CN109482628A - 一种利用伴矿景天-小叶黄杨间作系统修复镉污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用伴矿景天‑小叶黄杨间作系统修复镉污染土壤的方法，该方法包括：培育伴矿景天幼苗和小叶黄杨幼苗，以间作方式将伴矿景天植株和小叶黄杨幼苗同时移栽至待修复的镉污染土壤中，移栽后对伴矿景天和小叶黄杨进行栽培管理；从收获前的13～15天起，每天向镉污染土壤中施加草酸水溶液，直至伴矿景天和小叶黄杨同时收获完成。本发明采用伴矿景天‑小叶黄杨间作的栽培方式，并配合草酸的添加，显著提高了植物对镉污染土壤中重金属镉的吸收率，提高土壤重金属污染的修复效率。

Description

一种利用伴矿景天-小叶黄杨间作系统修复镉污染土壤的 方法

技术领域

本发明涉及环境污染多技术联合处理技术领域，尤其涉及一种利用伴矿景天-小叶黄杨间作系统修复镉污染土壤的方法。

背景技术

我国城市化的快速发展，产业结构的深化调整，导致城市土地重金属污染程度趋于严重化，其中镉是污染最严重的重金属元素。面对土壤重金属污染的修复方法主要有物理、化学、生物等修复方法。例如，客土法、化学淋洗法、化学栅法等，这些方法由于成本高、易破坏土壤结构、且易产生二次污染等问题，不适用于大面积的土壤重金属污染修复。

电动修复技术，是一种将电极对插入污染土壤，并加以低直流电引导重金属离子向某一特定方向迁移，最终收集分离出土壤的方法。虽然，该法拥有修复时间短、不改变土壤结构、不易产生二次污染的优点；但是，该法存在着不适用于高渗透性、导电能力差的土壤，且容易造成土壤pH不均等不足，面对大规模的污染土地的就地修复技术还不够完善。

植物修复，主要利用植物吸收、固定、转化土壤重金属的修复措施，该方法具有经济、安全、绿色、不改变土壤结构等优点，但是由于植物本身的限制，导致该法修复效率低、修复周期长等不足之处。单一的靠植物修复法修复土壤重金属不仅修复效果不佳，而且其修复时间长，易造成土地浪费问题也不容忽视。为此，有研究者利用添加有机酸活化土壤重金属来促进植物修复的效率，也有研究者利用不同植物间作来修复土壤污染的同时提高土地利用率。

申请公布号为CN107737802A的发明专利申请公布了一种重金属污染土壤的伴矿景天-早竹间作生态修复方法。该方法主要采用富集植物联合农作物(早竹)的间作系统综合修复土壤重金属污染的技术手段。具体技术内容主要为：(1)选苗：早竹采用生长繁茂、无病害、长势一致的多年生母竹。伴矿景天采用生长良好，长势一致的等量真叶片数的幼苗；(2)平地，将实验地除杂草，翻耕表层土；(3)移栽，将早竹与伴矿景天间作，并保持一定的行间距。(4)水肥管理，定期对试验区进行松土灌溉，并使用缓释有机肥进行追肥。该方法通过早竹和伴矿景天间作的方式，利用他们拥有吸收土壤重金属和重金属高耐性的能力，且根系深浅不同，对不同土壤层次的重金属污染进行分层次修复，从而达到重金属污染土壤的生态修复目标。

但是，由于富集植物伴矿景天根系分泌物所产生的有机酸含量较低，导致活化土壤重金属的程度较低，从而使得伴矿景天对土壤重金属的修复效率较低，修复周期长。此外，采用农作物(早竹)对重金属污染深层土壤进行修复容易产生食品质量安全隐患。

申请公布号为CN104289515A的发明专利申请公布了一种重金属污染土壤的淋洗方法，主要步骤为：(1)优选多种环保型有机酸，如柠檬酸、草酸、苹果酸等；(2)采用助剂氯化钠与多种有机酸以1:2～1:5的比例进行复配成淋洗液；(3)利用淋洗装置进行淋洗处理；(4)采用生物质炭等吸附剂吸附废液中重金属，回收淋洗液重复使用。该方法主要依托有机酸对土壤重金属离子的解离作用，让土壤中的重金属离子随着淋洗液被洗出，从而达到修复重金属污染土壤的效果。

但是，由于有机酸-氯化钠的淋洗会导致土壤的pH、CEC和N、P、K等营养物质的流失，降低土壤质量，不利于后期的农业生产；此外现有的有机酸的淋洗研究大多停留于实验室条件，较难将此技术推广于批量修复的野外大田实验。

