CN112496028A - 一种去除煤矿区重金属的超富集植物的筛选方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土壤修复技术领域，具体为一种去除煤矿区重金属的超富集植物的筛选方法，首先根据矿区的环境特点，选取能够适应矿区环境生存的种子，筛选出均匀饱满无病虫害的供试植物种子；将供试植物种子进行常规大田育苗，严格控制水肥管理，待幼苗生长至12 cm左右，选择健康、长势一致且大小均匀的供试苗木备用；本发明提供一种去除煤矿区重金属的超富集植物的筛选方法，通过在矿区直接选择试验田的方式，将传统的温室试验直接搬到田间地头，使在自然环境下获取最符合该重金属矿区的超富集植物，进而解决现有温室试验所存在的试验不准确的技术问题，同时，本发明试验效果准确且能够保证超富集植物的正常存活，为煤矿区的土壤修复提高可靠保证。

Description

一种去除煤矿区重金属的超富集植物的筛选方法

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，具体为一种去除煤矿区重金属的超富集植物的筛选方法。

背景技术

土壤是指陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层，是人类生存与发展的重要资源，同时也是环境污染物的容纳介质。随着国民经济的迅速发展，土壤污染尤其是重金属污染越来越突出。重金属是典型的土壤污染物，具有隐蔽性、难降解、移动性差和易被富集等特点，可影响土壤微生物体系、生态物种和微生物过程，进而影响生态系统的结构与功能，并通过食物链在人体内蓄积构成潜在危害。

随着人口的增加、矿业的发展和人均耕地面积的减少，合理利用、管理和修复矿区土壤资源显得尤为重要。我国的能源结构以煤炭为主，煤炭占一次性能源消费的70％左右。煤炭在为我国经济发展做出巨大贡献的同时，也对矿区土壤环境造成了严重影响。如煤炭开采区地表塌陷；矿区固体废弃物如煤矸石、粉煤灰等在地表堆积使土地资源丧失、土壤用途改变及污染等。重金属污染土壤的修复是一个漫长过程，同时也是国际上研究的难点和热点领域之一，而在众多的土壤污染治理方法中，与传统的化学和物理治理技术相比，植物修复凭借其经济、环境友好、能保持土壤生产力、无二次污染等特点，受到了学术界的广泛关注。植物修复技术包括利用植物超积累或积累性功能的植物吸取修复、利用植物根系控制污染扩散和恢复生态功能的植物稳定修复、利用植物转化功能的植物挥发修复。目前，普遍认为，植物吸取修复适用于重金属污染程度不是很高的农田土壤，经过种植几季或几年超富集重金属植物，将土壤中的重金属富集到植物地上部分，然后采用常规农业方法收获后进一步处理，最终使土壤重金属浓度降到土壤环境质量标准以下，使粮食作物可以安全生产。而植物稳定技术则更适合于工矿业造成的高重金属污染场地的生态恢复，以减少地表径流侵蚀、风蚀等造成的重金属元素的迁移扩散。

超富集植物是指对重金属的吸收量超过一般植物100倍以上的植物，积累Cr，Co，Ni，Cu，Pb含量一般在110mg/L，积累Mn，Zn含量一般在10mg/L以上。香根草，蜈蚣草，鳞苔草，还有印度芥菜等均为超富集型植物，在植物修复中具有较大的应用潜力，超富集植物应同时具备以下3个基本特征：植物吸收的重金属大部分分布在地上部，即具有较高的地上部/根浓度比率；体内某一元素浓度大于一定的临界值，一般是普通植物在同一生长条件下的100倍；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。

