CN110639946A

CN110639946A - 降低植株中重金属镉的方法

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Publication number: CN110639946A
Application number: CN201910757932.3A
Authority: CN
Inventors: 孙叶芳; 张奇春; 杨萌; 邢海; 闻秀娟
Original assignee: SHAOXING ACADEMY OF AGRICULTURAL SCIENCES
Current assignee: SHAOXING ACADEMY OF AGRICULTURAL SCIENCES
Priority date: 2019-08-16
Filing date: 2019-08-16
Publication date: 2020-01-03
Anticipated expiration: 2039-08-16
Also published as: CN110639946B

Abstract

本发明属于环保和农业技术领域，涉及降低植株中重金属镉的方法，包含以下步骤，在镉污染土壤中施入土壤调理剂并混匀，之后在镉污染土壤中播种种植植株；播种后喷施至少一次阻控剂；土壤调理剂至少由生物质炭和耐镉菌菌液混合并烘干制成。将本发明应用于降低土壤和植株重金属含量，通过生物质炭与耐镉菌进行联合修复，能够进一步增强耐镉菌对土壤重金属，尤其是重金属镉的修复功能，降低植株对重金属的吸收。

Description

降低植株中重金属镉的方法

技术领域

本发明属于环保和农业技术领域，尤其是涉及一种降低植株中重金属镉的方法。

背景技术

重金属镉是具有极高的毒性和较强的化学活性，比其它重金属更容易进入植物体内，大量积累后会对植物体造成危害。当植物体内镉含量达到1mg/kg时，会表现出一系列不适应症状，植物生物量下降甚至死亡。由于镉具有较强的移动性和生物有效性，在土壤植物生态系统中，容易被植物富集，通过食物链进入人体，在人体内富集，从而危害人体健康。并且，随着农田土壤重金属污染的日益严重，重金属胁迫干扰农作物营养元素的利用已成为农作物营养元素缺乏或生物有效性降低的主要原因。此外，由于化肥的大量使用，土壤退化和盐碱化程度严重，盐碱化土壤对重金属镉的吸附量随着pH值的升高而呈升高趋势。

目前，在重金属污染土壤的修复工程中，土壤重金属物化修复方法被广泛应用，该类方法主要基于土壤理化性质和重金属的不同特征，通过物理/化学手段来分离或固定土壤中的重金属，从而达到清洁土壤以及降低污染物环境风险和健康风险的效果。但由于实施该方法存在工程量较大，处理时间长，实施成本较高，并且可能产生二次污染等问题，在一定程度上受到限制。

申请公布号为CN109055258A的中国发明专利申请中公开了一种贪铜菌及贪铜菌制剂和贪铜菌制剂在重金属污染土壤修复中的应用。通过贪铜菌耐受重金属离子、吸附重金属离子等作用，将其与营养液构成贪铜菌制剂，直接应用于重金属污染土壤修复中。但该方法修复重金属污染土壤，一方面成本较高，另一方面贪铜菌受生存环境的限制，影响其对土壤的修复能力。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种降低植株中重金属镉的方法；以解决现有技术中存在的对重金属污染土壤修复能力不足等问题。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种降低植株中重金属镉的方法，包含以下步骤，

在镉污染土壤中施入土壤调理剂并混匀，之后在镉污染土壤中播种植株；

播种后喷施至少一次阻控剂；

土壤调理剂至少由生物质炭和耐镉菌菌液混合并烘干制成。

在上述降低植株中重金属镉的方法中，土壤调理剂由生物质炭和耐镉菌菌液以4:1至1:1的质量比混合。

在上述降低植株中重金属镉的方法中，耐镉菌菌液通过以下步骤制得：

将贪铜菌属细菌菌株放入牛肉膏蛋白胨培养液制成菌悬液，以25℃-30℃培养18h小时以上待用。

在上述降低植株中重金属镉的方法中，生物质炭为秸秆炭，通过以下步骤制得：

将秸秆在700℃高温下裂解形成秸秆炭。

在上述降低植株中重金属镉的方法中，阻控剂含有硒、硅、锌中一种或几种。

在上述降低植株中重金属镉的方法中，所述土壤调理剂还包括红茶菌菌液，红茶菌菌液、生物质炭和耐镉菌菌液混合在40℃烘干。

在上述降低植株中重金属镉的方法中，所述耐镉菌菌液与红茶菌菌液的质量比为2:1-1:1。

在上述降低植株中重金属镉的方法中，以镉污染土壤质量的 2％至3％施用土壤调理剂，调节水分含量至田间持水量的60％至80％后播种。

在上述降低植株中重金属镉的方法中，植株为小青菜，播种后的20天和35天分别喷施阻控剂，所述阻控剂为叶面肥。

在上述降低植株中重金属镉的方法中，生物质炭和耐镉菌菌液混合后的烘干温度为40℃。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过生物质炭与耐镉菌进行联合修复，并且结合阻控剂对植株中的重金属进行修复，不仅能够提高土壤营养状况、调节土壤营养状况、调节土壤pH、改善土壤质地和通气性，优化土壤微生物的生存环境，同时，将进一步增强耐镉菌对土壤重金属，尤其是重金属镉的修复功能，降低植株对重金属的吸收。

