CN109590326A - 一种重金属污染土壤的植物修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种重金属污染土壤的植物修复方法，包括：重金属超积累植物的集成化栽培；移栽至重金属污染土壤；滴灌活化剂；移除超积累植物。该方法能够有效提高土壤重金属的植物修复效果和效率，降低治理成本，降低重金属渗滤等环境风险。

Description

一种重金属污染土壤的植物修复方法

技术领域

本发明属于土壤改良领域，涉及重金属污染土壤修复，具体涉及一种重金属污染土壤的植物修复方法。

背景技术

重金属污染土壤的植物修复技术是根据植物对重金属的可耐受性和超积累特性，利用超积累植物吸收、转移、转化、积累土壤中的重金属，从而达到将重金属从土壤中移除的目的。植物修复技术因其具有经济有效、绿色生态、环境友好、对土壤质量无显著影响、可在污染土壤上开展原位修复等优势，受到广泛关注并成为环境科学领域研究的热点，具有广阔的应用前景。

重金属超积累植物一般具备以下生理特征：①、较强的耐受重金属毒害的能力；②、较高的生长速率和生物量；③、较高的重金属积累量。目前，已发现的重金属超积累植物有400多种，如东南景天、鸭跖草、龙葵、木贼、宝山堇菜、印度芥菜、虎耳草等。

在实际应用中，植物修复技术的周期较长、效率相对较低。要提高植物修复技术的修复效率，要解决的问题有：①、保障超积累植物的生长发育和生物量，提高其对重金属的耐受性、吸收能力和积累量；②、在提高土壤中重金属生物利用度的同时，避免重金属过度活化而造成的环境风险。

现有的重金属超积累植物的栽培与管理技术不便于程序化、集成化管理操作，造成育苗、移栽、管理难度较大，超积累植物环境生存竞争力相对较弱、生长缓慢、生长密度分布不均匀，不能增强超积累植物对重金属毒害的耐受能力，继而影响其生物量、重金属积累量和修复效率。

在提高土壤中重金属的生物利用度方面，重金属活化剂能够提高土壤中重金属的生物有效性，继而快速、有效地提升植物修复效率，但同时也提高了重金属的流动性，增加环境污染的风险。因此，开发对环境友好、重金属活化的缓冲能力强、能够生物降解的重金属活化剂与施用技术是一个新的趋势。

目前，应用最为广泛的三类土壤重金属活化剂为：氨基多羧酸类活化剂(如 EDTA等)、低分子有机酸类(如柠檬酸、草酸等)和表面活性剂。至今，还没有一种活化剂能同时对多种重金属有较好的去除效果。虽然有不少案例表明，活化剂的配合使用能增强土壤重金属的活化移除效能，但并非所有种类的活化剂的配合使用都能取得正效应，有的重金属活化剂的配合使用甚至会对植物生长造成不利影响。因此，多种活性剂的选择与科学组合使用很重要。

此外，活化剂的现有施用方法也存在一定问题，主要以固体颗粒撒施或者大水漫灌的方式灌施。这两种施用方式均与植物的吸收规律不匹配，增大了对植物的毒害效应以及重金属向地下渗滤的风险。

发明内容

针对现有技术的不足和技术发展需求，本发明的目的在于提供一种重金属污染土壤的植物修复方法。该方法包含重金属活化剂与超积累植物的联合使用，能够有效提高土壤重金属的植物修复效果和效率，降低治理成本，降低重金属渗滤等环境风险。

为强化植物修复重金属污染土壤的能力和效率，本发明结合了两类措施：①、通过优化栽培和管理措施，增强超积累植物对重金属的耐受能力，提高生物量、重金属积累量和修复效率；②、通过活化剂配方及施用技术的创新，有效提高土壤中重金属的生物有效性，并避免继发性生态风险。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种重金属污染土壤的植物修复方法，包括：重金属超积累植物的集成化栽培；移栽至重金属污染土壤；滴灌重金属活化剂；移除超积累植物。

以下对上述各步骤分别进行更加详细具体的描述。需要说明的是，将各步骤分别进行描述仅仅是为了便于本领域技术人员更清晰、直观地理解本发明，而并非对各步骤之间的割裂。

<重金属超积累植物的集成化栽培>

重金属超积累植物的集成化栽培是本发明的核心之一。通过优化栽培和管理措施，能够有效增强超积累植物对重金属的耐受能力，提高生物量、重金属积累量和修复效率。

本发明中，重金属超积累植物的集成化栽培通过以下步骤来实现：

(1)育苗箱的准备

准备育苗箱，育苗箱的结构包括内、外两个部分：外部是箱体部分，无盖、箱体四周壁无孔；内部是悬挂式育苗盘，育苗盘上均匀分布有种植孔，作为播种或扦插定位用，在育苗盘四周设计有挂钩，种植孔的底部设有透水孔，以保障育苗盘的透水和透气性；使用时，将育苗盘悬挂在箱体中。

实践表明，使用具有上述构造的育苗箱对省种、省肥、免草、省工是有利的，且便于集成化和规范化操作。其中，对育苗箱的外形没有特别限制，可根据环境和操作便利性的需要灵活设置；示例性地，可以是长方形、正方形、圆形、椭圆形等形状。同样，对育苗盘上种植孔的形状也没有特别限制，只要不妨碍播种或扦插即可；示例性地，可以是方形或者圆形等。

