CN111790739A - 一种利用燕子掌修复镉污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用燕子掌修复镉污染土壤的方法，其将燕子掌移栽于需治理的镉污染土壤中，在燕子掌生长过程中施加植物生长调节剂，修复结束后，将燕子掌地上部分收割或整体移走。本发明利用燕子掌的重金属耐性以及超富集功能，探索利用该种植物修复镉污染土壤的可能，试验证明燕子掌能很好的修复镉污染土壤，且修复效果好。

Description

一种利用燕子掌修复镉污染土壤的方法

技术领域

本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种利用燕子掌修复镉污染农田土壤的方法。

背景技术

我国当前耕地重金属污染点位超标率达19.4%，在所有重金属污染中，镉的污染最为严重，点位超标率为7.0%。镉是生物迁移性最强的重金属之一，极易被植物吸收并累积，超过一定限度不仅会严重影响作物的产量和品质，还能通过生物链进入人体，对人体的肝、肾功能造成严重的危害。世界各国普遍把镉列为优先防控的污染物。植物修复技术则是目前国内外农田重金属污染土壤修复的有效方法和主流方向。

植物修复重金属污染土壤是指利用植物和适合的土壤改良剂使金属从土壤转移富集在植物的地上部分，从而使污染土壤得以清洁的一种方法。植物对污染土壤中重金属去除率的高低取决于植物本身的生物量大小和富集的重金属含量，也就是植物提取量的高低。为了提高植物提取量，通常采取两种办法：一种是在不降低植物生物量的同时，提高植物对重金属的富集量，即提高植物重金属含量；另一种方法是在不降低植物重金属含量的同时，提高植物的生物量。寻找有效的植物修复方法来治理镉污染土壤仍是当今环境科学领域的研究热点和技术难点。

燕子掌为多年生常绿肉质亚灌木，株高一年生约为31厘米，三年可长至49厘米。主根短粗，呈锥形，侧根细长而密生，根系较小，呈倒三角形。茎肥厚，圆柱状，呈绿色或银灰绿色，茎基部两年后逐步木质化，木质化后呈深灰绿色或淡褐绿色。叶对生肥厚，倒卵形或长圆状匙形，长2~5厘米，最长可达9厘米，宽1.5~2.5厘米，最宽可达3.5厘米。

燕子掌对土壤要求不严格，在腐殖质高、透气性好的土壤中生长旺盛，喜温暖、干燥、通风的环境，适宜温度为17~32℃。目前国内外尚无利用这种植物进行重金属污染修复，也无利用这种植物进行镉污染土壤修复的技术报导。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种利用燕子掌修复镉污染土壤的方法，其利用燕子掌的重金属耐性以及超富集功能，探索利用该种植物修复镉污染土壤的可能，试验证明燕子掌能很好地修复镉污染土壤，且修复效果好。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用燕子掌修复镉污染土壤的方法，具体为：将燕子掌移栽于需治理的镉污染土壤中，在燕子掌生长过程中施加植物生长调节剂以提高植物的生物量、活化植物体内重金属和促进植物对重金属的吸收，修复结束后，将吸收了重金属镉的燕子掌地上部分收割或整体移走。

具体的，燕子掌可以通过本领域常规的分根繁殖、或扦插繁殖等方法培育后移栽于需治理的镉污染土壤中，其中，优选扦插繁殖。

燕子掌为景天科青锁龙属植物，为多年生常绿肉质亚灌木，常用扦插法繁殖，选在春、秋季进行。进一步的，燕子掌扦插繁殖时，一般选取健壮的顶端枝条或肥厚叶片，阴凉处晾晒一天，扦插于湿润的沙土或珍珠岩中，约3~4周后生根；根长约2~3厘米时即可移栽至镉污染土壤中。在缓苗期间常规适度浇水以保证土壤湿润，扦插时间优选为3月中旬至4月初。

上述利用燕子掌修复镉污染土壤的方法，可以将扦插长出健壮根部的燕子掌按照20×20 cm的种植密度移栽于镉污染土壤中，移栽时机优选4月清明之后。

本发明方法利用植物生长调节剂来强化燕子掌对重金属镉污染土壤的修复。具体的，所述植物生长调节剂由重量比为2000~5000：1的氨基酸肥和2-(3.4-二氯苯氧基)三乙胺（增产胺）混合组成。氨基酸肥为市售的氨基酸固体水溶肥，可以选择氨基酸中量元素肥或氨基酸微量元素肥中的一种，优选氨基酸微量元素肥，其中游离氨基酸含量≥10.0%。2-(3.4-二氯苯氧基)三乙胺（也称增产按）为市售化学纯产品，纯度≥98%。