现有技术中，温室营养液或土壤盆栽模拟法是试验室进行超富集植物筛选的一种普遍、可控制变量且方便的方法。其中土壤盆栽模拟法更符合土壤重金属污染的实际情况，该方法主要是通过人为的向盆栽土壤中投加已知浓度的重金属来模拟植物生长环境的污染状态，通常以不同浓度梯度试验来检验植物对重金属的耐性和积累特性，并对植物重金属积累潜力进行分析和研究，此方法虽然简单易行，但是户外生长和试验室生长还存在很大的不同，受环境的影响更大，比如雨露、风沙等问题，为此，如何筛选出适合的超富集植物就成了现有重点研究的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种去除煤矿区重金属的超富集植物的筛选方法，方法简单，操作方便且能够更为准确筛选出超富集植物。

为解决上述技术问题，本发明一种去除煤矿区重金属的超富集植物的筛选方法，包括有如下步骤：

a、首先根据矿区的环境特点，选取能够适应矿区环境生存的种子，筛选出均匀饱满无病虫害的供试植物种子；

b、将供试植物种子进行常规大田育苗，严格控制水肥管理，待幼苗生长至12 cm左右，选择健康、长势一致且大小均匀的供试苗木备用；

c、选取矿区某一区域作为试验田，将试验田分割成若干个1m2的分割区，相邻分割区之间挖深度为1m、宽度为5cm左右的深沟，在深沟内填充隔板，将相邻分割区分离，并测定每一分割区内土壤的重金属含量；

d、将供试苗木移植到分割区，每个分割区内种植相同品种的供试苗木，每个分割区内供试苗木的个数一致；

e、根据试验田作物的生长情况，进行浇水，每一种供试苗木选取一块分割区进行施肥；

f、待每一种植物完成生长期后收获并进行各指标的测定，确定最符合该区域的超富集植物。

优选的，所述隔板为超高分子量聚乙烯板。

优选的，所述d步骤中，每一种供试苗木至少种植两块分割区。

优选的，所述d步骤中，相邻分割区内种植不同品种的供试苗木。

优选的，所述d步骤中，每种供试苗木包括至少两块未进行施肥的分割区且分割区内供试苗木种植的间距不同，不同品种供试苗木种植间距保持一致。

优选的，所述f步骤中，测定每一分割区内土壤的重金属含量以及每一分割区内供试苗木的根部的重金属含量和供试苗木地上部的重金属含量，当供试苗木存活，并且其供试苗木地上部的重金属含量高于根部的重金属含量，并且其供试苗木地上部的物质的量浓度大于根部的物质的量浓度，并且其所在的土壤治理前的重金属含量大于治理后的重金属含量时，确定植物植株所属的品种为富集重金属植物的品种，并将确定为富集重金属植物的品种之间进行对比，确定最符合该区域的超富集植物。

本发明的有益效果是：本发明提供一种去除煤矿区重金属的超富集植物的筛选方法，通过在矿区直接选择试验田的方式，将传统的温室试验直接搬到田间地头，使在自然环境下获取最符合该重金属矿区的超富集植物，进而解决现有温室试验所存在的试验不准确的技术问题，同时，本发明试验效果准确且能够保证超富集植物的正常存活，为煤矿区的土壤修复提高可靠保证。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

本发明一种去除煤矿区重金属的超富集植物的筛选方法，包括有如下步骤：

a、首先根据矿区的环境特点，选取能够适应矿区环境生存的种子，筛选出均匀饱满无病虫害的供试植物种子；

b、将供试植物种子进行常规大田育苗，严格控制水肥管理，待幼苗生长至12 cm左右，选择健康、长势一致且大小均匀的供试苗木备用；

c、选取矿区某一区域作为试验田，将试验田分割成若干个1m2的分割区，相邻分割区之间挖深度为1m、宽度为5cm左右的深沟，在深沟内填充隔板，将相邻分割区分离，并测定每一分割区内土壤的重金属含量；