(2)育苗基质的配制

选取腐熟后的作物秸秆、谷壳或锯木屑30-70份，腐熟粪肥20-40份，生物炭0- 20份，腐熟池塘干淤泥0-15份，泡沫珍珠粉或珍珠岩5-45份，N、P、K及微量元素 3-8份，混匀后加盖堆沤30-45天，充分腐熟后调节PH值至中性，加水使相对持水量为50-80％后，充分拌匀，作为育苗基质待用。

(3)播种或扦插

播种：将育苗基质平铺在育苗盘的种植孔中，育苗基质高度低于种植孔边缘高度0.5-1cm，然后在每个种植孔内均匀播种1-3颗超积累植物的种子或孢子，再用育苗基质和/或细沙覆盖在种子或孢子的表面，厚度为0.1-1cm。

扦插：将育苗基质平铺在育苗盘的种植孔中，育苗基质高度达到种植孔边缘高度，然后在每个种植孔内扦插1个超积累植物的插穗。

(4)育苗

将完成播种或者扦插的育苗盘悬挂于育苗箱中，待植株新生4-8片完整叶片或株高达到4-8cm之后，定期将承载幼苗的育苗盘放进配制好的诱导液中，每次浸泡时间为3-5min。待幼苗根系均匀生长并布满种植孔底部，形成紧密的根-培养基结合块的时候，将幼苗整株从育苗盘中取出，准备移栽。

育苗步骤中，浸泡诱导液的目的在于进一步促进幼苗生长，诱导植株合成内源性重金属螯合物(GSH、PCs)。每周浸泡诱导液1-3次为宜，优选2次。浸泡时，使诱导液的水平面低于育苗盘的种植孔边缘0.5-1.0cm，确保幼苗的地上部暴露在空气中。诱导液为水溶液，优选地，组成为：ZnSO₄2-6mg·L^-1，CuSO₄ 0.005- 0.02mg·L^-1，CoCl₂ 0.005-0.02mg·L^-1，Se-Cys 0.16-0.43mg·L^-1；特别优选地，诱导液的组成为：ZnSO₄ 4.30mg·L^-1，CuSO₄0.01mg·L^-1，CoCl₂ 0.01mg·L^-1，Se- Cys 0.16-0.43mg·L^-1。

上述集成化栽培技术适用于各种重金属超积累植物，例如(但不限于)可以是东南景天、蜈蚣草、火炬鸡冠、鸭跖草、龙葵、木贼、宝山堇菜、印度芥菜、虎耳草等中的至少一种。

确定待修复的重金属污染土壤后，对重金属超积累植物的选择主要从污染土壤的重金属种类、环境条件、以及植物能够超积累的重金属种类三个方面来考虑。所选重金属超积累植物通常具有生长速度快、生物量大、耐贫瘠、易栽种、易收获、栽种后的耕作管理不复杂等特点。通常来说，本领域技术人员通过常规的调查和试验即可确定出较为合适的重金属超积累植物。

<移栽>

整理待修复的重金属污染土壤，然后将整株幼苗连同根-培养基结合块一同移种到土壤中。

种植地(即待修复的污染土壤)的整理应适应重金属超积累植物的种植要求，这对本领域技术人员来说是公知且容易实现的。常规操作包括(但不限于)：翻耕待修复的重金属污染土壤，开沟起垄、整平土壤，使之土壤深度适宜，土壤颗粒细小，无杂草生长。

<滴灌重金属活化剂>

本发明的创新还涉及对活化剂配方及施用技术的改进，从而能够有效提高土壤中重金属的生物有效性，并避免继发性生态风险。

具体来说，移栽后，使用重金属活化剂并采用多次分批滴灌法对超积累植物进行灌溉。

本发明中使用的重金属活化剂包括谷氨酸(GLDA)、聚天冬氨酸(PASP)、有机膦酸(HEDP)、和任选的(optionally，即根据需要添加，也可不添加)柠檬酸。在整个栽培过程中，滴灌的次数为5-10次，灌溉的时间间隔为10-30天，每次灌水定额优选为3-40m³·hm^-2。

本发明中，为使活化剂的施用与植物的吸收规律相匹配，充分发挥活化剂的效能，避免增大对植物的毒害效应以及重金属向地下渗滤的风险，特别优选地，对活化剂采用多次分批滴灌法，具体是：以n表示滴灌的总次数，第1次至第n/2次(当比值不是整数时，以进一法取整数)滴灌时，使用谷氨酸、聚天冬氨酸和任选的柠檬酸的组合进行滴灌；后续滴灌时，使用有机膦酸进行滴灌。

通过使用上述活化剂及施用技术，本发明可显著提高重金属超积累植物对土壤中重金属的提取效率，特别地，对重金属Cu、Zn、Pb、Cd尤其有效。

<移除超积累植物>

动态监测土壤重金属含量和植株重金属积累量，当土壤重金属含量达到治理标准，或植株茎叶特定重金属含量达到峰值，或植株体已经成熟/老化至无生长能力的时候，将超积累植物的地上部或植物整体(包括根部)移除。

针对待修复的重金属污染土壤，整个修复可以是上述“重金属超积累植物的集成化栽培-移栽至重金属污染土壤-滴灌重金属活化剂-移除超积累植物”流程的一次，也可以是重复多次，这取决于对治理效果的具体需求，这对本领域技术人员来说是容易理解和确定的。