贪铜菌属(Cupriavidus)对多种重金属具有抗性，能够对重金属进行转化，利用微生物代谢功能固定镉离子或将有毒的镉离子转化成无毒或低毒价态。同时，贪铜菌属细菌修复最终产物大都是无害、稳定的物质，不破坏植物生长所需的土壤环境，处理时间短，并且投资少，不会产生二次污染，操作简单。

生物质炭成本较低，使土壤调理剂整体的成本大大降低，并且生物质炭由于具有较大的比表面积和较高的孔隙度，使得它可以通过吸附、沉淀、络合、离子交换等一系列反应钝化土壤中的重金属离子；生物质炭的加入不仅为土壤提供了更多的碳源，还能增加土壤的营养物质，为微生物提供更好的生存环境；生物质炭能为贪铜菌属细菌提供更适宜的pH环境。

红茶菌菌液同样成本较低，红茶菌中含有多种有机酸，可对土壤的pH环境进行调节，修复土壤盐碱化，从而降低对重金属镉的吸收，并且不会造成新的环境污染和毒害；同时，遇水后红茶菌不断繁殖，产生纤维层，阻隔水分与盐分的物理接触，减少盐桥的产生，避免土壤板结，为贪铜杆菌细菌提供了更好的生存环境，使其生物活性增强。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将用具体实施例进行详细描述。

本发明所提供的降低植株中重金属镉的方法，包含步骤 S1-S3：

实施例一

S1制备土壤调理剂

S11制备耐镉菌菌液

S12制备生物质炭

将秸秆在700℃高温下裂解形成秸秆炭。

S13将生物质炭和耐镉菌菌液以质量比4:1混合并以40℃烘干制成土壤调理剂。

S2将镉污染土壤过筛，以镉污染土壤质量的2％至3％施用土壤调理剂，调节水分含量至田间持水量的60％至80％后，在镉污染土壤中播种植株。

S3播种后向植株的叶面喷施至少一次阻控剂，稀释100-200 倍后雾化喷施，以叶面滴水为原则，以进一步降低植株的重金属镉含量。以种植小青菜为例，播种后的20天和35天分别喷施阻控剂。

在本实施例中，阻控剂为叶面肥，可选用市售产品，如安徽硒无忧现代农业科技有限公司出品的富硒植物营养液。

实施例二

本实施例与实施例一基本相同，其不同之处在于：土壤调理剂中生物质炭和耐镉菌菌液以质量比2:1混合。在本实施例中，阻控剂为河北硅谷化工有限公司/河北硅谷肥料有限公司出品的有机硅叶面肥，Zn含量不小于700g/L。

实施例三

本实施例与实施例一基本相同，其不同之处在于：土壤调理剂中生物质炭和耐镉菌菌液以质量比1:1混合。在本实施例中，阻控剂为英国欧麦思农用流体有限公司制造的微量元素水溶肥料。

实施例四

本实施例与实施例一基本相同，其不同之处在于：土壤调理剂由生物质炭、耐镉菌菌液和红茶菌菌液以4:2:1的质量比混合并在40℃烘干制成。

其中，红茶菌菌液的制备方法为：

将茶叶煮开，浸泡10分钟，加入葡萄糖溶解，过滤掉茶叶，冷却至30℃；在茶糖水中接种红茶菌菌种，经发酵7天至10天，得到红茶菌菌液。其中葡萄糖的质量份为5份、茶叶的质量份为 0.3份、水的质量份为90份。用于接种的红茶菌菌种优选为市售俄罗斯产红茶菌菌种。

