CN114918246A - 一种基于除草剂的高效低成本重金属污染土壤的植物强化修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环境重金属污染的修复领域，具体公开了一种基于除草剂的高效低成本重金属污染土壤的植物强化修复方法。本发明选择十字花科植物印度芥菜和菊科植物万寿菊作为修复植物种植，在植物修复末期阶段（即在植物生长旺盛阶段），对其喷施除草剂（草甘膦、草铵膦、百草枯、侨歌、乙氧氟草醚、仲丁灵、阔叶净、屠灌、灭草松、使它隆、硝磺莠去津、辛酰溴苯腈、双氧氟氯酯、穗生、苯嘧磺草胺、莱蒽坪安中的任一种），诱导植物衰老，提高修复植物对重金属的富集，进而大幅提升植物修复效率。
Description
技术领域
本发明属于环境重金属污染的修复领域，具体涉及一种基于除草剂的高效低成本重金属污染土壤的植物强化修复方法。
背景技术
在2014年4月17日，环保部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》表示全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，土壤重金属超标范围较大。土壤污染中无机污染物占比达到82.8％，重金属污染占主要地位，其中占据前几位的重金属镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍总值达到了21.7％，并且有逐渐升高的态势。在过去20年里，众多研究表明土壤中重金属含量迅速上升，而重金属可通过动植物的富集作用累积到人体，具有迁移能力强，长期性，代谢慢等特点，对人体的健康造成极大的危害，严重影响社会安全和发展问题。
如今，修复重金属土壤污染问题，已是国内外研究的热门话题。现如今所有的修复技术包括物理修复技术(客土法和换土法、隔离法修复技术、热脱附修复技术、玻璃化修复技术、电修复技术)，化学修复技术(化学固定技术、化学还原技术、土壤淋洗法)，生物修复技术(植物修复技术、动物修复技术、微生物修复技术)，其中植物修复技术将目标放在找寻超富集植物上面，植物通过超富集重金属的能力，从而达到富集重金属的目的。然而，植物修复技术同时也存在着许多的的不足，包括种植修复时间长，生物量小，成本较高等缺点，不利于植物修复的发展和运用。因此，以低成本的方式提升植物的修复转运能力，加速植物对重金属污染的修复速度，是当前需要重点关注的，这些效果对治理土壤重金属污染有极大的意义。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于除草剂的高效低成本重金属污染土壤的植物强化修复方法。本发明通过喷施除草剂强化植物对重金属吸收转化能力，从而提升植物对于重金属污染土壤的修复效果。本发明的方法成本较低、方法简单具有较大的优势，可广泛应用于各种被重金属污染的土壤，尤其针对镉污染的土壤。
本发明的发明构思为：选择十字花科植物印度芥菜和菊科植物万寿菊作为修复植物种植，在植物修复末期阶段(即在植物生长旺盛阶段)，对其喷施除草剂，诱导植物衰老。
除草剂是由于干扰或破坏了植物的正常生理代谢致使植物衰老死亡，申请人观察到衰老叶片的重金属含量往往是正常叶片的数倍，并基于此开创了在植物修复末期阶段，诱导修复植物衰老，进而成为大幅提升修复植物地上部重金属浓度的强化修复新方式。
本方法以喷施除草剂的方法，可以有效的提升植物对于重金属的转运，大幅度提高修复效率，降低成本。
为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：
