CN110252800A - 一种利用精油类植物修复重金属污染农用地的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用精油类植物修复重金属污染农用地的方法，所述方法为将精油类植物种植在重金属污染农用地上进行修复；所述重金属污染农用地为包括镉、砷、锌、铅及铜的两种或以上的重金属复合污染农用地。采用本发明的方法，在多金属复合污染土壤上种植精油提取类植物，既可实现重金属污染土壤的逐步修复，还可通过植物地上部提取精油而获得经济收益，本修复方法成本低廉、操作性强、对环境扰动少、无二次污染、绿色生态、易为大众所接受，符合目前我国现阶段农田重金属污染土壤修复的条件要求。

Description

一种利用精油类植物修复重金属污染农用地的方法

技术领域

本发明涉及环保及农业技术领域，尤其涉及一种利用精油类植物修复重金属污染农用地的方法。

背景技术

植物修复技术是利用筛选后符合条件的植物通过自然生长或遗传培育的植物利用其自身生理特性，从环境中吸收或富集一种或多种元素及化合物，并在其体内进行正常代谢，其核心是利用植物吸收、提取、分解、转化或固定等作用将土壤中的有毒有害物质去除或降低其毒害性的技术总称。植物修复相对于物理、化学等其他修复方法，属于安全、成本低、环境友好及对土壤破坏小、适于大面积推广的重金属污染治理措施，是解决农田土壤污染问题的一个很有前景的技术。

植物品种的筛选是植物修复技术最为关键也是最为困难的环节，一方面由于重金属污染地区的土壤环境及性质对植物的生长具有一定的限制作用，很难找到广泛适用的植物；第二，部分植物种植修复土壤环境期间对植物生长调节的管理需要耗费大量人力物力财力，经济效果不显著且修复效果不稳定，一般采用超富集植物修复的时候需中断农业生产，造成农民损失收入，与我国国情不符，无法调动农民参与治理的积极性。第三，食用性经济作物如果用于植物修复技术，重金属被植物吸收后，如果进入植物可食部位，将对人类身体带来隐藏风险。因此选择合适的修复植物，在使污染土壤得到修复的同时，有在我国耕地面积日益减少，污染耕地持续耕种的形势下，选择合适的植物修复，在达到修复污染土壤目的的同时，又能保障重金属污染农田的经济收益，真正实现边修复边生产的目标。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种操作性强、费用低、不破坏土壤理化性质及无二次污染的利用精油类植物修复重金属污染农用地的方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用精油类植物修复重金属污染农用地的方法，所述方法为将精油类植物种植在重金属污染农用地上进行修复；所述重金属污染农用地为包括镉、砷、锌、铅及铜的两种或以上的重金属复合污染农用地。

较佳地，所述精油类植物为孔雀草或柠檬草。利用孔雀草或柠檬草的地上部吸收部分土壤中的重金属，根部固定重金属的作用，同时实现污染土壤的修复。孔雀或柠檬草成熟后，收割孔雀草或柠檬草的地上部，主要为叶茎作为提取精油的原材料，其中孔雀草的花还可用作提取花瓣色素。孔雀草或柠檬草地上部提取出的植物精油作为抑菌活性成分可用于制备抑菌性洗涤用品或皮肤护理产品，且提取的精油中重金属含量基本未检出，不对人体造成伤害；收割后的孔雀或柠檬草地下部统一收集后采用常规方法灰化填埋。

较佳地，还包括在重金属污染农用地上施加钝化剂。施加土壤钝化剂以降低重金属生物有效性，减少重金属对孔雀草或柠檬草的毒害作用，增加孔雀草或柠檬草的存活率，同时钝化剂还可以提高植物地上部的生物量。

较佳地，所述种植的过程包括：

1)整地：根据土壤肥力情况施加基肥；

2)开厢起垄：对翻耕平整好的土地进行开厢起垄；每厢/垄的宽度最好小于1米，利于排水；

3)播种：点播或者条播精油类植物种子并进行覆土，或采用育苗盘播种后，待幼苗长至3-5片真叶时移栽定植；

4)田间管理：在培育过程中进行正常的施肥、浇水、除草和病虫害防治；

5)收割：当花序有一半成熟时即可采收。

较佳地，在步骤(1)，还包括对土壤施加钝化剂；所述钝化剂的施加量为土壤重量的0.3-3％；所述钝化剂的施用方法为将钝化剂均匀施加到翻耕后的土壤中，再次旋耕5遍以上，使钝化剂与土壤充分混匀，浇水养护7d以上，再进行播种或移栽精油类植物。