d、将供试苗木移植到分割区，每个分割区内种植相同品种的供试苗木，每个分割区内供试苗木的个数一致；

e、根据试验田作物的生长情况，进行浇水，每一种供试苗木选取一块分割区进行施肥；

f、待每一种植物完成生长期后收获并进行各指标的测定，确定最符合该区域的超富集植物。

优选的，所述隔板为超高分子量聚乙烯板。

优选的，所述d步骤中，每一种供试苗木至少种植两块分割区。

优选的，所述d步骤中，相邻分割区内种植不同品种的供试苗木。

优选的，所述d步骤中，每种供试苗木包括至少两块未进行施肥的分割区且分割区内供试苗木种植的间距不同，不同品种供试苗木种植间距保持一致。

优选的，所述f步骤中，测定每一分割区内土壤的重金属含量以及每一分割区内供试苗木的根部的重金属含量和供试苗木地上部的重金属含量，当供试苗木存活，并且其供试苗木地上部的重金属含量高于根部的重金属含量，并且其供试苗木地上部的物质的量浓度大于根部的物质的量浓度，并且其所在的土壤治理前的重金属含量大于治理后的重金属含量时，确定植物植株所属的品种为富集重金属植物的品种，并将确定为富集重金属植物的品种之间进行对比，确定最符合该区域的超富集植物。

选取某一煤矿区作为试验田，选取适合该地区种植的植物，遏蓝菜、油菜花、碱蓬草、紫花苜蓿、猪毛菜、虎尾草、狗尾草、苋、打碗花、藜芦10种一年生的植物，选取植物时应考虑该类种植适合种植的时间以及生长周期，最好选用那种一年生的植物，此类植物在自然死亡后，除了收获的部分，其余能够耕入到土壤内，为土壤提供肥料，加速土壤的修复，而被植物富集的重金属则在植物的修复下，由有毒状态变化无毒状态，或者利用植物对重金属的吸收，通过收获植物地上部来达到减少土壤中重金属含量的目的。

然后，将供试植物种子进行常规大田育苗，严格控制水肥管理，待幼苗生长至12cm左右，选择健康、长势一致且大小均匀的供试苗木备用；

选取矿区某一区域作为试验田，将试验田分割成若干个1m2的分割区，在本实施例中，供试的品种总共选取了10种，分割区的大小设置1m2的大小，主要是为了验证不同种植间隙是否产生相应变化，为了进行多方位的验证，共规划出40块分割区，相邻分割区之间挖深度为1m、宽度为5cm左右的深沟，在深沟内填充隔板，将相邻分割区分离，并测定每一分割区内土壤的重金属含量，这样设置的目的，主要考虑到供试植物的根系不可能达到1m的深度，用隔板的阻隔，能够将该分割区内的重金属给固定住，避免其流通，造成试验的不准确性，考虑到腐蚀等问题，在本实施例，隔板为超高分子量聚乙烯板，超高分子量聚乙烯板耐磨、耐冲击、自润滑、耐腐蚀、吸收冲击能、耐低温、卫生无毒、不易粘附、不易吸水、密度较小等综合性能，进而能够将对环境的影响降到最低。

将供试苗木移植到分割区，每个分割区内种植相同品种的供试苗木，每个分割区内供试苗木的个数一致，在本实施例中，每种供试苗木种植4个分割区，相邻分割区内种植的供试苗木不同，即将供试苗木混乱种植，这样种植的目的，主要是避免因土地的高低的微小差异，导致水分等其他情况不同，而造成试验的不准确，而混乱种植则能够避免此类情况的发生。

考虑到是施肥情况下，供试植物对重金属的修复与不施肥情况下的修复是否一致，为此，在本实施例中，每一种供试植物都选取一块分割区作为施肥区，其他分割区不进行施肥。

考虑到供试植物不同根系分泌物对不同重金属解毒具有不同作用，根系分泌物中大量有机酸可与重金属形成络合物增加植物必需营养元素的植物有效性，利于植物吸收，增强植物抗逆境胁迫能力。此外，根系分泌物还能影响根际微生物对重金属的活化。而供试植物之间的间隙不同，在距离相近的情况下，根系所生产的分泌物能够相互影响，进而促进微生物的快速发展，进而达到活化的目的，为此，在本实施例中，供试植物的间隙设置为10cm、15cm以及20cm，其中，施肥区也为15cm。

