CN111760904A - 一种用于重金属污染土壤修复的植物数据库 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于重金属污染土壤修复的植物数据库，属于环保领域，包括以下步骤：筛选，尽可能全面的收集所要建立数据库的超富集植物信息，以便提高筛选能力，准备制作数据库作为所需数据库获取信息的后台植物信息库以便为后续调用数据做准备，制备方案及制定出修复类型，根据地形地貌的不同，从而制作出较为详尽的治理方案，并且进行分类，制备出数据库，并且根据数据库所搜索得到所需的数据信息，人工筛选后进行种植实验，手动种植，提高种植效率的同时，需要定期修正数据，本发明通过通过制备出所需的检索土壤治理污染的数据库便于在以后治理金属土壤过程中，为后续治理着提供检索服务。

Description

一种用于重金属污染土壤修复的植物数据库

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种用于重金属污染土壤修复的植物数据库。

背景技术

近年来由于经济发展方式、产业结构的不合理以及污染物排放量高等原因，对我国土壤环境质量造成了严重的影响。2014年环境保护部发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，特别是耕地和工矿业问题突出，土壤环境压力持续加大。其中土壤重金属含量超过土壤合理容纳量，通过扩散进入植物体及邻近生态系统，阻碍植物生长并且破坏生态环境，造成农田作物减产甚至绝收，并且通过食物链在各个营养级之间传递和富集，对人体产生潜在危害，严重威胁到人体健康及生活品质。重金属污染以其危害性大、具有隐蔽性长期性、不易治理等特点，成为土壤污染治理的重点和难点，土壤修复势在必行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于重金属污染土壤修复的植物数据库，旨在解决现有技术中的阻碍植物生长并且破坏生态环境，造成农田作物减产甚至绝收，并且通过食物链在各个营养级之间传递和富集，对人体产生潜在危害，严重威胁到人体健康及生活品质。重金属污染以其危害性大、具有隐蔽性长期性、不易治理等特点，成为土壤污染治理的重点和难点，土壤修复势在必行的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

S1:筛选，尽可能全面的收集所要建立数据库的超富集植物信息，以便提高筛选能力；

S2：准备制作数据库作为所需数据库获取信息的后台植物信息库以便为后续调用数据做准备；

S3：制备方案及制定出修复类型，根据地形地貌的不同，从而制作出较为详尽的治理方案，并且进行分类；

S4：制备出数据库，并且根据数据库所搜索得到所需的数据信息，人工筛选后进行种植实验，手动种植，提高种植效率的同时，需要定期修正数据。

为了使得，作为本发明一种优选的，

根据S2步骤所述首先要获取名称：

①制备出针对铅污染土壤具有净化效果的植物，可通过植物库筛选出密毛白莲蒿、金丝草、杨梅、爬山虎、夏至草、荞麦、兴安毛连菜、芥菜等具有对铅污染地有净化效果的铅超富集植物。

录制制备详细的植物介绍：

②针对镉污染土壤可利用表格制备，通过网上调取植物库可筛选出龙葵、宝山堇菜、忍冬、牛膝菊、红果黄鹌菜、东南景天、一年蓬、球果蔊菜、孔雀草、尾穗苋、守宫木、铁皇冠、籽粒苋、无瓣蔊菜、鹅绒藤、胭脂掌等修复镉超积累植物；

污染类别：

③针对锌污染土壤，可通过植物库筛选出蕨菜、滇苦菜、芦叶堇菜等锌超富集植物；

④针对锰污染土壤，可通过植物库筛选出垂序商陆、短毛蓼、鸭跖草、西南木荷、水蓼、木荷、西南木荷、杠板归等锰超富集植物；

⑤针对多金属复合污染土壤，可通过植物库筛选出碎米荠、遏蓝菜、滇白前、紫茎泽兰、假苍耳、印度芥菜、地榆、大叶井口边草、长柔毛委陵菜、小花南芥、圆锥南芥、普陀山苔草、土荆芥、猪毛蒿、接骨草、裸菀、羽叶鬼针草、小鳞苔草、细蝇子草、粉花蝇子草、钻形紫苑、天蓝遏蓝菜、香叶天竺葵等多金属超富集植物。

