CN113909282A - 一种用于重金属污染土壤的植物管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于重金属污染土壤的植物管理方法，首先向受重金属污染土壤中加入尿素，维持土壤含水率50‑70％；然后在受重金属污染土壤种植柳树和香根草，并在种植15天后喷洒24‑表芸苔素内脂，即实现土壤重金属污染修复；该方法综合考虑了植物生长过程中对水、肥、光合作用的需求，通过水肥调控、生理强化措施促进植物生长和重金属富集并增加植物的抗逆能力，通过尿素、芸苔素内脂、水分联合调控促进了植物生长得到同时增加了植物对镉、砷、铅的富集，该联合调控技术操作简单、成本极低、绿色环保，具有极高的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及重金属污染土壤植物修复领域，特别是一种联合尿素、芸苔素内脂、水分调控用于重金属镉、砷、铅污染土壤的植物修复方法的应用。
背景技术
土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成。随着工农的快速发展，农药、化肥、饲料添加剂的大量使用及各类污水和固体废弃物的排放，导致大量有害的金属物质进入环境。释放到环境中的重金属经物理、化学或生物的过程在土壤中逐渐积累，从而造成土壤重金属污染。目前，土壤重金属污染已成为全球面临的一个极为严重的环境问题。据统计，全世界约6100万公顷土地遭受各类污染物污染，其中土壤重金属污染占相当大的比例。中国受重金属污染的农业土地面积大，分布范围广。
对于土壤重金属（如镉、砷、铅）污染治理，一是应控制与消除土壤重金属污染源，二是加强对已经污染的土壤的修复。土壤重金属污染修复的主要原理：一是改变重金属元素在土壤环境中存在状态，降低它在环境 中的迁移性及其生物可利用性；二是利用工程技术或生物修复技术从土壤环境中去除重金属；三是变更种植制度，减少和避免重金属通过食物链危害生物和人体健康。土壤重金属污染的修复方法一般分为生物修复、化学修复、物理处理等。以植物修复为代表生物修复技术由于绿色环保、修复成本低等因素成为主流。
植物管理是常用的植物修复技术之一。就目前的植物管理技术而言，往往关注于使用水分调控（如文献：土壤水分调控与重金属污染土壤植物修复研究进展-武振中）、营养强化（如文献：可溶性磷肥对重金属复合污染土壤东南景天提取锌/镉及其养分积累的影响-黄化刚）、生理强化（如文献：外源水杨酸改善Cd胁迫下路易斯安娜鸢尾的生长和养分吸收-韩鹰）中的一种促进土壤重金属的植物修复过程。然而，植物生长以及重金属在植物体的富集往往是受多种因素的共同影响。这使得仅单一使用某种植物管理措施对植物修复的促进作用有限，从而限制了修复效率。
发明内容
针对目前单一因素管理的问题，本发明针对土壤重金属污染修复问题，提供了一种用于重金属污染土壤的植物管理方法。根据植物生长的规律通过营养强化管理、水分强化管理、生理生化强化管理的综合技术措施，促进植物生长以及对重金属的富集，具有广泛的推广价值和大规模应用的价值。
本发明是这样实现的：
一种用于重金属污染土壤的植物管理方法，其具体步骤如下：
1）将受重金属（如镉、砷、铅）污染的土壤破碎并过2 mm筛；
2）向步骤1）获得的土壤中施加尿素并混匀，同时用水分传感器测定土壤含水率，使土壤水分的含水率保持在50-70%；
3）在土壤中种植柳树和香根草（如扦插柳树扦条，播种香根草种子）；
4）在柳树和香根草种植15天后喷洒24-表芸苔素内脂，4个月左右即可实现土壤重金属污染修复。
进一步，上述用于重金属污染土壤的植物管理方法中，尿素的添加量为0.3-0.4g/kg土壤。
进一步，上述用于重金属污染土壤的植物管理方法中，芸苔素内脂的种类为24-表芸苔素内脂（有效含量0.01%），稀释倍数为2000-3000倍，喷洒强度为每周一次，喷洒时间为4个月，每次喷洒使叶面水珠分布均匀。
本申请中，术语“重金属污染土壤”是指重金属浓度不大于《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618-2018）中管制值的土壤，本申请中涉及的柳树和香根草均有较强的耐受性，可以直接采用该植物管理方法。
氮是植物必须的营养元素，上述方案通过向土壤中施加尿素可以促进植物生长，并促进植物对重金属富集。
水分胁迫对植物生长和代谢的影响是多方面的，其中对光合作用的影响尤为重要和突出，水分胁迫将导致光合速率的下降，进而造成作物减产，因此通过水分调控可以调节植物对重金属的富集。
芸苔素内酯是甾体化合物中生物活性较高的一种，广泛存在于植物体内。在植物生长发育各阶段中，可促进细胞分裂延缓叶片衰老，保绿时间长，加强叶绿素合成，提高光合作用，促使叶色加深变绿。
本发明通过调控影响植物重金属修复的营养元素、水分来促进重金属富集，并通过生理强化措施增加植物的抗逆能力，该联合营养强化管理、水分强化管理、生理生化强化管理的技术措施可以显著促进植物生长并促进植物对重金属的富集，具有广泛的推广价值和大规模应用的价值。
附图说明
图1在芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化下柳树中镉的浓度示意图。
图2在芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化下香根草中镉的浓度示意图。
图3在芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化下柳树中砷的浓度示意图。
图4在芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化下香根草中砷的浓度示意图。
图5在芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化下柳树及香根草的生物量示意图。
图6在芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化下柳树中铅的浓度示意图。
图7在芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化下香根草中铅的浓度示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。实施例中的尿素购自南京晚晴化玻仪器有限公司，24-表芸苔内脂购自河北中保绿农作物科技有限公司。
实施例中重金属污染的土壤均来自于江苏省宜兴市农田，其中含有多种重金属（主要重金属污染物为Cd、As、Pb），以下实施例分别针对土壤中特定重金属含量进行检测。
植物收收获后自然风干，并用硝酸-过氧化氢/高氯酸消解，然后使用ICP-MS测定重金属Cd （GB/T 5009.15-2014）、As（GB/T 22105.2-2008）、Pb（GB/T 5009.15-2014）浓度。
土壤中的水分测定中使用的传感器购自威海精讯畅通电子科技有限公司。