本发明的上述植物修复方法适用于各种重金属污染土壤，特别适用地，所述重金属包括Cu、Zn、Pb、Cd中的至少一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：实现了超积累植物从育苗到移栽的工厂化、规模化管理及运输，保证育苗质量的同时，大大降低了劳动力成本；增加了超积累植物对重金属的吸收量和积累量，增强了植物修复的效果和效率，降低了治理成本。

具体实施方式

现结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，显然，不应将本发明的保护范围限制在实施例范围内。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均应属于本发明的保护范围。

下述实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例一

本实施例涉及重金属活化剂与东南景天的联合使用。东南景天广泛分布于华中、华南和华东地区，是我国原生的镉、锌超积累植物，对铅具有富集作用。东南景天具有适应性广、多年生、生物量大、可无性繁殖、可以一年多次收割等优点，在我国的重金属污染土壤的植物修复领域具有广阔的应用前景。

选择安徽省铜陵市某尾矿库周边的原蔬菜种植农田为目标种植地(即待修复的重金属污染土壤)。调查种植地的环境条件和自然植被，测定土壤重金属含量，结果如表1中所示。

表1采样地块I的土壤重金属含量

1.本发明的植物修复方法

采用本发明的植物修复方法，经重金属超积累植物的集成化栽培、移栽、滴灌活化剂、和移除超积累植物，对上述地块进行修复试验。具体过程如下。

(1)东南景天的集成化栽培，包括下列步骤：

育苗箱的准备：准备多个长方形育苗箱，每个育苗箱结构分两个部分：外部是箱体部分，无盖、箱体四周壁无孔；内部是悬挂式育苗盘，育苗盘上均匀分布有圆形种植孔，作为播种或扦插定位用，在育苗盘四周设计有挂钩，种植孔底部有一个透水孔，以保障苗盘的透水和透气性；使用时，将育苗盘悬挂在箱体中。

育苗基质的配制：选取腐熟后的作物秸秆60份，腐熟牛粪20份，腐熟池塘干淤泥10份，泡沫珍珠粉5份，N、P、K及微量元素5份，混匀后加盖堆沤35天，充分腐熟后调节PH值至6.8，加水使相对持水量为60％后，充分拌匀，待用。

扦插：将育苗基质平铺在育苗盘的种植孔中，育苗基质高度达到种植孔边缘高度，然后在每个种植孔内扦插1个带腋芽的东南景天茎段，茎段长度为4cm。

育苗：将完成扦插的育苗盘悬挂于育苗箱中，待扦插茎段直立、新生4片完整叶片后，每周2次将承载扦插茎段的育苗盘放进配制好的诱导液中浸泡，每次5分钟。浸泡时，使诱导液的水平面低于育苗盘的种植孔边缘0.5cm，保证幼苗的地上部暴露在空气中。诱导液的组成为：ZnSO₄ 4.30mg·L^-1，CuSO₄ 0.01mg·L^-1， CoCl₂ 0.01mg·L^-1，Se-Cys 0.16mg·L^-1。待幼苗根系均匀生长并布满种植孔底部，形成紧密的根-培养基结合块的时候，选取长势较为一致的苗，准备移栽至大田。

(2)移栽：移栽前，整理种植地土壤，使之土壤深度适宜，土壤颗粒细小，无杂草生长，开沟起垄、整平土壤。移栽时，将整株苗连同根-培养基结合块一同移种到大田。种植密度为7000株/667m²。

(3)滴灌重金属活化剂：在整个栽培过程中，进行5次重金属活化剂的滴灌，其顺序为：第1、2、3次，滴灌谷氨酸(GLDA)和聚天冬氨酸(PASP)的混合液，灌溉的时间间隔为15天，每次灌水定额为28m³·hm^-2，谷氨酸的浓度为6.62 g·L^-1，聚天冬氨酸的浓度为2.60g·L^-1。第4、5次，滴灌有机膦酸(HEDP)，灌溉的时间间隔为30天，每次灌水定额为30m³·hm^-2，有机膦酸的浓度为5.00g·L^-1。

(4)超积累植物的移除：东南景天于第一年的10月份扦插至大田，于第二年的4月份第1次收获其地上部分；留茬5cm左右继续生长至10月份的时候，第2次收获东南景天地上部分，并将东南景天根部移出大田。

2.对比例：采用常规栽培

作为对比，采用常规栽培与活化剂相组合，对同样的地块进行修复试验。具体过程如下。

东南景天的常规栽培，包括下列步骤：

扦插前准备：扦插前，整理种植地土壤，使之土壤深度适宜，土壤颗粒细小，无杂草生长，开沟起垄、整平土壤。

扦插：将长度为4cm、带腋芽的东南景天茎段扦插在整平的种植地的土壤内。

滴灌重金属活化剂和超积累植物的移除：与上述实施例一“1.本发明的植物修复方法”中的步骤(3)和(4)相同。

3.土壤修复效果

对上述两种修复试验后地块中的重金属含量等指标进行检测，结果如表2中所示。

如表2所示，经过本发明所示方法修复后，土壤中Cu、Zn、Cd的总量分别由332.65mg·kg^-1、298.67mg·kg^-1和7.32mg·kg^-1降至59.63mg·kg^-1、46.11mg·kg^-1和0.59mg·kg^-1；以总量降低量计算的修复效率分别为：82.07％、84.56％和91.93％。土壤中Cu、Zn、Cd的有效态含量分别由5.81mg·kg^-1、5.27mg·kg^-1和0.23mg·kg^-1降至2.72mg·kg^-1、3.18mg·kg^-1和0.16mg·kg^-1；以有效态降低量计算的修复效率分别为：53.18％、39.66％和30.43％。修复后，此地块中Cu、Zn、Cd的总量均低于《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)中的二级标准。