然后，根据试验田作物的生长情况，进行浇水，施肥分割区进行施肥即可。待每一种植物完成生长期后收获并进行各指标的测定，测定每一分割区内土壤的重金属含量以及每一分割区内供试苗木的根部的重金属含量和供试苗木地上部的重金属含量，当供试苗木存活，并且其供试苗木地上部的重金属含量高于根部的重金属含量，并且其供试苗木地上部的物质的量浓度大于根部的物质的量浓度，并且其所在的土壤治理前的重金属含量大于治理后的重金属含量时，确定植物植株所属的品种为富集重金属植物的品种，并将确定为富集重金属植物的品种之间进行对比，确定最符合该区域的超富集植物。

在本实施例中，经过试验测定，遏蓝菜为最适应本区域的超富集植物，其种植间距以15cm为最佳，证实了根系之间相互接触的情况下，能够促进微生物的快速发展，施肥区域的植物生长状况更好，其富集能力更强，考虑到遏蓝菜本身为杂草，在矿区施种的情况下，可以不考虑施肥，任其自然生长能够实现低成本修复，另外，遏蓝菜为最适应本区域的超富集植物，与本地矿区镉污染严重有一定的关联。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种去除煤矿区重金属的超富集植物的筛选方法，其特征在于：包括有如下步骤：

a、首先根据矿区的环境特点，选取能够适应矿区环境生存的种子，筛选出均匀饱满无病虫害的供试植物种子；

b、将步骤a选取的供试植物种子进行常规大田育苗，严格控制水肥管理，待幼苗生长至12 cm左右，选择健康、长势一致且大小均匀的供试苗木备用；

c、选取矿区某一区域作为试验田，将试验田分割成若干个1m2的分割区，相邻分割区之间挖深度为1m、宽度为5cm左右的深沟，在深沟内填充隔板，将相邻分割区分离，并测定每一分割区内土壤的重金属含量；

d、将步骤b选取的供试苗木移植到步骤c划分的分割区内，每个分割区内种植相同品种的供试苗木，每个分割区内供试苗木的个数一致；

e、根据试验田作物的生长情况，进行浇水，每一种供试苗木选取一块分割区进行施肥；

f、待每一种植物完成生长期后收获并进行各指标的测定，确定最符合该区域的超富集植物。

2.根据权利要求1所述的一种去除煤矿区重金属的超富集植物的筛选方法，其特征在于，所述隔板为超高分子量聚乙烯板。

3.根据权利要求2所述的一种去除煤矿区重金属的超富集植物的筛选方法，其特征在于，所述d步骤中，每一种供试苗木至少种植两块分割区。

4.根据权利要求3所述的一种去除煤矿区重金属的超富集植物的筛选方法，其特征在于，所述d步骤中，相邻分割区内种植不同品种的供试苗木。

5.根据权利要求3所述的一种去除煤矿区重金属的超富集植物的筛选方法，其特征在于，所述d步骤中，每种供试苗木包括至少两块未进行施肥的分割区且分割区内供试苗木种植的间距不同，不同品种供试苗木种植间距保持一致。

6.根据权利要求5所述的一种去除煤矿区重金属的超富集植物的筛选方法，其特征在于，所述f步骤中，测定每一分割区内土壤的重金属含量以及每一分割区内供试苗木的根部的重金属含量和供试苗木地上部的重金属含量，当供试苗木存活，并且其供试苗木地上部的重金属含量高于根部的重金属含量，并且其供试苗木地上部的物质的量浓度大于根部的物质的量浓度，并且其所在的土壤治理前的重金属含量大于治理后的重金属含量时，确定植物植株所属的品种为富集重金属植物的品种，并将确定为富集重金属植物的品种之间进行对比，确定最符合该区域的超富集植物。