为了使得，作为本发明一种优选的，修复场地类型：利用超富集或高抽提植物对污染土壤的修复作用，因地制宜、因需施策。根据污染土地类型的不同，土壤修复可分为耕地修复(1)、矿山修复(3)和场地修复(4)：

(1)耕地修复，因对农作物的种植需求，可采取超富集植物或高抽提植物与农作物间种的方式，吸收耕地中的污染物，以减少农作物对土壤污染物的吸收，边提高农产品质量，实现边生产边修复；

(2)矿山修复，根据其污染浓度高、重金属污染情况复杂的情况，梳理出针对目标污染土壤的超富集植物或高抽提植物进行种植养护，从而将重金属固定在植物树干中，在土壤得到修复的同时，美化环境，回复矿山生态平衡；

(3)场地修复，针对该类型污染土壤需要快速修复的需要，可筛选出耐重金属污染的本土高抽提植物进行土壤修复，这种植物具有抗胁迫能力强的特点，能在重金属污染土壤条件下自然生长，可迅速恢复污染区植被，另外，在保护表土、减少侵蚀和水土流失中也发挥重要的作用。

为了使得，作为本发明一种优选的，基于植物数据库，根据步骤S4所示可有针对性地对不同的土壤污染场地和需要，快速筛选出目标植物，种植于受污染的土壤上，根据植物体对特定重金属的富集系数、转运系数以及其它土壤修复效果进行重金属的累积，从而解决土壤重金属污染的问题，达到土壤修复的目的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)通过制备出所需的检索土壤治理污染的数据库便于在以后治理金属土壤过程中，为后续治理着提供检索服务，可利用分类信息架构，得出的检索数据信息便于使用人员更加快速的找寻到所要的文献数据信息，根据文献数据的指导对不同的土壤物质进行种植，同时通过采取本方案制备出的数据库可实施性强，应对不同的重金属土壤治理效果好；

2)通过采用上述步骤，制备文献搜索引擎，采用文献检索算法，检索特定的种植物，从而快速搜索得出所要的数据查询结果；另外所采用的步骤，后台定制存放文献的数据库，服务器、检索网站及算法框架等，可为前台服务端搜索引擎提供更为详细的数据支撑，以便利用引擎能够快速的检索到治理土壤重金属的种植方案，且可实施的效果好，优化查询操作流程。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的工艺图；

图2为本发明数据流程结构示意图；

图3为本发明数据库建立示意图；

图4为本发明文献表格结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-4，本发明提供以下技术方案：包括以下步骤：

S1:筛选，尽可能全面的收集所要建立数据库的超富集植物信息，以便提高筛选能力；

S2：准备制作数据库作为所需数据库获取信息的后台植物信息库以便为后续调用数据做准备；

S3：制备方案及制定出修复类型，根据地形地貌的不同，从而制作出较为详尽的治理方案，并且进行分类；

S4：制备出数据库，并且根据数据库所搜索得到所需的数据信息，人工筛选后进行种植实验，手动种植，提高种植效率的同时，需要定期修正数据。

本实施例中，①制备出针对铅污染土壤具有净化效果的植物，可通过植物库筛选出密毛白莲蒿、金丝草、杨梅、爬山虎、夏至草、荞麦、兴安毛连菜、芥菜等具有对铅污染地有净化效果的铅超富集植物；

录制制备详细的植物介绍：

②针对镉污染土壤可利用表格制备，通过网上调取植物库可筛选出龙葵、宝山堇菜、忍冬、牛膝菊、红果黄鹌菜、东南景天、一年蓬、球果蔊菜、孔雀草、尾穗苋、守宫木、铁皇冠、籽粒苋、无瓣蔊菜、鹅绒藤、胭脂掌等修复镉超积累植物；