一种基于除草剂的高效低成本重金属污染土壤的植物强化修复方法，包括以下步骤：在重金属污染土壤上种植植物，所述植物为十字花科植物或菊科植物，等到植物生长旺盛阶段，对所述植物叶面喷施除草剂，在5-7天以后，收集该区域植物地上部，可灰化植物进行重金属提取，回收利用。
进一步，所述除草剂选自草甘膦、草铵膦、百草枯、侨歌、乙氧氟草醚、仲丁灵、阔叶净、屠灌、灭草松、使它隆、硝磺莠去津、辛酰溴苯腈、双氧氟氯酯、穗生、苯嘧磺草胺、莱蒽坪安中的任一种。
优选的，当种植物植物为十字花科植物：
所述除草剂选自草甘膦、草铵膦、百草枯、侨歌、硝磺莠去津、双氧氟氯酯、穗生、苯嘧磺草胺、莱蒽坪安中的任一种；
进一步优选的，所述除草剂选自草甘膦、草铵膦、百草枯、侨歌、双氧氟氯酯、莱蒽坪安中的任一种；
更优选的，所述除草剂选自草甘膦、草铵膦、百草枯、侨歌中的任一种。
优选的，当种植物植物为菊科植物：
所述除草剂选自草甘膦、草铵膦、百草枯、侨歌、乙氧氟草醚、仲丁灵、阔叶净、屠灌、灭草松、使它隆、硝磺莠去津、辛酰溴苯腈、双氧氟氯酯、穗生、苯嘧磺草胺、莱蒽坪安中的任一种；
进一步优选的，所述除草剂选自草甘膦、草铵膦、百草枯、侨歌、乙氧氟草醚、仲丁灵、阔叶净、屠灌、灭草松、使它隆、硝磺莠去津、辛酰溴苯腈、双氧氟氯酯、苯嘧磺草胺中的任一种；
进一步优选的，所述除草剂选自草甘膦、草铵膦、侨歌、仲丁灵、阔叶净、灭草松、使它隆、辛酰溴苯腈中的任一种；
更优选的，所述除草剂选自草铵膦、仲丁灵、阔叶净、灭草松、使它隆中的任一种。
进一步，所述除草剂喷施前加水稀释(浓度、剂量均可参照除草时使用)；分多次喷施至植物叶面，例如分3-5次喷施。
进一步，所述十字花科植物为印度芥菜，所述菊科植物为万寿菊。
进一步，所述重金属污染土壤为镉污染土壤。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：
A、本发明修复效果明显，在一定程度上可以大幅度提升植物的富集效果，十分有利于金属污染的修复。
B、本发明适用的植物种类多，无论超富集植物印度芥菜还是具有观赏价值的万寿菊都有明显的提升效果。
C、本发明适用的范围宽广，只要是植物可以生长的地方，即可以运用该种方式进行修复污染。
D、本发明成本低廉，极大地降低了成本消耗，有助于推广发展本方法。
E、本发明的实施周期短，在较短的时间内就可以完成修复工作，可以极大地节约时间，效率高。
F、本发明省力，消耗劳动力少，可完成大片区域的修复工作。
附图说明
图1为：实施例1对照组与处理组印度芥菜地上部镉含量对比图；
图2为：实施例1对照组印度芥菜叶绿素含量和镉含量的对比图；
图3为：实施例2对照组与处理组万寿菊镉含量对比图。
具体实施方式
以下申请人结合具体实施例对本发明做进一步的详细描述，但并非是对本发明权利要求书请求保护范围的限制，凡依照本发明公开内容所作的任何本领域的等同替换，均落入本发明的保护范围。
需要说明的是：测定重金属镉含量消解植株步骤所用硝酸、盐酸、氢氟酸浓度依次为：68wt％、37wt％、40wt％，均为分析纯。
实施例1：
供试材料在实验室的光照培养温室内进行培养，材料培养与处理如下：
(1)将5颗印度芥菜种子播种在长、宽、高分别为10cm、10cm、8cm的穴盒中，穴盒中的基质按体积比珍珠岩：蛭石＝1:1配成。在温室可控条件下(昼夜温度分别为24℃、22℃；光照强度为300μmol/(m2·s1)；光周期为光照14小时，黑暗10小时)，施浇1/2Hoagland营养液培养20天。