为了达到高效治理的目的，在植物生长期间施加植物生长调节剂，该调节剂解决了修复植物生长缓慢、生物量小等缺陷，同时提高了修复植物对镉的吸收，具有很好的应用价值。一般优选在移栽后40-50天，开始施加植物生长调节剂。进一步的，所述植物生长调节剂以固体或水溶液的形式施加于镉污染土壤中（优选以水溶液的形式施加），可以采用农业上常用的施加方式如基施、冲施、灌溉、土施、喷施等作用于土壤或植物的茎叶，优选以喷施的方式施加于植物的茎叶，可以更加有效地促进燕子掌地上部分生物量的增长，活化土壤中的重金属，促进植物对镉的吸收富集，提高镉污染土壤的修复效率。每30~40天施加一次，如果以固体形式施加，施加量为每公顷225～600 kg；如果以水溶液形式施加，施加浓度为10～40 mg/kg。

当植物生长调节剂以水溶液方式喷施时，优选的，可以根据需要添加表面活性剂。

进一步优选的，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、新氮酮、聚乙二醇和吐温中的一种或两种以上的混合物。

燕子掌移栽前，镉污染土壤施加一定量的底肥供植物生长发育，底肥采用尿素、磷酸二氢钾、氯化钾复合肥，保证氮、磷、钾三种营养元素的质量浓度比例为(1.0~1.5) :(0.8~1.2) : (1.0~1.5) ；种植密度为20×20 cm；根据土壤墒情情况不定时给植物浇水。春季生长旺盛，夏季高温期，植物开始进入半休眠状态，此时可收获一次地上部分；待夏季高温结束后，恢复生长，可于十月底十一月初再收获一次。对收割的燕子掌地上部分集中做无害化处理，优选为焚烧或压缩后作无害化填埋。整体移走时，可以将燕子掌连根挖出，作为盆景花卉售卖。

与现有技术相比，本发明方法具有如下优点：

1）本发明方法所利用的修复植物燕子掌具有对土壤中的镉有较强的富集能力，且生物量较大、耐旱、适应能力强，栽培管理简单等优点。此外，燕子掌树冠秀美挺拔，茎叶碧绿油亮，是一种优良的盆景观赏植物，具有较好的观赏价值和经济效益；

2）本发明方法中采用的植物生长调节剂能够活化土壤和植物中的重金属镉，同时能促进修复植物燕子掌生长，提高植物燕子掌的生物量，进一步强化修复效果，具有高效、绿色降低土壤中镉有效含量、不引起二次污染、不破坏土壤理化性质等优点。因此，本发明为镉污染土壤的植物修复技术开发了新的植物资源品种和修复方法。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合具体实施例对本发明做进一步详细描述，但本发明的保护范围并不仅仅局限于下述实施例。

实施例1

本实施例采用盆栽模拟实验方法，选取河南中度镉污染农田0~20 cm的耕层土壤，该农田土壤pH值约为7.9左右，总镉浓度为2.56 mg/kg，有效镉为1.58 mg/kg。

一种利用燕子掌修复镉污染土壤的方法，具体修复方法如下：

1）将耕层土壤自然风干、破碎、剔除杂物；按照每盆4kg的量装填入上缘直径与高分别为18×15 cm的塑料盆中。将尿素、磷酸二氢钾、氯化钾按照N: P: K质量比为5：6：5的比例混合复配成复合肥，按照每千克土壤施加270 mg复合肥的施加量加入盆中，混匀、浇水；

2）扦插繁殖燕子掌，3月中旬选取健壮的顶端枝条或肥厚叶片，阴凉处晾晒一天，扦插于湿润的沙土中，约3~4周后生根；待根长约2~3cm，此时地上部分长至6~10cm时，移栽至装有镉污染土壤的塑料盆中，每盆移栽1棵幼苗；

3）燕子掌移栽40天后，每35天施加一次植物生长调节剂；所述植物生长调节剂由重量比为3000：1的氨基酸肥和2-(3.4-二氯苯氧基)三乙胺混合组成，按照16 mg/kg比例800倍稀释后喷施于植物叶面与根茎；其中，氨基酸肥为普通市售氨基酸固体水溶肥（微量元素型），游离氨基酸含量≥12.0%，锰含量≥0.5 %，锌含量≥1.2 %，硼含量≥0.3%，铜含量≥0.1 %，有机质含量≥20.0 %。为强化叶面喷施效果，按照每千克植物生长调节剂稀释液中添加1.5 ml吐温-20和1.5 ml PEG-400的量加入表面活性剂作为叶面润湿剂。同时，根据缺水情况，不定期常规浇水，以保证土壤湿润但不渍水；