污染类别：

③针对锌污染土壤，可通过植物库筛选出蕨菜、滇苦菜、芦叶堇菜等锌超富集植物；

④针对锰污染土壤，可通过植物库筛选出垂序商陆、短毛蓼、鸭跖草、西南木荷、水蓼、木荷、西南木荷、杠板归等锰超富集植物；

⑤针对多金属复合污染土壤，可通过植物库筛选出碎米荠、遏蓝菜、滇白前、紫茎泽兰、假苍耳、印度芥菜、地榆、大叶井口边草、长柔毛委陵菜、小花南芥、圆锥南芥、普陀山苔草、土荆芥、猪毛蒿、接骨草、裸菀、羽叶鬼针草、小鳞苔草、细蝇子草、粉花蝇子草、钻形紫苑、天蓝遏蓝菜、香叶天竺葵等多金属超富集植物。

具体的：在日常处理过程中根据已有的相关植物在土壤修复方面的研究，重点结合植物中文名、拉丁名、富集金属种类、分类地位、分布状况、生境特征、生物学特性、修复能力等内容对污染土壤修复植物进行分类整理。

本实施例中，修复场地类型：利用超富集或高抽提植物对污染土壤的修复作用，因地制宜、因需施策。根据污染土地类型的不同，土壤修复可分为耕地修复(1)、矿山修复(2)和场地修复(3)：

(1)耕地修复，因对农作物的种植需求，可采取超富集植物或高抽提植物与农作物间种的方式，吸收耕地中的污染物，以减少农作物对土壤污染物的吸收，边提高农产品质量，实现边生产边修复；

(2)矿山修复，根据其污染浓度高、重金属污染情况复杂的情况，梳理出针对目标污染土壤的超富集植物或高抽提植物进行种植养护，从而将重金属固定在植物树干中，在土壤得到修复的同时，美化环境，回复矿山生态平衡；

(3)场地修复，针对该类型污染土壤需要快速修复的需要，可筛选出耐重金属污染的本土高抽提植物进行土壤修复，这种植物具有抗胁迫能力强的特点，能在重金属污染土壤条件下自然生长，可迅速恢复污染区植被，另外，在保护表土、减少侵蚀和水土流失中也发挥重要的作用。

具体的：根据植物具有吸收的重金属大部分分布在地上部、重金属的吸收量超过一般植物100倍以上、在重金属污染土壤上能正常生长，不会出现重金属毒害现象的特征将其归纳为超富集植物。

本实施例中，基于植物数据库，根据步骤S4所示可有针对性地对不同的土壤污染场地和需要，快速筛选出目标植物，种植于受污染的土壤上，根据植物体对特定重金属的富集系数、转运系数以及其它土壤修复效果进行重金属的累积，从而解决土壤重金属污染的问题，达到土壤修复的目的。

具体的：根据植物吸收累积重金属能力以及累积的重金属类别，对超富集植物进行整理，可分为铅的超富集植物、镉的超富集植物、锌的超富集植物、锰的超富集植物、铜的超富集植物、铬的超富集植物、砷的超富集植物、多金属超富集植物；

建立超富集植物与高抽提植物的数据库，基于植物数据库，有针对性地对不同的土壤污染场地和需要，快速筛选出目标植物，种植于受污染的土壤上，根据植物体对特定重金属的富集系数、转运系数以及其它土壤修复效果进行重金属的累积，从而解决土壤重金属污染的问题，达到土壤修复的目的。

本发明的工作原理及使用流程：

使用一块所需修复的矿山土地(土壤污染严重)，根据土壤检测结果，得到其为硒、镉、锌等多金属复合污染的土壤。以植物库为基础，对应特定重金属污染进行植物筛选，如：

筛选出碎米荠为矿山土壤修复的目标植物；

基于植物库获取目标植物碎米荠的信息：

例如，获得一块所需金属污染严重需要进行修复的矿山土地，根据该矿山土地土壤检测结果，可检测得到其土壤内所含有硒、镉、锌等多金属复合污染的土壤，由于重金属元素是一类难降解、污染严重、累积性元素，如若任其发展污染后的种植植物可以通过生物链的富集作用危及人类健康，对生态系统构成了潜在的威胁，因此对土壤进行绿色无污染修复。

