旋耕机收获地下部分（只有1/3的根能被收回），最后集中将茎秆和根系进行灰化处理，实现对土壤中铜的吸收。

实验结果表明，在金昌市白家庄种植金盏菊，每亩地可获得1500元的经济效益，金盏菊单株的地上部分干重为2.56g，地下部分干重为0.37g，金盏菊地上部分的重金属铜吸收量为7.04mg/kg（对金盏菊而言花所占的体积小，且其富集量本来就很少，因此计算地上部铜的吸收量时，将花的富集量忽略不计），地下部分吸收量为6.91 mg/kg，用旋耕机只有1/3的地下部分能被收获，因此每种植一茬金盏菊可从一亩铜污染土壤中带走79.27mg的重金属铜，对干旱半干旱区重金属铜污染土壤具有修复潜力。

实施例3

试验地位于金昌市玉石沟（北纬38°28′，东经102°10′，海拔1457m）。属于中温带大陆型气候，年均温为4.8℃左右，年均降雨量为113mm。该地土壤pH值为8.39。40cm深度内土壤中重金属镉的平均含量为8.78mg/kg，远远超过甘肃省土壤环境背景值，也超过国家土壤环境质量标准。

春季土壤解冻后整地施肥，按30cm株距破膜点播金盏菊种子，每穴点播2-3粒种子，点播后覆土0.5cm，每膜种2行，亩播金盏菊裸种量为50 g～75 g。对金盏菊进行查苗补种（每穴留1珠健壮植株，每亩留苗4500株）、中耕锄草、培土、施肥、灌水、病虫害防治等正常的田间管理。

金盏菊的花期长，一般在90天左右，全生育期需要采摘6-7次，金盏菊田间80%花朵完全开放后应及时采摘，过早或过晚都会对产量和色素含量造成损失。在正常年份，金盏花一般在7月10日～15日进行第一次采摘，以后每隔10d～12d采摘一次，将花朵从花托下1cm花梗处剪下，提取色素，获得经济效益。刈割地上部分后用旋耕机收获地下部分（只有1/3的根能被收回），最后集中将茎秆和根系进行灰化处理，实现对土壤中铜的吸收。

实验结果表明，在白银市永丰村种植金盏菊，每亩地可获得1500元的经济效益，金盏菊单株的地上部分干重为2.69g，地下部分干重为0.40g，金盏菊地上部分的重金属铜吸收量为6.24mg/kg（对金盏菊而言花所占的体积小，且其富集量本来就很少，因此计算地上部铜的吸收量时，将花的富集量忽略不计），地下部分吸收量为7.21 mg/kg，用旋耕机只有1/3的地下部分能被收获，因此每种植一茬金盏菊可从一亩铜污染土壤中带走79.86mg的重金属铜，对干旱半干旱区重金属铜污染土壤具有修复潜力。

实施例4

试验地位于金昌市姚家庄（北纬38°28′，东经102°11′，海拔1445m）。属于中温带大陆型气候，年均温为4.6℃左右，年均降雨量为183mm。该地土壤pH值为8.37。40cm深度内土壤中重金属铜的平均含量为8.51mg/kg，远远超过甘肃省土壤环境背景值，也超过国家土壤环境质量标准。

春季土壤解冻后整地施肥，按25cm株距破膜点播金盏菊种子，每穴点播2-3粒种子，点播后覆土0.5cm，每膜种2行，亩播金盏菊裸种量为50 g～75 g。对金盏菊进行查苗补种（每穴留1珠健壮植株，每亩留苗5000株）、中耕锄草、培土、施肥、灌水、病虫害防治等正常的田间管理。

金盏菊的花期长，一般在90天左右，全生育期需要采摘6-7次，金盏菊田间80%花朵完全开放后应及时采摘，过早或过晚都会对产量和色素含量造成损失。在正常年份，金盏花一般在7月10日～15日进行第一次采摘，以后每隔10d～12d采摘一次，将花朵从花托下1cm花梗处剪下，提取色素，获得经济效益。刈割地上部分后用旋耕机收获地下部分（只有1/3的根能被收回），最后集中将茎秆和根系进行灰化处理，实现对土壤中铜的吸收。