(2)持续生长十天至茂盛阶段。接下来的实验设置16组处理组，每组在同一时间以相同的方式用对应的除草剂单独处理，根据十字花科适用的除草剂，除草剂包括草甘膦、草铵膦、百草枯、侨歌、乙氧氟草醚、仲丁灵、阔叶净、屠灌、灭草松、使它隆、硝磺莠去津、辛酰溴苯腈、双氧氟氯酯、穗生、苯嘧磺草胺、莱蒽坪安。根据除草效果其中草甘膦、草铵膦、百草枯、侨歌、乙氧氟草醚、仲丁灵这几组每组低浓度1盆高浓度3盆一共4盆，其余的每组低浓度1盆高浓度4盆一共5盆，其中高浓度组最终结果取平均值。再加1组对照和1组空白，对照4盆，空白2盆，每盆印度芥菜的数目为2颗。
(3)所有处理组和对照组均施含镉(Cd2+)浓度为20ppm溶液50ml(用CdSO4以娃哈哈纯净水配得)，施加到种植植物的土壤当中，一次施加完毕，等待3天。3天后，每个处理组分别施对应的除草剂，每隔1天施喷1次，施喷3次，一共5天。
(4)5天后，先测定每组叶片叶绿素含量，再取植株地上部，冲洗，并于60-70℃烘干至恒重，剪碎，混合均匀，取0.3g(以镉元素含量计算时，以烘干至恒重后取的质量为分母)，分别加硝酸3ml，盐酸1ml，氢氟酸1ml以3：1：1加入进行消解，过膜后，用电感耦合等离子体发射光谱仪测各处理的重金属镉含量。
其中叶绿素的含量用手持机器SPAD502型叶绿素测量仪测定。SPAD502型叶绿素测量仪通过测量叶子对两个波长段里的吸收率，来评估当前叶子中的叶绿素的相对含量。因为叶绿素在蓝色区域和在红色区域的吸收最大，而在近红外区域几乎不吸收，因此，SPAD502就是利用两个区域叶绿素的吸收性不同来进行测定的，它测定的结果是SPAD值，而这个值与植物的叶绿素含量有一定的比例关系，因此就可以得出植物的叶绿素值。另外，叶绿素含量(用SPAD值表示)与叶子中的氮含量(一种重要的营养成分)成比例增长。对一特定作物品种来说，SAPD指数越高，代表此作物越健康。
试验各处理组的除草剂种类及浓度如下表1-1：
表1-1
注：1)低、高浓度施用的除草剂均是由娃哈哈纯净水加表格中除草剂的含量配制得15ml溶液，除草剂配制后装入小喷壶，高浓度含量均为低浓度除草剂含量的两倍。实施例中所有除草剂均都是通过小喷壶施喷至植物叶片表面，分三次施喷，每次5ml，总共施喷15ml。
2)助剂是指有助于不易溶于水的除草剂溶于水，增加其溶解性，助剂成分是有机硅物质。其中：配制阔叶净溶液、双氧氟氯酯溶液和苯嘧磺草胺溶液所用助剂均为三硅氧烷化合物，购自河北瑞宝德生物化学有限公司。
不同除草剂对印度芥菜叶绿素含量变化如下表1-2：
1-2不同除草剂对印度芥菜叶绿素含量(用SPAD值表示)变化
由表1-2可知，施用草甘膦、草铵膦、百草枯、侨歌、乙氧氟草醚、仲丁灵、阔叶净、屠灌、灭草松、使它隆、硝磺莠去津、辛酰溴苯腈、双氧氟氯酯、穗生、苯嘧磺草胺、莱蒽坪安等除草剂的印度芥菜中SAPD含量相对对照组均有一定程度的降低，说明施用除草剂后，加速了印度芥菜的衰老。
不同除草剂对印度芥菜镉含量的影响结果见表1-3：
1-3不同除草剂处理对印度芥菜镉含量的影响
注：S为地上部。
由表1-3可知：实验组相对于对照组Cd含量变化，施用草甘膦、草铵膦、百草枯、侨歌、硝磺莠去津、双氧氟氯酯、穗生、苯嘧磺草胺、莱蒽坪安等9种除草剂后，印度芥菜植物对Cd富集效果提升在30％以上。
相对于对照组的地上部，草铵膦、草甘膦、百草枯、侨歌、莱蒽坪安处理过的地上部镉含量都有明显提高。其中经低浓度除草剂处理的植物当中，百草枯处理的植物Cd含量提升3.23倍，草铵膦提升1.89倍，莱蒽坪安提升0.95倍，草甘膦提升0.86倍。经高浓度除草剂处理的植物当中，草铵膦提升1.85倍，百草枯提升1.64倍，草甘膦提升1.29倍，侨歌提升1.17倍，莱蒽坪安提升0.74倍。