较佳地，所述基肥为充分腐熟的有机肥，用量为每亩地500-1500kg。

较佳地，所述种子为发芽率高于80％，净度大于98％，纯度大于99％的孔雀草或柠檬草种子。

较佳地，所述点播的株距为15-25cm，每穴点播2-4粒种子，两行间可采用交错式种植，条播的行距为20-45cm。

较佳地，所述钝化剂由质量比为1：2的蚕沙与铁粉组成；或者所述钝化剂由质量比为1：1：2的蚕沙、伊蒙土与铁粉组成。

较佳地，采用点播进行种植时，在幼苗高达10-15cm时进行间苗，在幼苗高达20-25cm时进行定植，定植时每穴留1-2株。

其中，孔雀草虫害防治方法为喷施20％三氯杀螨醇乳油500-600倍。孔雀草的病害防治方法为喷施甲基托布津、锈粉宁、25％苯菌灵·环己锌乳油800倍液、40％百菌清悬浮剂500倍液、30％绿得保悬浮剂400倍液，每隔7天喷药一次，共用2-3次；柠檬草的病害防治方法为用质量浓度1％石灰水、75％百菌清1000倍液浇根防治，或喷洒50％多菌灵500倍液。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

(1)本发明利用精油类植物修复镉、砷、锌、铅、铜等多金属复合污染农用地土壤，其操作性强、费用低、不破坏土壤理化性质、无二次污染。

(2)本发明利用该类植物对重金属具有一定的耐受和富集能力，可吸收带走土壤中一定量的重金属，逐步实现重金属污染土壤的减量化修复；同时该类植物的地上部可用于提取抑菌性精油，提取的精油可作为抑菌活性成分用于制备抑菌性洗涤用品或皮肤护理产品等；由于植物地上部经蒸馏萃取提炼，提取得到的精油中重金属含量很低，进而避免了对人体造成伤害，不仅可以起到修复污染土壤的作用，还能作为精油提取的原材料，保证当地的经济效益；精油类植物作为生产原料，不会进入食物链，可有效减少对人体的危害。

(3)采用本发明的方法，在多金属复合污染土壤上种植精油提取类植物，既可实现重金属污染土壤的逐步修复，还可通过植物地上部提取精油而获得经济收益，本修复方法成本低廉、操作性强、对环境扰动少、无二次污染、绿色生态、易为大众所接受，符合目前我国现阶段农田重金属污染土壤修复的条件要求。

附图说明

图1为盆栽实验中孔雀草的生长情况；其中，a、d为空白对照，b、e为添加了钝化剂S₁Fe₂，c、f为添加了钝化剂S₁Y₁Fe₂；

图2为盆栽实验中柠檬草的生长情况；其中，a1、d1为空白对照，b1、e1为添加了钝化剂S₁Fe₂，c1、f1为添加了钝化剂S₁Y₁Fe₂；

图3为大田试验中孔雀草的生长情况；其中，g为修复区，h为对照区。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

实施例1盆栽实验

(1)盆栽实验所用土壤为镉砷锌重度污染土壤，土壤pH为6.42，总镉为74mg/kg，总砷为1848mg/kg，总锌为2014mg/kg，总铅为272mg/kg，总铜为254mg/kg，土壤自然风干后过研磨过10目筛；

(2)与土壤混合：以不添加钝化剂材料作为空白对照处理，将总添加量为土壤质量的3％的钝化剂S₁Fe₂(蚕沙：铁粉＝1:2)和S₁Y₁Fe₂(蚕沙：伊蒙土：铁粉＝1:1:2)添加入污染土壤中，将钝化剂与土壤充分搅拌均匀，加入一定量的水，保持土壤水分达到田间最大持水量的60％-70％，养护7d，各分别种植孔雀草和柠檬草，每个处理设置3个重复；

(3)播种/移栽：选择发芽率高于80％，净度大于98％，纯度大于99％的孔雀草及柠檬草种子在育苗盆中进行育苗，每穴点播2-4粒种子，播种时温度高于15℃，待孔雀草及柠檬草幼苗高达10-15cm时进行间苗，在幼苗高达20-25cm时进行移栽定植，孔雀草每盆4株，柠檬草每盆1株，植物生长期间进行正常的水肥管理，60d后收获孔雀草、柠檬草植株的地上部分和地下部分进行重金属含量、生物量及株高的测定。

实验结果：

表1不同处理下孔雀草与柠檬草株高、地上及地下部干重

直至收获时，添加钝化剂后孔雀草和柠檬草的生长情况良好，但空白对照组在生长后期孔雀草表现为植株矮小、茎秆较细、叶片发黄直至枯死，柠檬草表现为枯死，参见图1及图2，表1可说明，孔雀草及柠檬草可以在做过钝化修复的重度污染土壤中生长。

由于对照组孔雀草植株矮小，采集的样品量不够检测，所以对照组无植株中重金属含量的数据。表2可以看出，孔雀草及柠檬草地上部及地下部都能吸收一定量的重金属。

表2盆栽实验条件下孔雀草及柠檬草对重金属的累积特征

实例2大田实验

大田实验所选择的农用地污染情况为Cd 2.83mg/kg-5.11mg/kg，As 592mg/kg-710mg/kg，Pb 169mg/kg-278mg/kg，土壤pH 5.15-6.07。

(1)整地：将大田翻耕，施加500kg/亩的有机肥作为基肥，同时对将大田一分为二，一半做钝化处理，添加500kg/亩的钝化剂SF2(蚕沙：铁粉＝1:2)，人工均匀的撒施，用小型旋耕机旋耕5遍以上，浇水养护7d；