实验结果表明，在金昌市姚家庄种植金盏菊，每亩地可获得1500元的经济效益，金盏菊单株的地上部分干重为2.57g，地下部分干重为0.39g，金盏菊地上部分的重金属铜吸收量为6.53mg/kg（对金盏菊而言花所占的体积小，且其富集量本来就很少，因此计算地上部铜的吸收量时，将花的富集量忽略不计），地下部分吸收量为7.08 mg/kg，用旋耕机只有1/3的地下部分能被收获，因此每种植一茬金盏菊可从一亩铜污染土壤中带走88.51mg的重金属铜，对干旱半干旱区重金属铜污染土壤具有修复潜力。

实验例

试验设5个处理，每个处理重复6次，镉的投加浓度分别为CK（0 mg/kg）、处理1（5 mg/kg）、处理2（10 mg/kg）、处理3（50 mg/kg）、处理4（100 mg/kg）、处理5（200 mg/kg）、处理6（500 mg/kg），实验土为无污染的草甸棕壤土，选取直径20cm，高15cm的塑料盆，每盆装土2.0kg，平衡一个月待用，选择长势一致的金盏菊苗子，每盆种1棵，花盆摆放在兰州大学实验基地。待金盏菊开花后分别测定不同处理条件下其地上部和地下部的干重以及各部分对重金属，铜的富集量。

由图1可知，处理3和处理4条件下金盏菊的地上和地下生物量均略小于对照，在处理1、处理2条件下金盏菊的地上生物量高于对照，处理1和处理2条件下金盏菊的地下生物量也高于对照，处理4条件下金盏菊的地下生物量与对照相当，以上结果表明金盏菊的生长几乎不受铜污染的影响，铜浓度较低时反而促进金盏菊的生长，金盏菊对铜污染土壤具有很强的耐性，具有修复铜污染土壤的潜力。

由图2可知，各处理条件下金盏菊地下部铜的富集量远大于地上部的富集量，随着处理中铜浓度的增加，金盏菊富集重金属铜的量也增加，由此可见金盏菊对重金属铜污染土壤具有很强的修复作用。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种干旱半干旱区铜污染土壤的植物修复方法，其特征在于，所述方法包括在铜污染土壤上种植金盏菊，并对花期结束后的金盏菊进行灰化处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述种植金盏菊的过程包括：

1）播种：施入基肥后使用地膜铺盖土壤，后点播金盏菊种子并进行覆土；

2）田间管理：进行间苗和定苗，发现缺苗时进行补苗，并在培育过程中对幼苗进行施肥、灌水、中耕除草和病虫害防治；

3）采摘：在花期内对金盏菊进行花朵的采摘。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使用地膜覆盖土壤7天以上。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述播种使用的种子为发芽率高于80%，净度大于98%，纯度大于99%，含水量小于12%的金盏菊种子，优选地，在播种之前使用0.05-0.15%的高锰酸钾溶液浸泡20-40分钟。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，施入基肥的量为每亩地1000-1500kg，优选地，所述基肥是充分腐熟的有机肥。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述点播的株距为25-35cm，优选地，每穴点播2-3粒种子。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在幼苗高达10-15cm时进行间苗处理，在幼苗高达20-25cm时进行定苗；优选地，间苗时，每穴留2-3株，定苗时每穴留一株。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于， 所述病虫害防治包括喷施百菌清可湿性粉剂或多菌灵粉剂的500-700倍液以治理病害；优选地，所述病虫害防治还包括喷施阿维菌素 3000-5000 倍液或 B.T 粉剂 80-120倍液以防治虫害。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采摘每10-12天进行一次，整个花期进行6-7次，优选地，采摘时，将花朵从花托下0.8-1.5cm花梗处剪下。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述灰化处理包括刈割地上部分并收获地下部分，并集中将得到的茎秆和根系焚烧。