因此，探究一种依托环保绿色型的植物修复技术，低成本、高效率的修复重金属污染土壤的修复方法，是解决当今土壤重金属污染问题的关键所在。

发明内容

本发明提供了一种利用伴矿景天-小叶黄杨间作系统修复镉污染土壤的方法，该方法能够有效提高整个间作系统对重金属镉的吸收能力，进而提高间作系统对重金属镉污染土壤的修复效率。

具体技术方案如下：

一种利用伴矿景天-小叶黄杨间作系统修复镉污染土壤的方法，包括：

(1)培育伴矿景天幼苗和小叶黄杨幼苗，以间作方式将伴矿景天植株和小叶黄杨幼苗同时移栽至待修复的镉污染土壤中，移栽后对伴矿景天和小叶黄杨进行栽培管理；

(2)从收获前的13～15天起，每天向镉污染土壤中施加草酸水溶液，直至伴矿景天和小叶黄杨同时收获完成。

伴矿景天和小叶黄杨所处的生长时期以及植株的株高和根系长度对镉污染土壤中镉的吸收效果都有很大影响；若植株太小，株高和根系均未达到一定长度，不仅无法有效吸收镉，还容易造成胁迫，影响植物的生长，进而影响镉的吸收量；若植株太大，植物对镉的吸收容量将减小，进而影响镉的吸收效率。

进一步地，步骤(1)中，伴矿景天植株的培育方法为：取2-3cm长的伴矿景天枝条，去除顶芽，将带叶片的枝条进行扦插培养，获得已生根的伴矿景天植株。

更进一步地，所述伴矿景天植株的根系长度为2-5cm，植株高度为7-12cm。

进一步地，步骤(1)中，小叶黄杨幼苗的培育方法为：取5-10cm长的小叶黄杨枝条，去除顶芽，将带叶片的枝条进行扦插培养，获得已生根的小叶黄杨植株。

更进一步地，所述小叶黄杨幼苗的株高为5-10cm，直径0.5-1.5cm。

为保证伴矿景天与小叶黄杨均能有效的获取阳光和水分，避免两植物地上部、地下部的相互影响。作为优选，步骤(1)中，所述伴矿景天植株和小叶黄杨幼苗的行间距为5～8cm，株间距为5～8cm。

作为优选，步骤(1)中，所述栽培管理的条件为：光照强度为13000-18000lx，温度为23-25℃，空气湿度为55-60％。虽然，伴矿景天属于地被植物，小叶黄杨属于低矮灌木，但移栽后的栽培管理条件相同。

草酸的添加量会影响植物对镉污染土壤中镉的吸收量；作为优选，步骤(2)中，以镉污染土壤的质量为基准，所述草酸的浓度为5～10mmol/L；所述草酸的日施加量为160～170ml/kg/d。

作为优选，草酸的添加时间为每日17:00-18:00，促进伴矿景天和小叶黄杨的吸收，进而提高植物对土壤中重金属镉的吸收效率。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用伴矿景天-小叶黄杨间作的栽培方式，并配合草酸的添加，显著提高了植物对镉污染土壤中重金属镉的吸收率，提高土壤重金属污染的修复效率。

(2)本发明通过分析伴矿景天-小叶黄杨间作系统的植株体内重金属积累量，发现小叶黄杨体内镉积累量下降，而伴矿景天体内镉积累量则上升；与此同时，伴矿景天-小叶黄杨间作系统在草酸处理下，能够有效的提高土壤中镉的生物有效性，促进伴矿景天对镉的吸收，降低小叶黄杨对镉的吸收量，从而提高间作系统整体对土壤镉污染的修复效率，为城市重金属污染地的园林景观营造提供了技术支持。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，以下列举的仅是本发明的具体实施例，但本发明的保护范围不仅限于此。下列实施例中未详细说明的栽培管理措施和指标检测手段均为本领域常规方法。

实施例1

1、试验地点：浙江省临安市浙江农林大学智能温室(30°19'N，119°35'E)，该地区位于中亚热带季风气候区南缘，属季风型气候，全年降雨量1628.6毫米，全年平均气温16.4℃，全年日照时数1847.3小时。

2、试验材料：

(1)伴矿景天：从重金属污染土培育伴矿景天基地内取出一批2-3cm长的伴矿景天枝条，去除顶芽，将带叶片的枝条进行扦插培养，获得已生根且根系长度为2-5cm，植株高度为7-12cm的伴矿景天植株。