实施例五

本实施例与实施例四基本相同，其不同之处在于：

土壤调理剂由生物质炭、耐镉菌菌液和红茶菌菌液以1:1:1 的质量比混合并在40℃烘干制成。

红茶菌菌液的制备过程中，葡萄糖的质量份为8份、茶叶的质量份为0.5份、水的质量份为100份。

为了降低土壤和植株重金属镉含量，本发明以生物质炭和耐镉菌菌液进行复配的增效研究，具体方法为：

采用镉污染土壤为研究对象。

土壤样品采自浙江绍兴某镉污染农田，经测试得土壤pH值为 5.80，有机质含量为9.77k/kg，碱解氮67.90mg/kg，速效磷含量为56.26mg/kg，速效钾含量为70.04mg/kg，电导率为38.50μ S/cm，全镉含量为0.69mg/kg。

土样平衡后60d后，播种小青菜为杭州科丰种子有限公司的四季青梗菜。

制备生物质炭：将水稻秸秆在裂解炉中经700℃高温裂解制成秸秆炭，待用，其理化性质如表1所示：

表1 供试生物质炭基本理化性质表

制备耐镉菌菌液：将贪铜菌属细菌菌株放入牛肉膏蛋白胨培养液制成菌悬液，以28℃培养18h，作为耐镉菌菌液待用。

制备红茶菌菌液的方法是：

将水煮开后，放入茶叶，浸泡10分钟，过滤掉茶叶得红茶汤，在红茶汤中加入葡萄糖溶解，冷却至30℃的茶糖水；在茶糖水中接种红茶菌菌种，经发酵10天，得到红茶菌菌液。其中葡萄糖的质量份为5份、茶叶的质量份为0.3份、水的质量份为100份，用于接种的红茶菌菌种为市售俄罗斯产红茶菌菌种。

将土壤样品过1mm筛，每盘装土约4.5kg，作8组处理，每组处理重复3次，8组处理具体如下；

对照组：不添加任何土壤调理剂；

秸秆炭组，添加土壤样品质量2％的生物质炭混匀。

实验组1：取生物质炭和耐镉菌菌液以4:1混合并烘干制备土壤调理剂，以土壤样品质量2％的用量添加土壤调理剂并混匀；

实验组2：取生物质炭和耐镉菌菌液以2:1混合并烘干制备土壤调理剂，以土壤样品质量2％的用量添加土壤调理剂并混匀；

实验组3：取生物质炭和耐镉菌菌液以1:1混合并烘干制备土壤调理剂，以土壤样品质量2％的用量添加土壤调理剂并混匀；

实验组4：取生物质炭、耐镉菌菌液和红茶菌菌液以4:2:1 混合并烘干制备土壤调理剂，以土壤样品质量2％的用量添加土壤调理剂并混匀；

实验组5：取生物质炭、耐镉菌菌液和红茶菌菌液以1:1:1 混合并烘干制备土壤调理剂，以土壤样品质量2％的用量添加土壤调理剂并混匀；

耐镉菌组：添加土壤样品质量2％的耐镉菌菌液混匀。

调解水分含量至田间持水量的60％-80％，将各组处理后的土壤样品分别混匀置于大棚中，使土壤各组分达到平衡，60d后采集土样样品，并播种小青菜，45d后收割小青菜。

通过以下方法对样品进行采集和测定：

采集土壤样品，将采集的土壤，经风干、磨细、过100目尼龙筛待用。

采集小青菜样品，45d采集小青菜样品，将采收的小青菜根去除，留可食部分的茎和叶用自来水和蒸馏水充分洗净，控去水分、装入纸袋于105℃杀青15min，65℃下烘干至恒量，粉碎并储存于密封袋内备用。

土壤样品中各形态镉按TESSIER法提取，土壤样品镉全量均采用HF-HNO₃-HClO₄消煮，小青菜样品中的重金属含量采用 HNO₃-HClO₄消煮，重金属测定均采用原子吸收分光光度法。土壤样品和生物质炭理化性质按照常规法测定。相关统计软件采用 SPSS 19.0处理。其中不同处理后土壤中各形态重金属镉的含量如表2所示：

表2 不同处理后对土壤中各形态重金属镉的含量(mg/kg)

	交换态	碳酸盐结合态	铁锰氧化态	有机结合态	残渣态
						对照组	233.0±3.2a	38.5±0.8	290.9±3.6	40.3±0.9	87.4±1.3a
秸秆炭组	223.1±3.6b	44.9±0.4	197.2±1.9	36.5±0.4	158.3±2.4b
						实验组1	133.1±2.7c	38.5±0.7	217.4±2.2	39.7±0.7	261.4±2.4c
实验组2	67.5±1.2d	42.4±0.4	229.6±2.5	44.9±0.3	305.6±3.2d
						实验组3	108.2±2.3e	44.9±0.3	247.9±3.5	40.9±0.6	248.2±1.8e
实验组4	67.0±1.4d	42.8±0.6	227.5±2.1	45.2±0.3	306.0±2.7d
						实验组5	99.6±2.1f	43.4±0.5	243.6±3.3	43.8±0.7	257.1±1.5f
耐镉菌组	165.0±2.9g	35.1±0.5	219.5±1.7	38.2±0.6	232.3±2.7g

