CN109909292A - 一种利用富集花卉鸢尾修复土壤铅污染的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用富集花卉鸢尾修复土壤铅污染的方法,包括如下步骤:(1)品种选择;(2)整地;(3)种植;(4)种植后管理。本发明利用富集植物鸢尾来修复土壤铅污染,具有不破坏土壤理化性质,不引起二次污染、保护耕作层不受风蚀水蚀、且费用低、操作性强等优点,是一种土壤铅污染修复的理想方法,具有很好的市场推广应用价值。
Description
技术领域
本发明属于重金属污染土壤的植物修复技术领域,具体涉及一种利用富集花卉鸢尾修复土壤铅污染的方法。
背景技术
土壤中重金属污染物(如铜、镉、铅等)的含量随着工业化的发展、城市化的进程逐年增加,尤其是重金属铅对人体健康及植物生长的毒害性最大。矿产开发,工业生产,农业生产等是铅排入到土壤中的主要途径,由于土壤的吸附性,铅极易在土壤中富集。据统计,过去50年中大约有 7.83×105吨铅被排入土壤中,造成土壤重金属铅污染,进而被农作物富集,最终摆上餐桌,在体内恶性循环。鉴于铅的巨大毒害作用,人们对土壤铅修复相关的技术研究也一直在继续。目前,土壤铅污染的修复主要有两种思路:一是将铅从土壤中吸附出来,减少总量;二是降低铅的活性。目前,涉及物理、化学和生物等修复方法。利用物理或化学方法虽在短时间内能取得较好的修复效果,但容易产生二次污染,且工程量大,修复成本高;而利用生物修复(植物、动物或微生物等)则能有效避免二次污染。植物修复作为一种以光合作用为驱动的低成本、环境友好、效益高且前景广阔的重金属修复技术,已成为广大科技工作者关注的热点。而植物修复的基础和关键则是重金属耐性植物和超富集品种的筛选。由于铅负电性较高,易与土壤中有机质和铁锰氧化物等形成共价键,难被植物吸收,在一定程度上限制了铅污染土壤的植物修复规模。为了拓展修复土壤铅污染的植物种类和修复方法,本发明在对鸢尾属植物进行铅富集品种筛选的基础上,通过植物激素调控、种植密度和管理方式等实现铅污染土壤的修复。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题,提供了一种利用富集花卉鸢尾修复土壤铅污染的方法,以拓展修复土壤铅污染的植物种类,提高铅污染土壤的植物修复效率。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种利用富集花卉鸢尾修复土壤铅污染的方法,包括如下步骤:
(1)品种选择:
选择超富集铅,且生长周期短、生物量大、耐逆性强的鸢尾品种;
(2)整地:
先对需要修复的土壤进行施肥,然后采用平畦栽培,畦宽为1.5~2m,沟深为20~25cm,再浇水备用;
(3)种植:
测定步骤(2)中土壤中铅的含量来确定步骤(1)中选取的鸢尾的种植密度,具体是:铅含量在50mg/kg以内时,鸢尾的种植密度为8~10株/m2,铅含量超过50mg/kg时,鸢尾的种植密度为13~15株/m2;
(4)种植后管理:
a. 等步骤(3)中的鸢尾生长至苗期时,在鸢尾的叶面上均匀施以50~60 µmol·L-1的褪黑素溶液;
b. 等操作a中的鸢尾生长至旺盛生长期时,在鸢尾的叶面上均匀施以140~150µmol·L-1的褪黑素溶液;
c. 等操作b中的鸢尾生长至开花期时,在鸢尾的叶面上均匀施以90~100µmol·L-1的褪黑素溶液;
d. 等到操作c中的鸢尾地上部分生物量达到最大值时,将鸢尾整株连根拔起,从土壤中移走,并做集中处理;
f. 测定操作d中土壤中铅的含量,对于铅含量仍不达标的土壤进行重复种植,直至最终清除土壤中的铅。
进一步的,所述步骤(1)中鸢尾品种为西伯利亚鸢尾、北陵鸢尾、蝴蝶花、矮鸢尾、香根鸢尾、有髯鸢尾中的任意一种。
进一步的,所述步骤(2)中施肥的方式为:每亩施以有机肥2500~3000kg,生石灰18~22kg,铁锰螯合剂溶液8~10L。
进一步的,所述步骤(3)中种植时土壤中的持水量控制为45~55%。
进一步的,所述步骤(3)中鸢尾种植后浇水控制土壤中的持水量为60~70%,同时注意防寒防旱,并加强病虫害防治工作。