(2)小叶黄杨：取5-10cm长的小叶黄杨枝条，去除顶芽，将带叶片的枝条进行扦插培养，获得已生根的小叶黄杨植株。取小叶黄杨幼苗的株高为5-10cm，直径0.5-1.5cm的进行移栽。

(3)污染土壤：采集点为浙江省绍兴市上虞市小担山铅锌矿区附近苗圃，该地区由于铅锌矿的建立，从而造成附近农田和苗圃的土壤严重的重金属污染。根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)，该试验地土壤镉污染为筛选值3倍(5.5＜pH＜6.5)。将土样自然风干，剔除植物残体和石块，磨碎、过10mm筛，保存备用。

3、试验时间：试验栽培60天，伴矿景天与小叶黄杨都进行收获(2017年8月28日种植；2017年10月12日开始草酸处理；2017年10月26日收获)。

4、试验方法：

采用微区试验模拟实际大田中的污染土壤修复，具体内容如下：

取3kg保存备用的污染土壤，装入(直径为18cm，高为14cm)的塑料盆中。下列间作处理中，伴矿景天植株和小叶黄杨幼苗的行间距为6cm，株间距为6cm；施肥方式为植物移栽前2天向待用土壤撒施2％(土肥比)的复合肥(15-15-15)，并添加水分至田间持水量(65％)。

设置以下六个处理：

(1)伴矿景天单作；选取根系长度为3-4cm、株高为7-10cm的优选伴矿景天进行种植于已装好3kg污染土壤的塑料盆中，且控制栽培的条件为光照强度为13000-18000lx，温度为23-25℃，空气湿度为55-60％。培养两个月后，收割伴矿景天，测定和分析伴矿景天的干物质量和体内重金属积累量。

(2)伴矿景天单作+草酸；本处理与处理(1)所选的植物、场地、栽培条件、栽培时间等均相同。唯一的区别在于，在伴矿景天收割前14天对其进行草酸处理，草酸于每天17:30施加，每天每盆施加量均为500mL，浓度为10mmol/L，草酸处理后，收割伴矿景天，测定和分析伴矿景天的干物质量和体内重金属积累量。

(3)小叶黄杨单作；本处理与处理(1)所选的场地、栽培条件、栽培时间等均相同。唯一的区别在于，所栽培的植物为小叶黄杨，培养两个月后，收割小叶黄杨，测定和分析小叶黄杨的干物质量和体内重金属积累量。

(4)小叶黄杨单作+草酸；本处理与处理(3)所选的植物、场地、栽培条件、栽培时间等均相同。唯一的区别在于，小叶黄杨收割前14天对其进行草酸处理，草酸于每天17:30施加，每天每盆施加量均为500mL，浓度为10mmol/L，草酸处理后，收割小叶黄杨，测定和分析小叶黄杨的干物质量和体内重金属积累量。

(5)伴矿景天-小叶黄杨间作；本处理与处理(1)所选的场地、栽培条件、栽培时间等均相同。唯一的区别在于，所栽培的植物采用伴矿景天-小叶黄杨间作；培养两个月后，收割伴矿景天和小叶黄杨，分别测定和分析伴矿景天与小叶黄杨的干物质量和体内重金属积累量。

(6)伴矿景天-小叶黄杨间作+草酸；本处理与处理(5)所选的植物、场地、栽培条件、栽培时间等均相同。唯一的区别在于，小叶黄杨收割前14天对其进行草酸处理，草酸于每天17:30施加，每天每盆施加量均为500mL，浓度为10mmol/L，草酸处理后，收割伴矿景天和小叶黄杨，分别测定和分析伴矿景天与小叶黄杨的干物质量和体内重金属积累量。

4、检测指标和数据

表1 不同处理下植株的生物量与Cd吸收量

6、结论

由表1可知，伴矿景天单作处理时施加草酸，能够显著增加伴矿景天的生物量、镉的吸收总量以及镉的吸收浓度；而小叶黄杨单作处理时施加草酸，小叶黄杨不仅对镉的吸收总量和吸收浓度没有显著的提高，反而生长受到抑制，造成小叶黄杨的生物量减少，说明常规的小叶黄杨单作并不适合施加草酸，也不适合用来修复镉污染土壤。

但是，试验发现，当伴矿景天与小叶黄杨间作时，两者整体的镉吸收总量显著提高；并且在伴矿景天与小叶黄杨间作的同时施加草酸，能够显著提高伴矿景天对镉的吸收能力，进而提高伴矿景天与小叶黄杨整个间作系统的镉吸收能力。说明，伴矿景天与小叶黄杨间作处理以及草酸处理之间存在相互协同作用。