首先：使用人体可将已经制备好表格的植物库为基础，对应特定重金属污染进行植物筛选，筛选的算法可以采用文献搜索算法再结合检索系统共同作用下来对所搭建的数据库进行检索，从而根据所录入的植物信息，调取到数据库所制备的信息：

大致检索流程为：

步骤1：制备文献搜索引擎，采用文献检索算法，检索特定的种植物；

步骤2：后台定制存放文献的数据库，服务器、检索网站及算法框架等；

步骤3：根据优化检索到的信息详细程度最后筛选出碎米荠为矿山土壤修复的目标植物；

步骤4：进而得出基于植物库获取目标植物碎米荠的信息。

具体的：

打开制作的搜索引擎(可为线上搜索引擎也可为离线式的私人数据库)搜索文献检索

超富集植物：碎米荠的拉丁名：Cardamine hirsuta L.；

植物种类：：十字花科、一年生草本植物；

分布状况：分布于中国，亦广布于全球温带地区；

生境特征：多生于海拔1000米以下的山坡、路旁、荒地及耕地的草丛中；

习性，【温度】：适宜温度范围为10-25℃，低于10℃植株生长缓慢，高于25℃碎米荠的品质会下降。30℃以上碎米荠生理代谢将发生紊乱，严重时植株死亡。此外，碎米荠从营养生长转向生殖生长过程中，需要低温阶段，即春化作用才能完成自己的生活史。春化作用需要5℃以下的低温6天时间左右；

【光照】：碎米荠对光照要求不严格，温度在15-25℃的范围内，强光和弱光条件下都能生长，相比较而言，碎米荠稍喜欢弱光；

【土壤】：在原产地，碎米荠喜欢生活在pH值偏碱的溪水中，但在陆地上，植株对土壤的pH值要求并不严格，在普通土壤环境下，pH值5.5-8.0都可以生长，就土壤质地而言，碎米荠更喜欢疏松的土壤；

【湿度】：空气湿度是影响碎米荠的一个重要生态因子，特别是在低温条件下。

获得碎米荠对重金属污染土壤修复的效果；

具体的：碎米荠对硒的修复效果：碎米荠地上部组织对土壤中硒的吸收富集能力强，具有从根部向地上部转移硒的生物性能。自然生长条件下，碎米荠含硒量达数百mg/kg，叶片中硒最高含量达1365mg/kg；栽培条件下，碎米荠地上部硒的富集系数在6.3-22的范围内，地上部对硒的转移系数皆接近或大于1，碎米荠中的硒含量随硒浓度的上升呈现出先增加后降低的特征，表现出一定的耐受性，当硒含量为50mg/kg时，植物中的硒含量最高；野外条件下，碎米荠地上部硒的生物富集系数在2.8-43.8的范围内，生物转移系数在0.46-1.88之间。

碎米荠对镉的修复效果：自然生长条件下，碎米荠地上部镉含量都超过100mg/kg，叶中镉含量大部分在400-800mg/kg之间；栽培条件下，碎米荠中镉的生物富集系数在3.3-5.6范围内，生物转移系数皆大于1，碎米荠中的镉含量随镉浓度的上升呈现出先增加后降低的特征，表现出一定的耐受性，当镉含量为80mg/kg时，植物中的镉含量最高；野外条件下，碎米荠中镉的生物富集系数高达几十甚至上百，地上部镉的生物转移系数大部分都超过1。

碎米荠对锌的修复效果：野外条件下，当碎米荠根部土壤锌的平均含量为111mg/kg时，碎米荠植物根、茎、叶组织中锌平均含量分别1639mg/kg、1817mg/kg、3965mg/kg，达到了超富集锌的程度。

大棚栽培试验还发现碎米荠植株高可达1.5m，亩产达10000kg以上，生物量非常可观，因此，可大量应用于矿山土地所需的重金属污染修复，亦可形成生态景观，带来经济效益，在土壤得到修复的同时，美化环境，回复矿山生态平衡。