相比而言，经过对比例所示方法修复后，土壤中Cu、Zn、Cd的总量分别由332.65mg·kg^-1、298.67mg·kg^-1和7.32mg·kg^-1降至156.2mg·kg^-1、110.68mg·kg^-1和2.18mg·kg^-1；以总量降低量计算的修复效率分别为：53.04％、62.94％和70.22％。土壤中Cu、Zn、Cd的有效态含量分别由5.81mg·kg^-1、5.27mg·kg^-1和0.23mg·kg^-1降至3.13mg·kg^-1、3.52mg·kg^-1和0.18mg·kg^-1；以有效态降低量计算的修复效率分别为：46.13％、33.21％和21.74％。修复后，此地块中Zn的总量低于GB 15618-1995中的二级标准，而Cu、Cd的总量均高于GB 15618-1995中的二级标准。

表2修复后的地块I土壤重金属的含量变化

4.修复效果的进一步确认

为进一步确认本发明的修复效果及相对于现有技术的技术优势，在同等地块上分别选取无修复处理、集成化栽培东南景天修复处理后(即，相比于本发明所示方法，不滴灌重金属活化剂)、本发明所示方法修复处理后、对比例所示方法修复处理后的四个小区种植番茄，品种为金棚1号。

在番茄种植期间，氮、钾肥的60％作基肥，其余40％作追肥；磷肥的80％作基肥，其余20％作追肥；番茄生育期内追肥5次。番茄种植密度为3500株/667m²。在番茄生长期进行的常规田间管理均参考中华人民共和国农业行业标准《无公害食品番茄露地生产技术规程》(NY/T 5006-2001)中的相关规定。进行番茄的病虫害防治5次，主要防治灰霉病、晚疫病、青枯病、病毒病、蚜虫等病虫害。本发明中所有农药的使用方法和剂量均按照中华人民共和国国家标准《农药合理使用准则》 (GB/T 8321)的规定执行。

番茄果实的铜、锌、镉含量测定：在番茄收获时期采取其果实，并测定番茄果实中铜、锌、镉的含量，检测方法按照《食品安全国家标准食品中铜的测定》 (GB 5009.13-2017)、《食品安全国家标准食品中锌的测定》(GB 5009.14- 2017)和《食品安全国家标准食品中镉的测定》(GB 5009.15-2014)中的规定进行。

表3显示为四个小区种植的番茄果实中的重金属含量。可以看出，在四个小区的番茄果实中，只有经由本发明所示方法修复处理后的小区中的番茄果实的铜、锌、镉的含量分别低于10mg/kg、20mg/kg和0.05mg/kg，符合《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB2762-2017)和《食品中污染物限量》(GB2762- 2005)中的规定。其它小区的番茄果实中的铜、锌、镉均无法同时满足相应的限量标准。

表3种植在经不同修复处理后的地块I上的番茄果实的重金属含量

表4显示为四个小区种植的番茄果实的性状。相比于无修复处理、集成化栽培东南景天修复处理、和对比例所示方法修复处理的小区中的番茄果实，种植在经由本发明所示方法修复处理后的小区中的番茄果实的产量、果实纵径、果实横径、果实硬度、单鲜果质量都明显增加。

表4种植在经不同修复处理后的地块I上的番茄的果实性状

表5显示为四个小区种植的番茄果实的品质。相比于无修复处理、集成化栽培东南景天修复处理、和对比例所示方法修复处理的小区中的番茄果实，种植在经由本发明所示方法修复处理后的小区中的番茄果实的可溶性蛋白含量、可溶性固形物含量、干物质含量、维生素C含量、番茄红素含量、可溶性糖含量和糖酸比都明显增加，番茄果实品质提高明显。

表5种植在经不同修复处理后的地块I上的番茄果实品质

实施例二

选择安徽省淮南市新庄孜矿复垦区农田为目标种植地。调查种植地的环境条件和自然植被，测定土壤重金属含量，结果如表6中所示。

表6采样地块II的农田土壤重金属含量

1.本发明的植物修复方法

采用本发明的植物修复方法对上述地块进行修复试验，具体过程如下。

(1)蜈蚣草的集成化栽培，包括下列步骤：

育苗箱的准备：准备多个长方形育苗箱，每个育苗箱结构分两个部分：外部是箱体部分，无盖、箱体四周壁无孔；内部是悬挂式育苗盘，育苗盘上均匀分布有圆形种植孔，作为播种或扦插定位用，在育苗盘四周设计有挂钩，种植孔底部有一个透水孔，以保障苗盘的透水和透气性；使用时，将育苗盘悬挂在箱体中。

育苗基质的配制：选取腐熟后的作物秸秆50份，腐熟牛粪20份，生物炭10份，珍珠岩15份，N、P、K及微量元素5份，混匀后加盖堆沤45天，充分腐熟后调节 PH值至6.5，加水使相对持水量为80％后，充分拌匀，待用。