实施例2

在实施例1试验的基础上，测定植物各部位(地上部和地下部)的重金属积累量，结果如表2所示。

表2 各处理条件下各植物地上部和地下部的镉积累量的影响

由表2可知，伴矿景天-小叶黄杨间作系统有利于降低小叶黄杨体内镉积累量，缓解小叶黄杨根系胁迫，有利于重金属环境下的保障正常生长，且增加伴矿景天体内镉积累量，从而在保证植物正常生长条件下，促进土壤镉污染修复。与此同时，在伴矿景天-小叶黄杨间作系统的基础上添加草酸，能够进一步提高伴矿景天体内的镉积累量，降低小叶黄杨体内的镉积累量，进一步促进缓解小叶黄杨根系胁迫，并有效促进伴矿景天对污染土壤中镉的吸收。

对比例1

在实施例1的基础上，发明人尝试了其他低矮灌木类植物与伴矿景天进行间作处理，发现在伴矿景天与其他植物间作并施加草酸时，并未出现协同效果，下面以红叶南天竹为例。

其中，供试土壤采用镉污染土壤。其培养的光照，湿度等条件皆与实施例1的处理6相同。培养两个月后，进行收割，测定和分析植物的干物质量、Cd吸收总量和Cd吸收浓度。

结果如表3所示：

表3 不同间作处理中不同植物对土壤镉积累量的影响

实施例3

本实施例采用实施例1相同的试验方法，并设置不同草酸浓度的处理，探究草酸浓度对植物吸收污染土壤中镉含量的影响。

草酸浓度处理为：0、5、10、20mmol/kg(指植物栽培期间草酸施加的总浓度，草酸浓度与土壤质量比)。

结果如表4所示。

表4 不同浓度草酸对小叶黄杨各部位Cd含量积累的影响

由表4可知，当草酸处理浓度为5-10mmol/L时，伴矿景天与小叶黄杨间作系统镉积累量最高，且植物能够正常生长。

对比例2

在实施例1的基础上，针对伴矿景天与小叶黄杨间作系统(施加草酸)，本对比例对草酸的加入时间做了相应试验，除设置草酸加入时间的处理外，其余实验内容与实施例1完全相同。

处理设置为：

处理A：伴矿景天植株和小叶黄杨幼苗移栽当日起，连续14天施加草酸，用量与实施例1相同。

处理B：伴矿景天植株和小叶黄杨幼苗移栽1个月后，连续14天施加草酸，用量与实施例1相同。

处理C：伴矿景天植株和小叶黄杨幼苗收获前14天起，连续14天施加草酸，用量与实施例1相同。

处理D：伴矿景天植株和小叶黄杨幼苗收获前24天起，连续24天施加草酸，用量与实施例1相同。

结果如表5所示。

由表5可知，草酸施用时间的不同会影响植物对镉的吸收能力，其中，以处理C最优。

Claims (9)

1.一种利用伴矿景天-小叶黄杨间作系统修复镉污染土壤的方法，其特征在于，包括：

(1)培育伴矿景天幼苗和小叶黄杨幼苗，以间作方式将伴矿景天幼苗和小叶黄杨幼苗同时移栽至待修复的镉污染土壤中，移栽后对伴矿景天和小叶黄杨进行栽培管理；

(2)从收获前的13～15天起，每天向镉污染土壤中施加草酸水溶液，直至伴矿景天和小叶黄杨同时收获完成。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，伴矿景天幼苗的培育方法为：取2-3cm长的伴矿景天枝条，去除顶芽，将带叶片的枝条进行扦插培养，获得已生根的伴矿景天植株。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述伴矿景天植株的根系长度为2-5cm，植株高度为7-12cm。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，小叶黄杨幼苗的培育方法为：取5-10cm长的带叶片的小叶黄杨枝条，去除顶芽，将带叶片的枝条进行扦插培养，获得已生根的小叶黄杨幼苗。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述小叶黄杨幼苗的株高为5-10cm，直径0.5-1.5cm。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述伴矿景天幼苗和小叶黄杨幼苗的行间距为5～8cm，株间距为5～8cm。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述栽培管理的条件为：光照强度为13000-18000lx，温度为23-25℃，空气湿度为55-60％。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，以镉污染土壤的质量为基准，所述草酸的浓度为5～10mmol/L；所述草酸的日施加量为160～170ml/kg/d。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，草酸的添加时间为每日17:00-18:00。