4）种植4个月后，收割燕子掌的地上部分。

实施例2

本实施例也采用盆栽模拟试验方法，且所有操作均参照实施例1。不用之处在于：步骤3）在燕子掌植株生长过程中，不喷施植物生长调节剂。

实施例3

本实施例也采用盆栽模拟试验方法，且所有操作均参照实施例1。不用之处在于：步骤3）在燕子掌植株生长过程中，每35天向盆栽土壤中喷施一次增产胺2-(3.4-二氯苯氧基)三乙胺溶液，喷施浓度为5.3 μg/kg(土壤重量)。

实施例4

本实施例也采用盆栽模拟试验方法，且所有操作均参照实施例2。不用之处在于：步骤2）中直接移栽伴矿景天幼苗，且植株生长过程中不喷施植物生长调节剂。

表1列出了四个实施例的植物单株生物量、植物地上部对镉的吸收含量以及提取效率的结果。

表1、实施例不同处理方式对镉污染土壤的吸收效果

由表1可以看出：相对于超富集植物伴矿景天对镉的吸收结果，燕子掌对土壤中镉的吸收浓度远远不及伴矿景天，但燕子掌在碱性土壤环境中，其生物量远远大于伴矿景天，因此其提取效率可以达到7.6 %，大于伴矿景天的4.7 %。在施加增产胺和本发明中所述的植物生长调节剂后，燕子掌生物量分别增加了26.5～53.3％和42.8～73.8％，对镉的提取效率增加了15.0~79.8%和77.4~149.0%。

实施例5

本实施例也采用盆栽模拟试验方法，且所有操作均参照实施例1。不用之处在于：步骤3）在燕子掌植株生长过程中喷施的植物生长调节剂中氨基酸肥与2-(3.4-二氯苯氧基)三乙胺的重量比为5000:1。

本实施例中得到的燕子掌其单株生物量（干重）为43.1±4.6 g，地上部吸收镉的浓度为28.3±1.6 mg/kg。

实施例6

本实施例也采用盆栽模拟试验方法，且所有操作均参照实施例1。不用之处在于：步骤3）在燕子掌植株生长过程中喷施的植物生长调节剂中氨基酸肥与2-(3.4-二氯苯氧基)三乙胺的重量比为2500:1。

本实施例中得到的燕子掌其单株生物量（干重）为54.0±2.4 g，地上部吸收镉的浓度为26.0±3.5 mg/kg。

综上说明，采用本发明提供的方法修复中、轻度镉污染农田土壤是完全可行的，可在几年内将土壤中的镉修复至正常水平，达到农产品安全生产的要求。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益成果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用燕子掌修复镉污染土壤的方法，其特征在于，将燕子掌移栽于需治理的镉污染土壤中，在燕子掌生长过程中施加植物生长调节剂，修复结束后，将燕子掌地上部分收割或整体移走。

2.如权利要求1所述利用燕子掌修复镉污染土壤的方法，其特征在于，燕子掌通过分根繁殖或扦插繁殖培育后移栽于需治理的镉污染土壤中。

3.如权利要求2所述利用燕子掌修复镉污染土壤的方法，其特征在于，燕子掌扦插繁殖时，一般选取健壮的顶端枝条或肥厚叶片，扦插于湿润的沙土或珍珠岩中，在缓苗期间常规浇水，扦插时间选为3月中旬至4月初。

4.如权利要求3所述利用燕子掌修复镉污染土壤的方法，其特征在于，将扦插长出健壮根部的燕子掌按照20×20 cm的种植密度移栽于镉污染土壤中，移栽时机选择清明后。

5.如权利要求1所述利用燕子掌修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述植物生长调节剂由重量比为2000~5000：1的氨基酸肥和2-(3.4-二氯苯氧基)三乙胺混合组成。

6.如权利要求5所述利用燕子掌修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述植物生长调节剂以固体或水溶液的形式施加于镉污染土壤中，每30~40天施加一次；如果以固体形式施加，施加量为每公顷225～600 kg；如果以水溶液形式施加，施加浓度为10~40 mg/kg。

7.如权利要求6所述利用燕子掌修复镉污染土壤的方法，其特征在于，植物生长调节剂以水溶液方式喷施时，需添加表面活性剂。

8.如权利要求7所述利用燕子掌修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、新氮酮、聚乙二醇和吐温中的一种或两种以上的混合物。

9.如权利要求1所述利用燕子掌修复镉污染土壤的方法，其特征在于，燕子掌移栽前，镉污染土壤施加底肥供植物生长发育，底肥采用尿素、磷酸二氢钾、氯化钾复合肥，保证氮、磷、钾三种营养元素的质量比为(1.0~1.5) : (0.8~1.2) : (1.0~1.5)。