播种：将育苗基质平铺在育苗盘的种植孔中，育苗基质高度低于种植孔边缘高度0.5cm。取蜈蚣草成熟孢子与细沙混合，均匀撒在装有基质的育苗盘种植孔中。

育苗：保持基质湿润；控制光照时间为16h/8h(昼/夜)，白天温度为25±1℃，夜间温度为20±1℃；相对湿度为70％。待幼苗长至5cm高时，每个种植孔留长势较好的幼苗1-2株，然后将育苗盘放进配制好的诱导液中浸泡，每周浸泡2次，每次4分钟。浸泡时，使诱导液的水平面低于育苗盘的种植孔边缘1.0cm，保证幼苗的地上部暴露在空气中。诱导液的组成为：ZnSO₄ 4.30mg·L^-1，CuSO₄ 0.01 mg·L^-1，CoCl₂ 0.01mg·L^-1，Se-Cys 0.26mg·L^-1。待幼苗根系均匀生长并布满种植孔底部，形成紧密的根-培养基结合块的时候，选取长势较为一致的苗，准备移栽至大田。

(2)移栽：移栽前，整理种植地土壤，使之土壤深度适宜，土壤颗粒细小，无杂草生长，开沟起垄、整平土壤。移栽时，将整株苗连同根-培养基结合块一同移种到大田。种植密度为4500株/667m²。

(3)滴灌重金属活化剂：在整个栽培过程中，进行8次重金属活化剂的滴灌，其顺序为：第1、2、3、4次，滴灌谷氨酸(GLDA)、聚天冬氨酸(PASP)和柠檬酸的混合液，灌溉的时间间隔为10天，每次灌水定额为5m³·hm^-2，谷氨酸的浓度为3.50g·L^-1，聚天冬氨酸的浓度为2.50g·L^-1，柠檬酸的浓度为5.50g·L^-1。第 5、6、7、8次，滴灌有机膦酸(HEDP)，灌溉的时间间隔为10天，每次灌水定额为8m³·hm^-2，有机膦酸的浓度为5.00g·L^-1。

(4)超积累植物的移除：蜈蚣草于每年的3月份移栽至大田，于当年的6月份第1次收获其地上部分；留茬5cm左右继续生长至当年的10月份收获，并将其根部移出大田。

(5)依照上述过程，于第2年重复一次。

2.对比例：采用常规栽培

作为对比，采用常规栽培与活化剂相组合，对同样的地块进行修复试验。具体过程如下。

蜈蚣草的常规栽培，包括下列步骤：

育苗基质的配制：选取腐熟后的有机肥25份，生物炭15份，珍珠岩45份，N、 P、K及微量元素15份，混匀后加盖堆沤30天，然后调节PH值至6.8，加水使相对持水量为80％后，充分拌匀，待用。

播种：将育苗基质平铺在育苗盘的种植孔中，育苗基质高度低于种植孔边缘高度0.5cm。取蜈蚣草成熟孢子与细沙混合，均匀撒在装有基质的育苗盘种植孔中。

育苗：保持基质湿润；控制光照时间为16h/8h(昼/夜)，白天温度为25±1℃，夜间温度为20±1℃；相对湿度为70％。待幼苗长至5cm高时，每个种植孔留长势较好的幼苗1-2株。待幼苗长至8cm时，准备移栽至大田。

移栽、滴灌重金属活化剂、超积累植物的移除和第2年的重复：与上述实施例二“1.本发明的植物修复方法”中的步骤(2)-(5)相同。

3.土壤修复效果

对上述两种修复试验后地块中的重金属含量等指标进行检测，结果如表7中所示。

如表7所示，经过本发明所示方法修复后，土壤中的Cu、Pb、Cd的总量分别由465.87mg·kg^-1、782.25mg·kg^-1和2.46mg·kg^-1降至98.26mg·kg^-1、216.31mg·kg^-1和0.57mg·kg^-1；以总量降低量计算的修复效率分别为：78.91％、72.35％和76.02％。土壤中的Cu、Zn、Cd的有效态含量分别由8.15mg·kg^-1、56.30mg·kg^-1和1.21mg·kg^-1降至6.47mg·kg^-1、28.28mg·kg^-1和0.36mg·kg^-1；以有效态降低量计算的修复效率分别为：20.61％、49.77％和70.25％。修复后，此地块中的Cu、Pb、Cd的总量均低于GB 15618-1995中的二级标准。

相比而言，经过对比例所示方法修复后，土壤中的Cu、Pb、Cd的总量分别由465.87mg·kg^-1、782.25mg·kg^-1和2.46mg·kg^-1降至236.2mg·kg^-1、393.18mg·kg^-1和1.36mg·kg^-1；以总量降低量计算的修复效率分别为：49.30％、49.74％和44.72％。土壤中的Cu、Pb、Cd的有效态含量分别由8.15mg·kg^-1、56.30mg·kg^-1和1.21mg·kg^-1降至7.95mg·kg^-1、40.56mg·kg^-1和0.54mg·kg^-1；以有效态降低量计算的修复效率分别为：2.45％、27.96％和55.37％。修复后，此地块中的Cu、Pb的总量低于GB 15618-1995中的三级标准，而Cd的总量高于GB 15618-1995中的三级标准。

表7经蜈蚣草修复后的地块II土壤重金属的含量变化

4.修复效果的进一步确认

与实施例一类似，为进一步确认本发明的修复效果及相对于现有技术的技术优势，在同等地块上分别选取无修复处理、集成化栽培蜈蚣草修复处理后(即，相比于本发明所示方法，不滴灌重金属活化剂)、本发明所示方法修复处理后、对比例所示方法修复处理后的四个小区种植番茄，品种为金棚1号。