本发明利用富集植物鸢尾来修复土壤铅污染,具有不破坏土壤理化性质,不引起二次污染、保护耕作层不受风蚀水蚀、且费用低、操作性强等优点,是一种土壤铅污染修复的理想方法。实验证明植物鸢尾是一种富集植物,本发明利用鸢尾对铅的超富集吸附作用,通过在铅污染的土壤上种植这种富集植物,使铅污染土壤得到修复,与现有技术相比,既不破坏污染现场土壤的理化结构、培肥地力,又大大降低了修复费用。具体方法是,首先选择超富集铅,且生长周期短、生物量大、耐逆性强的鸢尾品种,从品种上进行优化,然后对需要修复的土壤进行施肥,其中生石灰可以中和酸性土壤,还可以抑制丝核菌、软腐菌、根线虫等病虫害,整地时,合理调节畦宽和沟深,以利于排水,整地后进行种植,通过测定土壤中铅的含量来确定种植的密度,当种植密度过小时,修复效果不显著,种植密度过大时,生长空间降低,从而限制鸢尾的生长发育,也不利于鸢尾对土壤的修复,申请人在大量的实验中发现,当土壤中铅含量在50mg/kg以内时,每平方米种植8~10株,修复效果最显著,铅含量超过50mg/kg时,每平方米种植13~15株,修复效果最显著。根据鸢尾每个时期的生长状况,喷施一定浓度的褪黑素溶液,一方面来来加强植株的营养生长,另一方面通过代谢调节来增加植物体内铅富集能力。等到鸢尾长至地上部生物量最大时,基本上对铅富集也最高,此时将鸢尾整株连根拔起,从土壤中移走,并做集中处理。
本发明相比现有技术具有以下优点:
本发明利用富集植物鸢尾来修复土壤铅污染,具有不破坏土壤理化性质,不引起二次污染、保护耕作层不受风蚀水蚀、且费用低、操作性强等优点,是一种土壤铅污染修复的理想方法,具有很好的市场推广应用价值。
具体实施方式
实施例1
品种筛选盆栽试验
试验地点设在安徽农业大学试验基地大棚中,地理位置为东经117°14',北纬31°52',海拔约10m,该试验地周围没有污染源,是重金属未污染区。该地区是暖温带向亚热带的过渡气候带,为亚热带湿润季风气候,年平均气温15.7℃,降雨量940-1000mm,日照约2100h。盆栽试验采自基地表土(1-20cm),土壤类型黑棕壤土。
试验确定铅单一污染,处理浓度40mg/kg,以无污染的土壤为对照(CK),盆栽品种有西北利亚鸢尾、北陵鸢尾、德国鸢尾、蝴蝶花、矮鸢尾,香根鸢尾、有髯鸢尾等7种。塑料盆规格Φ=30cm,H=20cm。将土风干后,过4mm筛后,处理中铅与土混匀,对照直接装土。平衡两周后,选择生长一致的鸢尾小苗,分别移栽到对照和处理盆中,每盆两株。3次重复。根据盆中水分情况,定期浇未检出铅的自来水,使土壤含水量保持在田间持水量的60-70%。待鸢尾成熟后,整株收获烘干,实施相关项目测定。 具体实验对比数据如下表1和表2所示:
表1 铅处理下不同鸢尾品种生物量变化 单位:g
由表1可知,在同样的生长环境条件下,与对照相比,7个鸢尾品种整株干重量下降幅度大的有德国鸢尾、矮鸢尾、香根鸢尾、有髯鸢尾这4个品种,表明铅污染影响到这4个品种的生长。而西北利亚鸢尾、北陵鸢尾、蝴蝶花这3个品种的生长量受铅污染影响较小,一定程度上说明它们对铅污染耐受性高。
表2 铅处理下不同鸢尾植株体内铅含量测定 单位:mg
由表2可知,西北利亚鸢尾、北陵鸢尾、蝴蝶花这3个品种体内铅含量富集较高,而德国鸢尾、矮鸢尾、香根鸢尾、有髯鸢尾这4个品种体内铅含量相对较低。以上研究结果可为土壤铅污染修复的鸢尾品种筛选提供参考,也说明了植物间不同品种对铅的耐受性有一定的差异。
实施例2
激素、铁锰螯合剂等外源物喷施试验
试验地点设在安徽省阜阳市农业科技示范园内,地理位置为东经115°81',北纬32°89',海拔约20m,该试验地周围紧邻工矿企业,一定程度上受到重金属污染,尤其是铅污染较严重。该地区属暖温带半湿润季风气候,年平均气温14.3℃,降雨量900-1000mm,日照约2200h。土壤类型黄棕壤土。
在铅污染的试验地上,划分试验小区,每小区30m2。分别种植西北利亚鸢尾、北陵鸢尾、蝴蝶花这3个品种,设处理和对照各一组,3次重复。具体实验时按照下述方法进行操作:
一种利用富集花卉鸢尾修复土壤铅污染的方法,包括如下步骤:
(1)品种选择:
选择超富集铅,且生长周期短、生物量大、耐逆性强的鸢尾品种;
(2)整地:
先对需要修复的土壤进行施肥,然后采用平畦栽培,畦宽为1.75m,沟深为22.5cm,再浇水备用;
(3)种植:
测定步骤(2)中土壤中铅的含量来确定步骤(1)中选取的鸢尾的种植密度,具体是:铅含量在50mg/kg以内时,鸢尾的种植密度为9株/m2,铅含量超过50mg/kg时,鸢尾的种植密度为14株/m2;
(4)种植后管理:
a. 等步骤(3)中的鸢尾生长至苗期时,在鸢尾的叶面上均匀施以55µmol·L-1的褪黑素溶液;
b. 等操作a中的鸢尾生长至旺盛生长期时,在鸢尾的叶面上均匀施以145µmol·L-1的褪黑素溶液;
c. 等操作b中的鸢尾生长至开花期时,在鸢尾的叶面上均匀施以95µmol·L-1的褪黑素溶液;
d. 等到操作c中的鸢尾地上部分生物量达到最大值时,将鸢尾整株连根拔起,从土壤中移走,并做集中处理;
f. 测定操作d中土壤中铅的含量,对于铅含量仍不达标的土壤进行重复种植,直至最终清除土壤中的铅。
进一步的,所述步骤(1)中鸢尾品种为西伯利亚鸢尾、北陵鸢尾、蝴蝶花、矮鸢尾、香根鸢尾、有髯鸢尾中的任意一种。
进一步的,所述步骤(2)中施肥的方式为:每亩施以有机肥2750kg,生石灰20kg,铁锰螯合剂溶液9L。
进一步的,所述步骤(3)中种植时土壤中的持水量控制为50%。
进一步的,,所述步骤(3)中鸢尾种植后浇水控制土壤中的持水量为65%,同时注意防寒防旱,并加强病虫害防治工作。
处理组按照上述方式添加褪黑素、铁锰螯合剂等外源物质,对照组为不添加任何外源物质。按照相同种植方式进行种植,正常肥水管理。待鸢尾成熟后,整株收获烘干,实施相关项目测定。 实验对比数据数据如下表3所示:
表3 外源物质处理下不同鸢尾植株体内铅含量测定 单位:mg
由表3可知,与对照相比,通过外源施加物质,西北利亚鸢尾、北陵鸢尾、蝴蝶花这3个品种体内铅富集有一定幅度升高。说明褪黑素、铁锰螯合剂等外源物质在释放游离铅,促进鸢尾生长的同时,更大程度上提升对铅的吸附能力。
Claims (5)
1.一种利用富集花卉鸢尾修复土壤铅污染的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)品种选择:
选择超富集铅,且生长周期短、生物量大、耐逆性强的鸢尾品种;
(2)整地:
先对需要修复的土壤进行施肥,然后采用平畦栽培,畦宽为1.5~2m,沟深为20~25cm,再浇水备用;
(3)种植:
测定步骤(2)中土壤中铅的含量来确定步骤(1)中选取的鸢尾的种植密度,具体是:铅含量在50mg/kg以内时,鸢尾的种植密度为8~10株/m2,铅含量超过50mg/kg时,鸢尾的种植密度为13~15株/m2;
(4)种植后管理:
a. 等步骤(3)中的鸢尾生长至苗期时,在鸢尾的叶面上均匀施以50~60 µmol·L-1的褪黑素溶液;
b. 等操作a中的鸢尾生长至旺盛生长期时,在鸢尾的叶面上均匀施以140~150µmol·L-1的褪黑素溶液;
c. 等操作b中的鸢尾生长至开花期时,在鸢尾的叶面上均匀施以90~100µmol·L-1的褪黑素溶液;
d. 等到操作c中的鸢尾地上部分生物量达到最大值时,将鸢尾整株连根拔起,从土壤中移走,并做集中处理;
f. 测定操作d中土壤中铅的含量,对于铅含量仍不达标的土壤进行重复种植,直至最终清除土壤中的铅。
2.根据权利要求1所述一种利用富集花卉鸢尾修复土壤铅污染的方法,其特征在于,所述步骤(1)中鸢尾品种为西伯利亚鸢尾、北陵鸢尾、蝴蝶花、矮鸢尾、香根鸢尾、有髯鸢尾中的任意一种。
3.根据权利要求1所述一种利用富集花卉鸢尾修复土壤铅污染的方法,其特征在于,所述步骤(2)中施肥的方式为:每亩施以有机肥2500~3000kg,生石灰18~22kg,铁锰螯合剂溶液8~10L。
4.根据权利要求1所述一种利用富集花卉鸢尾修复土壤铅污染的方法,其特征在于,所述步骤(3)中种植时土壤中的持水量控制为45~55%。
5.根据权利要求1所述一种利用富集花卉鸢尾修复土壤铅污染的方法,其特征在于,所述步骤(3)中鸢尾种植后浇水控制土壤中的持水量为60~70%,同时注意防寒防旱,并加强病虫害防治工作。
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