(2)开厢起垄：每厢宽为0.8-1m，便于排水；

(3)播种：采用发芽率高于80％，净度大于98％，纯度大于99％的孔雀草种子进行条播，并覆少量土，条播的行距为20-45cm，播种时温度＞15℃，发芽期间保持土壤湿润；

(4)田间管理：期间进行正常的田间管理，采用喷施20％三氯杀螨醇乳油500-600倍进行虫害防治，40％百菌清悬浮剂500倍液进行病害防治，当气温低于18℃时，避免使用铵态氮肥；

(5)收割采样：当花序有一半时，采集孔雀草地上部及地下部。对孔雀草地上部及地下部、对应的土壤样品进行Cd、As、Pb检测，并采用孔雀草的地上部进行精油提取，地下部采用常规方法进行灰化填埋。

表3大田实验条件下孔雀草对重金属的累积特征

表3表明孔雀草对Cd的富集系数均＞1，说明孔雀草对重金属Cd具有较强的富集能力，且经钝化处理后土壤，可降低孔雀草孔雀草对重金属的吸收，增加其生物量，参见图3。

采集实例2中的孔雀草进行精油提取及应用试验(相关提取方法参见申请号为201811629997.1的中国专利)，发现其具有很好的抑菌效果，且提取率达到0.3％。对孔雀草精油进行重金属含量检测基本未检出，结果详见表4。同时取800μL精油作为辅料加入200g无抑菌效果洗手液中，用无抑菌效果洗手液作为空白实验对比(无抑菌效果洗手液在添加精油前经过121℃。15min灭菌处理，作为空白实验的洗手液亦经过灭菌)，将加入精油的洗手液样品和空白对照样品置于敞开空气中，每120min取1～2g样品，按照上述金黄色葡萄球菌(平板计数法)，以稀释度为104的菌液进行抑菌活性实验(即取200μL洗手液样品与100μL菌液混合涂布于培养基上，培养24h后进行菌落计数，平行进行三次实验取平均值)，实验总时长为480min。实验结果如表5所示。

表4孔雀草精油中重金属含量

由表4可知，用孔雀草提取的精油中重金属含量基本未检出，可安全使用。

表5孔雀草精油抑菌效果

由表5可知，在置于敞开的空气中，添加了孔雀草精油的洗手液抑菌效果会随着时间的增加而下降，但整体抑菌效果明显强于未添加精油的洗手液样本，故可以看出在抑菌性洗涤用品中，孔雀草精油有着较好的抑菌效果，在洗涤用品中有应用价值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用精油类植物修复重金属污染农用地的方法，其特征在于：所述方法为将精油类植物种植在重金属污染农用地上进行修复；所述重金属污染农用地为包括镉、砷、锌、铅及铜的两种或以上的重金属复合污染农用地。

2.根据权利要求1所述的利用精油类植物修复重金属污染农用地的方法，其特征在于：所述精油类植物为孔雀草或柠檬草。

3.根据权利要求1所述的利用精油类植物修复重金属污染农用地的方法，其特征在于：还包括在重金属污染农用地上施加钝化剂。

4.根据权利要求1至3任一项所述的利用精油类植物修复重金属污染农用地的方法，其特征在于：所述种植的过程包括：

1)整地：根据土壤肥力情况施加基肥；

2)开厢起垄：对翻耕平整好的土地进行开厢起垄；

3)播种：点播或者条播精油类植物种子并进行覆土，或采用育苗盘播种后，待幼苗长至3-5片真叶时移栽定植；

4)田间管理：在培育过程中进行正常的施肥、浇水、除草和病虫害防治；

5)收割：当花序有一半成熟时即可采收。

5.根据权利要求4所述的利用精油类植物修复重金属污染农用地的方法，其特征在于：在步骤(1)，还包括对土壤施加钝化剂；所述钝化剂的施加量为土壤重量的0.3-3％；所述钝化剂的施用方法为将钝化剂均匀施加到翻耕后的土壤中，再次旋耕5遍以上，使钝化剂与土壤充分混匀，浇水养护7d以上，再进行播种或移栽精油类植物。

6.根据权利要求4所述的利用精油类植物修复重金属污染农用地的方法，其特征在于：所述基肥为充分腐熟的有机肥，用量为每亩地500-1500kg。

7.根据权利要求4所述的利用精油类植物修复重金属污染农用地的方法，其特征在于：所述种子为发芽率高于80％，净度大于98％，纯度大于99％的孔雀草或柠檬草种子。

8.根据权利要求4所述的利用精油类植物修复重金属污染农用地的方法，其特征在于：所述点播的株距为15-25cm，每穴点播2-4粒种子，两行间可采用交错式种植，条播的行距为20-45cm。

9.根据权利要求4所述的利用精油类植物修复重金属污染农用地的方法，其特征在于：所述钝化剂由质量比为1：2的蚕沙与铁粉组成；或者所述钝化剂由质量比为1：1：2的蚕沙、伊蒙土与铁粉组成。

10.根据权利要求4所述的利用精油类植物修复重金属污染农用地的方法，其特征在于：采用点播进行种植时，在幼苗高达10-15cm时进行间苗，在幼苗高达20-25cm时进行定植，定植时每穴留1-2株。