其中低浓度当中，百草枯效果最好，Cd含量提升了3.23倍。高浓度当中，草铵膦处理过的植物，Cd提升了1.85倍。并且草铵膦无论是高浓度还是低浓度均对植物明显效果，Cd含量都提升1.85倍以上。
施用草甘膦、草铵膦、百草枯、侨歌、双氧氟氯酯、莱蒽坪安等6种除草剂后，印度芥菜植物对Cd富集效果提升在50％以上。
施用草甘膦、草铵膦、百草枯、侨歌等4种除草剂后，印度芥菜植物对Cd富集效果提升在100％以上。
以表1-2中的SAPD值为横坐标，表1-3中对应浓度的Cd含量为纵坐标，绘图，并得到拟合曲线，见图2。植物叶绿素的含量能表明植物的衰老程度，而根据叶绿素和Cd含量的拟合图(图2)来看，植物衰老得越高，富集效果越好。
实施例2：
供试材料在实验室的光照培养温室内进行培养，材料培养与处理如下：
(1)将10颗万寿菊种子播种在长、宽、高分别为10cm、10cm、8cm的穴盒中，穴盒中的基质按体积比珍珠岩：蛭石＝1:1配成。在温室可控条件下(昼夜温度分别为28℃、20℃；光照强度为300μmol/(cm2·s1)；光周期为光照13小时，黑暗11小时)，施浇1/2Hoagland营养液培养将近1个月至幼苗长出。
(2)持续生长十天至万寿菊生长到茂盛阶段，接下来的试验，根据菊科适用的除草剂设置16个处理组：草甘膦、草铵磷、百草枯、侨歌、乙氧氟草醚、仲丁灵、阔叶净、屠灌、灭草松、使它隆、硝磺·莠去津、辛酰溴苯腈、双氟·氟氯酯、穗生、苯嘧磺草胺、莱恩坪安，再加上对照组和空白组。每组在同一时间以相同的方式用对应的除草剂单独处理，根据除草效果其中草甘膦、草铵磷、百草枯、侨歌每组有6个样，低浓度2盆高浓度4盆，其余为4个样每组，低浓度1盆高浓度3盆，对照和空白均每组2盆，其中高浓度和低浓度若有多样品的，其最终结果取平均值，每个重复均含4株万寿菊。
(3)所有处理组和对照组均施含镉(Cd2+)浓度为20ppm溶液50ml(用CdSO4以娃哈哈纯净水配得)施加到种植植物的土壤当中，一次施加完毕，等待3天。3天后，每个处理组分别施对应的除草剂，每隔1天施喷1次，施喷3次，一共5天。
(4)5天后，取植物地上部，冲洗，并于60-70℃烘干至恒重，剪碎，混合均匀，取0.3g(镉含量计算时，以烘干至恒重后取的质量为分母)，依次加入硝酸3ml，盐酸1ml，氢氟酸1ml进行消解，过膜后，用电感耦合等离子体发射光谱仪测各处理的重金属镉含量。
试验各处理组的除草剂种类、浓度及配置同实施例1。
镉含量测定结果见表2-1：
表2-1不同除草剂对万寿菊镉含量变化
由表2-1可知：实验组相对于对照组Cd含量变化，施用草甘膦、草铵膦、百草枯、侨歌、乙氧氟草醚、仲丁灵、阔叶净、屠灌、灭草松、使它隆、硝磺莠去津、辛酰溴苯腈、双氧氟氯酯、穗生、苯嘧磺草胺、莱蒽坪安等16种除草剂后，万寿菊植物对Cd富集效果提升在30％以上。
其中经低浓度除草剂处理的植物当中，草甘膦处理过的植物Cd含量上升0.69倍、草铵膦上升1.05倍、百草枯上升0.75、侨歌上升0.43倍、仲丁灵上升2.75倍、阔叶净上升0.61倍、屠灌上升0.55倍、灭草松上升0.83倍、使它隆上升0.39倍、硝磺莠去津上升0.94倍、辛酰溴苯腈上升1.19倍、双氧氟氯酯上升0.72倍、穗生上升0.45倍、苯嘧磺草胺上升0.79倍，莱蒽坪安上升0.42倍。
其中经高浓度除草剂处理的植物当中，草甘膦处理过的植物Cd含量上升1.25倍、草铵膦上升2.35倍、侨歌上升1.20倍、乙氧氟草醚上升0.63倍、仲丁灵上升7.57倍、阔叶净上升1.90倍、屠灌上升0.32倍、灭草松上升1.69倍、使它隆上升1.51倍、硝磺莠去津上升0.82倍、辛酰溴苯腈上升1.32倍、穗生上升0.37倍、苯嘧磺草胺上升0.51倍。