在番茄种植期间，氮、钾肥的60％作基肥，其余40％作追肥；磷肥的80％作基肥，其余20％作追肥；番茄生育期内追肥5次。番茄种植密度为3500株/667m²。在番茄生长期进行的常规田间管理均参考中华人民共和国农业行业标准《无公害食品番茄露地生产技术规程》(NY/T 5006-2001)中的相关规定。进行番茄的病虫害防治5次，主要防治灰霉病、晚疫病、青枯病、病毒病、蚜虫等病虫害。本发明中所有农药的使用方法和剂量均按照中华人民共和国国家标准《农药合理使用准则》 (GB/T 8321)的规定执行。

番茄果实的铜、铅、镉含量测定：在番茄收获时期采取其果实，并测定番茄果实中铜、铅、镉的含量，检测方法按照《食品安全国家标准食品中铜的测定》 (GB 5009.13-2017)、《食品安全国家标准食品中铅的测定》(GB 5009.12- 2017)和《食品安全国家标准食品中镉的测定》(GB 5009.15-2014)中的规定进行。

表8显示为四个小区种植的番茄果实中的重金属含量。可以看出，在四个小区的番茄果实中，只有经由本发明所示方法修复处理后的小区中的番茄果实的铜、铅、镉的含量分别低于10mg/kg、0.1mg/kg和0.05mg/kg，符合《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB2762-2017)和《食品中污染物限量》(GB2762- 2005)中的规定。其它小区的番茄果实中的各重金属含量均高于元素限量标准。

表8种植在经不同修复处理后的地块II上的番茄果实的重金属含量

表9显示为四个小区种植的番茄果实的性状。相比于无修复处理、集成化栽培蜈蚣草修复处理、和对比例所示方法修复处理的小区中的番茄果实，种植在经由本发明所示方法修复处理后的小区中的番茄果实的产量、果实纵径、果实横径、果实硬度、单鲜果质量都明显增加。

表9种植在经不同修复处理后的地块II上的番茄的果实性状

表10显示为四个小区种植的番茄果实的品质。相比于无修复处理、集成化栽培蜈蚣草修复处理、和对比例所示方法修复处理的小区中的番茄果实，种植在经由本发明所示方法修复处理后的小区中的番茄果实的可溶性蛋白含量、可溶性固形物含量、干物质含量、维生素C含量、番茄红素含量、可溶性糖含量和糖酸比都明显增加，番茄果实品质提高明显。

表10种植在经不同修复处理后的地块II上的番茄果实品质

实施例三

选择安徽省铜陵市某矿区周边的农田为目标种植地。调查种植地的环境条件和自然植被，测定土壤重金属含量，结果如表11中所示。

表11采样地块III的农田土壤重金属含量

1.本发明的植物修复方法

采用本发明的植物修复方法对上述地块进行修复试验，具体过程如下。

(1)火炬鸡冠的集成化栽培，包括下列步骤：

育苗箱的准备：准备多个长方形育苗箱，每个育苗箱结构分两个部分：外部是箱体部分，无盖、箱体四周壁无孔；内部是悬挂式育苗盘，育苗盘上均匀分布有方形种植孔，作为播种或扦插定位用，在育苗盘四周设计有挂钩，种植孔底部有一个透水孔，以保障苗盘的透水和透气性；使用时，将育苗盘悬挂在箱体中。

育苗基质的配制：选取腐熟后的作物秸秆30份，腐熟牛粪30份，生物炭20份，珍珠岩10份，N、P、K及微量元素10份，混匀后加盖堆沤30天，充分腐熟后调节 PH值至6.0，加水使相对持水量为50％后，充分拌匀，待用。

播种：将育苗基质平铺在育苗盘的种植孔中，育苗基质低于种植孔边缘高度0.5cm。将种子与细土混合并均匀地撒于种植孔中的基质上，再用细土盖严种子，浇透水后保持湿润，在育苗盘表面铺上少许基质。

育苗：在出苗之前无需浇水，经7-10天出苗之后浇少量的水。当苗长至3-5cm 时，拔掉发育不良的苗。待苗高6-8cm时，将育苗盘放进配制好的诱导液中浸泡，每周浸泡2次，每次5分钟。浸泡时，使诱导液的水平面低于育苗盘的种植孔边缘 1.0cm，保证幼苗的地上部暴露在空气中。诱导液的组成为：ZnSO₄ 4.30mg·L^-1， CuSO₄ 0.01mg·L^-1，CoCl₂0.01mg·L^-1，Se-Cys 0.40mg·L^-1。待幼苗根系均匀生长并布满种植孔底部，形成紧密的根-培养基结合块的时候，选取长势较为一致的苗，准备移栽至大田。

(2)移栽：移栽前，整理种植地土壤，使之土壤深度适宜，土壤颗粒细小，无杂草生长，开沟起垄、整平土壤。移栽时，将整株苗连同根-培养基结合块一同移种到大田。种植密度为5000株/667m²。

(3)滴灌重金属活化剂：在整个栽培过程中，进行6次重金属活化剂的滴灌，其顺序为：第1、2、3次，滴灌谷氨酸(GLDA)和聚天冬氨酸(PASP)的混合液，灌溉的时间间隔为15天，每次灌水定额为12m³·hm^-2，谷氨酸的浓度为3.80 g·L^-1，聚天冬氨酸的浓度为2.50g·L^-1。第4、5、6次，滴灌有机膦酸(HEDP)，灌溉的时间间隔为25天，每次灌水定额为30m³·hm^-2，有机膦酸的浓度为5.50 g·L^-1。