实施例1-3附图中的“强化”指的是芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化管理。“无强化”指的是植物未进行芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化管理，其具体处理方式为：土壤水分30-40%且不施加尿素，植物不喷施芸苔素内脂。
实施例1
本实施例芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化管理方法如下：
1、将受重金属镉污染（9.62 mg/kg）的土壤破碎并过2 mm筛；
2、土壤中施加尿素量为0.3 g/kg土壤并混匀，每盆加入混匀的土壤1 kg；
3、土壤中加水保证含水率约为50%±5，并用水分传感器测定含水率；
4、在含水率（50%±5）的土壤中扦插柳树扦条和播种香根草种子，柳树为每盆1棵，香根草为每盆播种0.1 g；
5、在柳树和香根草种植15天后，每周喷洒1次稀释浓度为2000倍的24-表芸苔素内脂（叶面水珠均匀分布即可，4个月内均每周喷洒），4个月后收获并测定重金属镉浓度。
在芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化下柳树及香根草中镉的浓度示意图分别如图1、图2所示：柳树中，在芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化下，柳树叶片中镉的浓度从202.76 mg/kg增加到225.45 mg/kg。香根草中，在芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化下，香根草根中镉的浓度从11.06 mg/kg增加到24.93 mg/kg；茎中镉的浓度从7.78 mg/kg增加到9.58 mg/kg；叶中镉的浓度从5.53 mg/kg增加到7.78 mg/kg。
以上实施例验证了在芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化下，柳树和香根草中镉的富集浓度得到了显著的提高。
实施例2 本实施例芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化管理方法如下：
1、受重金属砷污染 （95.56 mg/kg）的土壤破碎并过2 mm筛；
2、土壤中施加尿素量为0.35 g/kg土壤并混匀，每盆加入混匀的土壤1 kg；
3、土壤中加水保证含水率约为60%±5，并用水分传感器测定含水率；
4、在一定含水率（60%±5）的土壤中扦插柳树扦条和播种香根草种子，柳树为每盆1棵，香根草为每盆播种0.1 g。
5、在柳树和香根草种植15天后，每周喷洒1次稀释浓度为2500倍的24-表芸苔素内脂（叶面水珠均匀分布即可），4个月后收获并测定重金属砷浓度。
在芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化下柳树及香根草中砷的浓度示意图如图3、图4所示，柳树中，在芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化下，柳树根中砷的浓度从4.90 mg/kg增加到7.00 mg/kg，茎和叶中砷的浓度从7.33 mg/kg增加到44.70 mg/kg。香根草中，在芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化下，根中砷的浓度无明显变化但茎+叶的浓度从1.63mg/kg增加到2.89 mg/kg。此外如图5所示，柳树、香根草在芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化下，生物量显著增加（图5中A、B分别为香根草、柳树）。
由以上结果可知，在芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化下，柳树和香根草中砷的富集浓度得到了显著的提高，且生物量显著增加。
实施例3
本实施例芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化管理方法如下：
1、受重金属铅污染 （282.58 mg/kg）的土壤破碎并过2 mm筛；
2、土壤中施加尿素量为0.4 g/kg土壤并混匀，每盆加入混匀的土壤1 kg；
3、土壤中加水保证含水率约为70%±5，并用水分传感器测定含水率；
4、在一定含水率（70%±5）的土壤中扦插柳树扦条和播种香根草种子，柳树为每盆1棵，香根草为每盆播种0.1 g；
5、在柳树和香根草种植15天后，每周喷洒1次稀释浓度为3000倍的24-表芸苔素内脂（叶面水珠均匀分布即可），4个月后收获并测定重金属铅浓度。
在芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化下柳树及香根草中铅浓度检测结果如图6、图7所示：柳树中，在芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化下，根中铅的浓度从27.02 mg/kg增加到37.66 mg/kg；叶中铅的浓度从2.16 mg/kg增加到8.58 mg/kg。香根草中，在芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化下，根中铅的浓度从13.31 mg/kg增加到20.80 mg/kg；茎中铅的浓度从3.27 mg/kg增加到4.06 mg/kg。由以上结果可知，在芸苔素内脂、水分、尿素的联合强化下，柳树和香根草中铅的富集浓度得到了显著的提高。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进，这些改进都属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种用于重金属污染土壤的植物管理方法，其特征在于，具体步骤如下：
1）向受重金属污染土壤中加入尿素，维持土壤含水率50-70%；
2）在受重金属污染土壤种植柳树和香根草；
3）在柳树和香根草种植15天后喷洒24-表芸苔素内脂，即实现土壤重金属污染修复。
2.如权利要求1所述用于重金属污染土壤的植物管理方法，其特征在于，步骤1）尿素的添加量为0.3-0.4 g/kg土壤。
3.如权利要求1所述用于重金属污染土壤的植物管理方法，其特征在于，步骤2）所述喷洒24-表芸苔素内脂是指：将有效含量为0.01%的24-表芸苔素内脂稀释2000-3000倍后，喷洒柳树和香根草的叶面，每周一次。
4.如权利要求1所述用于重金属污染土壤的植物管理方法，其特征在于，柳树种植密度为1棵/m²、香根草种植密度为20棵/m²。
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