其中低浓度处理当中，Cd含量变化最大的是仲丁灵，上升了2.75倍；高浓度处理当中，Cd含量变化最大的是仲丁灵，上升7.57倍。
施用草甘膦、草铵膦、百草枯、侨歌、乙氧氟草醚、仲丁灵、阔叶净、屠灌、灭草松、使它隆、硝磺莠去津、辛酰溴苯腈、双氧氟氯酯、苯嘧磺草胺等14种除草剂后，万寿菊植物对Cd富集效果提升在50％以上。
施用草甘膦、草铵膦、侨歌、仲丁灵、阔叶净、灭草松、使它隆、辛酰溴苯腈等8种除草剂后，万寿菊植物对Cd富集效果提升在100％以上。
施用草铵膦、仲丁灵、阔叶净、灭草松、使它隆等5种除草剂后，万寿菊植物对Cd富集效果提升在150％以上。
综上，本发明通过对植物(十字花科植物印度芥菜和菊科植物万寿菊)喷施除草剂，诱导植物衰老，可以提高植物对重金属吸收转运能力。
Claims (10)
1.一种基于除草剂的高效低成本重金属污染土壤的植物强化修复方法，其特征在于，包括以下步骤：在重金属污染土壤上种植植物，所述植物为十字花科植物或菊科植物，等到植物生长旺盛阶段，对所述植物叶面喷施除草剂，在5-7天以后，收集该区域植物地上部；
所述重金属污染土壤为镉污染土壤；
所述除草剂选自草甘膦、草铵膦、百草枯、侨歌、乙氧氟草醚、仲丁灵、阔叶净、屠灌、灭草松、使它隆、硝磺莠去津、辛酰溴苯腈、双氧氟氯酯、穗生、苯嘧磺草胺、莱蒽坪安中的任一种。
2.根据权利要求1所述的一种基于除草剂的高效低成本重金属污染土壤的植物强化修复方法，其特征在于，当种植物植物为十字花科植物时，所述除草剂选自草甘膦、草铵膦、百草枯、侨歌、硝磺莠去津、双氧氟氯酯、穗生、苯嘧磺草胺、莱蒽坪安中的任一种。
3.根据权利要求2所述的一种基于除草剂的高效低成本重金属污染土壤的植物强化修复方法，其特征在于，所述除草剂选自草甘膦、草铵膦、百草枯、侨歌、双氧氟氯酯、莱蒽坪安中的任一种。
4.根据权利要求3所述的一种基于除草剂的高效低成本重金属污染土壤的植物强化修复方法，其特征在于，所述除草剂选自草甘膦、草铵膦、百草枯、侨歌中的任一种。
5.根据权利要求1所述的一种基于除草剂的高效低成本重金属污染土壤的植物强化修复方法，其特征在于，当种植物植物为菊科植物时，所述除草剂选自草甘膦、草铵膦、百草枯、侨歌、乙氧氟草醚、仲丁灵、阔叶净、屠灌、灭草松、使它隆、硝磺莠去津、辛酰溴苯腈、双氧氟氯酯、穗生、苯嘧磺草胺、莱蒽坪安中的任一种。
6.根据权利要求5所述的一种基于除草剂的高效低成本重金属污染土壤的植物强化修复方法，其特征在于，所述除草剂选自草甘膦、草铵膦、百草枯、侨歌、乙氧氟草醚、仲丁灵、阔叶净、屠灌、灭草松、使它隆、硝磺莠去津、辛酰溴苯腈、双氧氟氯酯、苯嘧磺草胺中的任一种。
7.根据权利要求6所述的一种基于除草剂的高效低成本重金属污染土壤的植物强化修复方法，其特征在于，所述除草剂选自草甘膦、草铵膦、侨歌、仲丁灵、阔叶净、灭草松、使它隆、辛酰溴苯腈中的任一种。
8.根据权利要求7所述的一种基于除草剂的高效低成本重金属污染土壤的植物强化修复方法，其特征在于，所述除草剂选自草铵膦、仲丁灵、阔叶净、灭草松、使它隆中的任一种。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种基于除草剂的高效低成本重金属污染土壤的植物强化修复方法，其特征在于，所述十字花科植物为印度芥菜，所述菊科植物为万寿菊。
10.根据权利要求1-8任一所述的一种基于除草剂的高效低成本重金属污染土壤的植物强化修复方法，其特征在于，所述除草剂喷施前加水稀释；分3-5次喷施至植物叶面。
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