(4)超积累植物的移除：火炬鸡冠于第一年的5月份移栽至大田，于当年的10 月收获火炬鸡冠地上部分，并将其根部移出大田。

(5)依照上述过程，于第2年重复一次。

2.对比例：采用常规栽培

作为对比，采用常规栽培与活化剂相组合，对同样的地块进行修复试验。具体过程如下。

火炬鸡冠的常规栽培，包括下列步骤：

栽培前准备：整理种植地土壤，使之土壤深度适宜，土壤颗粒细小，无杂草生长，开沟起垄、整平土壤。

将火炬鸡冠种子与细土混合，并均匀地撒于种植地土壤上，再用细土盖严种子，浇透水，保持土地的湿润，表面铺上少许的麦秸秆。在出苗之前无需浇水，经 7-10天出苗之后浇少量的水。当苗长至3-5cm时，拔掉发育不良的幼苗。整个种植期间采用常规管理。

滴灌重金属活化剂、超积累植物的移除和第2年的重复：与上述实施例三“1. 本发明的植物修复方法”中的步骤(3)-(5)相同。

3.土壤修复效果

对上述两种修复试验后地块中的重金属含量等指标进行检测，结果如表12中所示。

如表12所示，经过本发明所示方法修复后，土壤中Cu、Pb、Cd的总量分别由289.10mg·kg^-1、1045.55mg·kg^-1和4.12mg·kg^-1降至89.39mg·kg^-1、289.12mg·kg^-1和0.55mg·kg^-1；以总量降低量计算的修复效率分别为：69.08％、72.35％和 86.65％。土壤中Cu、Pb、Cd的有效态含量分别由15.51mg·kg^-1、68.30mg·kg^-1和 1.87mg·kg^-1降至8.84mg·kg^-1、37.06mg·kg^-1和0.39mg·kg^-1；以有效态降低量计算的修复效率分别为：43.01％、45.74％和79.14％。修复后，此地块中的Cu、Pb、Cd 的总量均低于GB 15618-1995中的二级标准。

相比而言，经过对比例所示方法修复后，土壤中Cu、Pb、Cd的总量分别由289.10mg·kg^-1、1045.55mg·kg^-1和4.12mg·kg^-1降至196.49mg·kg^-1、463.88mg·kg^-1和2.21mg·kg^-1；以总量降低量计算的修复效率分别为：32.04％、55.63％和 46.36％。土壤中Cu、Pb、Cd的有效态含量分别由15.51mg·kg^-1、68.30mg·kg^-1和 1.87mg·kg^-1降至12.21mg·kg^-1、58.93mg·kg^-1和0.87mg·kg^-1；以有效态降低量计算的修复效率分别为：21.28％、13.72％和53.48％。修复后，此地块中的Cu、Pb的总量低于GB 15618-1995中的三级标准，Cd的总量高于GB 15618-1995中的三级标准。

表12修复前后的地块III土壤重金属含量变化

4.修复效果的进一步确认

与实施例一类似，为进一步确认本发明的修复效果及相对于现有技术的技术优势，在同等地块上分别选取无修复处理、集成化栽培火炬鸡冠修复处理后(即，相比于本发明所示方法，不滴灌重金属活化剂)、本发明所示方法修复处理后、对比例所示方法修复处理后的四个小区种植番茄，品种为金棚1号。

在番茄种植期间，氮、钾肥的60％作基肥，其余40％作追肥；磷肥的80％作基肥，其余20％作追肥；番茄生育期内追肥5次。番茄种植密度为3500株/667m²。在番茄生长期进行的常规田间管理均参考中华人民共和国农业行业标准《无公害食品番茄露地生产技术规程》(NY/T 5006-2001)中的相关规定。进行番茄的病虫害防治5次，主要防治灰霉病、晚疫病、青枯病、病毒病、蚜虫等病虫害。本发明中所有农药的使用方法和剂量均按照中华人民共和国国家标准《农药合理使用准则》 (GB/T 8321)的规定执行。

番茄果实的铜、铅、镉含量测定：在番茄收获时期采取其果实，并测定番茄果实中铜、铅、镉的含量，检测方法按照《食品安全国家标准食品中铜的测定》 (GB 5009.13-2017)、《食品安全国家标准食品中铅的测定》(GB 5009.12- 2017)和《食品安全国家标准食品中镉的测定》(GB 5009.15-2014)中的规定进行。

表13显示为四个小区种植的番茄果实中的重金属含量。可以看出，在四个小区的番茄果实中，只有经由本发明所示方法修复处理后的小区中的番茄果实的铜、铅、镉的含量分别低于10mg/kg、0.1mg/kg和0.05mg/kg，符合《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB2762-2017)和《食品中污染物限量》(GB2762- 2005)中的规定。其它小区番茄果实的各重金属含量指标中，仅对比例所示方法修复后的小区中的番茄果实的铜含量低于限量，其它含量指标均高于元素限量标准。

表13种植在经不同修复处理后的地块III上的番茄果实重金属含量

表14显示为四个小区种植的番茄果实的性状。相比于无修复处理、集成化栽培火炬鸡冠修复处理、和对比例所示方法修复处理的小区中的番茄果实，种植在经由本发明所示方法修复处理后的小区中的番茄果实的产量、果实纵径、果实横径、果实硬度、单鲜果质量都明显增加。