土壤中重金属镉以交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机结合态和残渣态五种形态存在于土壤中，其中交换态最易被植物吸收，残渣态最为稳定。

从表2可以看出，添加具有复配成分的土壤调理剂的实验组 1、实验组2、实验组3、实验组4和实验组5相比于添加单一成分的生物质炭组和耐镉菌组，对交换态镉降低和残渣态镉升高的作用都更为显著，增效作用明显，生物质炭与耐镉菌菌液的复配质量比在(4:1)-(1:1)的范围内，尤其是(2:1)-(1:1)范围内，对不稳定形态重金属镉的固定效果更佳。并且，将实验组 4和实验组2相比，实验组5和实验组3相比，添加红茶菌菌液的土壤调理剂相比于仅包含生物质炭和耐镉菌菌液的土壤调理剂具有更好的钝化效果，有助于对重金属镉的固定。

不同处理对小青菜中的镉含量的影响如表3所示：

表3 不同处理后对小青菜中镉含量的影响(mg/kg)

从表3可以看出，经过不同处理后，经方差分析，添加具有复配成分的土壤调理剂的实验组1、实验组2、实验组3相比于添加单一成分的生物质炭组和耐镉菌组，小青菜的镉含量降低更为明显，对降低小青菜中的镉含量的效果更为明显，生物质炭与耐镉菌菌液的复配质量比在(4:1)-(1:1)的范围内，尤其是(2:1) -(1:1)范围内，对植株中镉含量的降低有显著的效果。

根据前期试验结果，选取其中一组处理，将该处理后的土壤进行混匀，装入9个13cm*16cm规格的花盆中，每盆装土2kg，播种小青菜，于播种后20天、35天后分别喷施含硒(Se)、硅 (Si)和锌(Zn)的叶面阻控剂，各处理重复3次，以所选取的处理作为对照，标记为CK，45d后收割小青菜。

如表4所示为不同生理阻控剂对小青菜中镉含量的影响：

表4 不同生理阻控剂对小青菜中镉含量的影响(mg/kg)

从表中可以看出，喷施不同的生理阻控剂后，小青菜中重金属都有不同程度下降。经方差分析，各生理阻控剂处理后，小青菜中镉含量与对照相比均呈显著下降,其中，喷施含锌(Zn)的生理阻控剂后小青菜中镉下降最为显著。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了生物质炭、耐镉菌、贪铜菌属细菌、秸秆炭等，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims

1.一种降低植株中重金属镉的方法，其特征在于，包含以下步骤：

播种后喷施至少一次阻控剂；

所述土壤调理剂至少由生物质炭和耐镉菌菌液混合并烘干制成。

2.根据权利要求1所述的降低植株中重金属镉的方法，其特征在于，所述土壤调理剂由生物质炭和耐镉菌菌液以4:1至1:1的质量比混合。

3.根据权利要求1所述的降低植株中重金属镉的方法，其特征在于，所述耐镉菌菌液通过以下步骤制得：

4.根据权利要求1所述的降低植株中重金属镉的方法，其特征在于，所述生物质炭为秸秆炭，通过以下步骤制得：

将秸秆在700℃高温下裂解形成秸秆炭。

5.根据权利要求1所述的降低植株中重金属镉的方法，其特征在于，所述阻控剂含有硒、硅、锌中一种或几种。

6.权利要求2所述的降低植株中重金属镉的方法，其特征在于：所述土壤调理剂还包括红茶菌菌液，红茶菌菌液、生物质炭和耐镉菌菌液混合并在40℃烘干。

7.权利要求6所述的降低植株中重金属镉的方法，其特征在于：所述耐镉菌菌液与红茶菌菌液的质量比为2:1-1:1。

8.根据权利要求1所述的降低植株中重金属镉的方法，其特征在于，以镉污染土壤质量的2％至3％施用土壤调理剂，调节水分含量至田间持水量的60％至80％后播种。

9.权利要求1所述的降低植株中重金属镉的方法，其特征在于：所述植株为小青菜，播种后的20天和35天分别喷施所述阻控剂，所述阻控剂为叶面肥。

10.权利要求1所述的降低植株中重金属镉的方法，其特征在于：所述生物质炭和所述耐镉菌菌液混合后的烘干温度为40℃。