通过制备出所需的检索土壤治理污染的数据库便于在以后治理金属土壤过程中，为后续治理着提供检索服务，可利用分类信息架构，得出的检索数据信息便于使用人员。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于重金属污染土壤修复的植物数据库，其特征在于，包括以下步骤：

S1:筛选，尽可能全面的收集所要建立数据库的超富集植物信息，以便提高筛选能力；

S2：准备制作数据库作为所需数据库获取信息的后台植物信息库以便为后续调用数据做准备；

S3：制备方案及制定出修复类型，根据地形地貌的不同，从而制作出较为详尽的治理方案，并且进行分类；

S4：制备出数据库，并且根据数据库所搜索得到所需的数据信息，人工筛选后进行种植实验，手动种植，提高种植效率的同时，需要定期修正数据。

2.根据权利要求1所述的一种用于重金属污染土壤修复的植物数据库，其特征在于：根据S2步骤所述首先要获取名称：

①制备出针对铅污染土壤具有净化效果的植物，可通过植物库筛选出密毛白莲蒿、金丝草、杨梅、爬山虎、夏至草、荞麦、兴安毛连菜、芥菜等具有对铅污染地有净化效果的铅超富集植物；

录制制备详细的植物介绍：

②针对镉污染土壤可利用表格制备，通过网上调取植物库可筛选出龙葵、宝山堇菜、忍冬、牛膝菊、红果黄鹌菜、东南景天、一年蓬、球果蔊菜、孔雀草、尾穗苋、守宫木、铁皇冠、籽粒苋、无瓣蔊菜、鹅绒藤、胭脂掌等修复镉超积累植物；

污染类别：

③针对锌污染土壤，可通过植物库筛选出蕨菜、滇苦菜、芦叶堇菜等锌超富集植物；

④针对锰污染土壤，可通过植物库筛选出垂序商陆、短毛蓼、鸭跖草、西南木荷、水蓼、木荷、西南木荷、杠板归等锰超富集植物；

⑤针对多金属复合污染土壤，可通过植物库筛选出碎米荠、遏蓝菜、滇白前、紫茎泽兰、假苍耳、印度芥菜、地榆、大叶井口边草、长柔毛委陵菜、小花南芥、圆锥南芥、普陀山苔草、土荆芥、猪毛蒿、接骨草、裸菀、羽叶鬼针草、小鳞苔草、细蝇子草、粉花蝇子草、钻形紫苑、天蓝遏蓝菜、香叶天竺葵等多金属超富集植物。

3.根据权利要求1所述的一种用于重金属污染土壤修复的植物数据库，其特征在于：根据S3所定制的技术方案：

修复场地类型：利用超富集或高抽提植物对污染土壤的修复作用，因地制宜、因需施策。根据污染土地类型的不同，土壤修复可分为耕地修复(1)、矿山修复(3)和场地修复(4)：

(1)耕地修复，因对农作物的种植需求，可采取超富集植物或高抽提植物与农作物间种的方式，吸收耕地中的污染物，以减少农作物对土壤污染物的吸收，边提高农产品质量，实现边生产边修复；

(2)矿山修复，根据其污染浓度高、重金属污染情况复杂的情况，梳理出针对目标污染土壤的超富集植物或高抽提植物进行种植养护，从而将重金属固定在植物树干中，在土壤得到修复的同时，美化环境，回复矿山生态平衡；

(3)场地修复，针对该类型污染土壤需要快速修复的需要，可筛选出耐重金属污染的本土高抽提植物进行土壤修复，这种植物具有抗胁迫能力强的特点，能在重金属污染土壤条件下自然生长，可迅速恢复污染区植被，另外，在保护表土、减少侵蚀和水土流失中也发挥重要的作用。

4.根据权利要求3所述的一种用于重金属污染土壤修复的植物数据库，其特征在于：基于植物数据库，根据步骤S4所示可有针对性地对不同的土壤污染场地和需要，快速筛选出目标植物，种植于受污染的土壤上，根据植物体对特定重金属的富集系数、转运系数以及其它土壤修复效果进行重金属的累积，从而解决土壤重金属污染的问题，达到土壤修复的目的。

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