表14种植在经不同修复处理后的地块III上的番茄的果实性状

表15显示为四个小区种植的番茄果实的品质。相比于无修复处理、集成化栽培火炬鸡冠修复处理、和对比例所示方法修复处理的小区中的番茄果实，种植在经由本发明所示方法修复处理后的小区中的番茄果实的可溶性蛋白含量、可溶性固形物含量、干物质含量、维生素C含量、番茄红素含量、可溶性糖含量和糖酸比都明显增加，番茄果实品质提高明显。

表15种植在经不同修复处理后的地块III上的番茄果实品质

Claims (12)

1.一种重金属污染土壤的植物修复方法，包括：重金属超积累植物的集成化栽培；移栽至重金属污染土壤；滴灌重金属活化剂；移除超积累植物。

2.根据权利要求1所述的植物修复方法，其特征在于：所述重金属超积累植物的集成化栽培通过以下步骤来实现：

(1)育苗箱的准备

准备育苗箱，育苗箱的结构包括内、外两个部分：外部是箱体部分，无盖、箱体四周壁无孔；内部是悬挂式育苗盘，育苗盘上均匀分布有种植孔，作为播种或扦插定位用，在育苗盘四周设计有挂钩，种植孔的底部设有透水孔，以保障育苗盘的透水和透气性；使用时，将育苗盘悬挂在箱体中；

(2)育苗基质的配制

选取腐熟后的作物秸秆、谷壳或锯木屑30-70份，腐熟粪肥20-40份，生物炭0-20份，腐熟池塘干淤泥0-15份，泡沫珍珠粉或珍珠岩5-45份，N、P、K及微量元素3-8份，混匀后加盖堆沤30-45天，充分腐熟后调节PH值至中性，加水使相对持水量为50-80％后，充分拌匀，作为育苗基质待用；

(3)播种或扦插

播种：将育苗基质平铺在育苗盘的种植孔中，育苗基质高度低于种植孔边缘高度0.5-1cm，然后在每个种植孔内均匀播种1-3颗超积累植物的种子或孢子，再用育苗基质和/或细沙覆盖在种子或孢子的表面，厚度为0.1-1cm；

扦插：将育苗基质平铺在育苗盘的种植孔中，育苗基质高度达到种植孔边缘高度，然后在每个种植孔内扦插1个超积累植物的插穗；

(4)育苗

将完成播种或者扦插的育苗盘悬挂于育苗箱中，待植株新生4-8片完整叶片或株高达到4-8cm之后，定期将承载幼苗的育苗盘放进配制好的诱导液中，每次浸泡时间为3-5min；待幼苗根系均匀生长并布满种植孔底部，形成紧密的根-培养基结合块的时候，将幼苗整株从育苗盘中取出，准备移栽。

3.根据权利要求2所述的植物修复方法，其特征在于：育苗步骤中，每周浸泡诱导液1-3次，优选2次；浸泡时，使诱导液的水平面低于育苗盘的种植孔边缘0.5-1.0cm，确保幼苗的地上部暴露在空气中。

4.根据权利要求2所述的植物修复方法，其特征在于：

诱导液为水溶液，其组成为：ZnSO₄ 2-6mg·L^-1，CuSO₄ 0.005-0.02mg·L^-1，CoCl₂0.005-0.02mg·L^-1，Se-Cys 0.16-0.43mg·L^-1；

优选地，其组成为：ZnSO₄ 4.30mg·L^-1，CuSO₄ 0.01mg·L^-1，CoCl₂ 0.01mg·L^-1，Se-Cys0.16-0.43mg·L^-1。

5.根据权利要求1所述的植物修复方法，其特征在于：所述重金属超积累植物选自东南景天、蜈蚣草、火炬鸡冠、鸭跖草、龙葵、木贼、宝山堇菜、印度芥菜、虎耳草中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的植物修复方法，其特征在于：所述移栽至重金属污染土壤包括整理待修复的重金属污染土壤，然后将整株幼苗连同根-培养基结合块一同移种到土壤中。

7.根据权利要求1所述的植物修复方法，其特征在于：移栽后，使用重金属活化剂并采用多次分批滴灌法对超积累植物进行灌溉。

8.根据权利要求7所述的植物修复方法，其特征在于：所述重金属活化剂包括谷氨酸、聚天冬氨酸、有机膦酸和任选的柠檬酸。

9.根据权利要求8所述的植物修复方法，其特征在于：滴灌的次数为5-10次，灌溉的时间间隔为10-30天，每次灌水定额为3-40m³·hm^-2。

10.根据权利要求8或9所述的植物修复方法，其特征在于：以n表示滴灌的总次数，第1次至第n/2次(当比值不是整数时，以进一法取整数)滴灌时，使用谷氨酸、聚天冬氨酸和任选的柠檬酸的组合进行滴灌；后续滴灌时，使用有机膦酸进行滴灌。

11.根据权利要求1所述的植物修复方法，其特征在于：所述移除超积累植物包括：动态监测土壤重金属含量和植株重金属积累量，当土壤重金属含量达到治理标准，或植株茎叶特定重金属含量达到峰值，或植株体已经成熟/老化至无生长能力的时候，将超积累植物的地上部或植物整体移除。

12.根据权利要求1所述的植物修复方法，其特征在于：所述重金属包括Cu、Zn、Pb、Cd中的至少一种。