CN115193908A

CN115193908A - 一种基于根序法的铬污染土壤的植物修复方法

Info

Publication number: CN115193908A
Application number: CN202210900705.3A
Authority: CN
Inventors: 沈松蓉; 韩颖; 耿育红; 向媛羚; 康茜琳; 曾芳; 张亚珍
Original assignee: Southwest University of Science and Technology
Current assignee: Southwest University of Science and Technology
Priority date: 2022-07-28
Filing date: 2022-07-28
Publication date: 2022-10-18

Abstract

本发明涉及污染土壤的植物修复技术领域，公开了一种基于根序法的铬污染土壤的植物修复方法，包括步骤一，种植三组铬累积植物香根草分蘖苗；步骤二，分别向三组实验组中添加浓度不同的重铬酸钾溶液；步骤三，检测各根序的铬富集和迁移规律；步骤四，两因素三水平的根系生长促进试验；步骤五，将DDC处理后的香根草移栽至铬污染过的土壤上；香根草即可通过地下部不断的长出根茎而繁殖出许多新植株，将土壤中的重金属有效吸收，较之其它植物，使用香根草更加节约资源、方便和高效。

Description

一种基于根序法的铬污染土壤的植物修复方法

技术领域

本发明涉及污染土壤的植物修复技术领域，具体为一种基于根序法的铬污染土壤的植物修复方法。

背景技术

自在中国发现首个湿生铬超累积植物—李氏禾以后，不断有研究者发现许多铬高累积植物，如：高羊茅、黑麦草、香根草、狼尾草，旱伞草等陆生植物。采用高累积植物修复铬污染土壤时，植物根系是直接接触土壤的植物组织，且大量的研究结果显示，铬在植物不同组织内的累积顺序为：根>茎>叶>种子，铬在植物根中的累积比在茎和其他组织中的累积高10-100倍。金属胁迫可导致累积植物的根系构型发生改变，如根茎变细、根尖数变多、比表面积变大等，此外，铬胁迫会使根尖细胞产生不同程度的损伤，引起植物组织不同程度的氧化应激反应。

现已报道的辅助增强植物组织重金属富集和迁移能力的措施包括添加有机物料、与根际内生菌联用、构建植物-化学修复系统等。然而，添加有机物料会改变土壤的营养结构，进而影响植物根际微环境；累积植物与内生菌联用的机制还尚不明了，高效定向地提高植物的铬去除效率还存在诸多困难；添加化学试剂，如EDTA和pH调节剂不仅治理成本高，还可能导致土壤酸化。植物修复增强措施可能会改变土壤的营养结构和生态系统，而且许多措施还存在修复效果不稳定，修复时间久等问题。

本发明利用SOD抑制剂减少活性氧分子的清除，促进其在侧根形成部位的累积。本发明，旨在发现累积植物不同根序根对铬的累积和富集规律，通过使用SOD抑制剂二乙基二硫氨基甲酸钠(DDC)诱导超氧阴离子增加，促进初生根和不定根的生长，从而定向提高累积植物对土壤铬的修复。

发明内容

本发明意在提供一种基于根序法的铬污染土壤的植物修复方法，以解决植物修复增强措施可能会改变土壤的营养结构和生态系统，而且许多措施还存在修复效果不稳定，修复时间久的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案如下：一种基于根序法的铬污染土壤的植物修复方法，包括如下步骤：

步骤一，种植三组铬累积植物香根草分蘖苗的实验组；

步骤二，分别向三组实验组中添加浓度不同的重铬酸钾溶液；

步骤三，检测各根序的铬富集和迁移规律；

(1)收集香根草分蘖苗根系；(2)分别检测三组实验组香根草分蘖苗地上和地下部分的铬含量；(3)确定对铬的富集、迁移能力贡献最大的根；

步骤四，两因素三水平的根系生长促进试验；

步骤五，将DDC处理后的香根草移栽至铬污染过的土壤上。

基础方案的原理：本发明利用SOD抑制剂减少活性氧分子的清除，促进其在侧根形成部位的累积；发现累积植物不同根序根对铬元素的累积和富集规律，通过使用SOD抑制剂二乙基二硫氨基甲酸钠(DDC)诱导超氧阴离子增加，促进初生根和不定根的生长，从而定向提高累积植物对土壤铬的修复。

进一步，为了保证移栽效果、分蘖空间以及修复效果，所述移栽的株距为3～10cm，优选为5～7cm。

进一步，向移栽了香根草的铬污染土壤上每平方米施用0.045～0.06kg含有钙镁磷的复合肥。

进一步，在步骤一的种植中，设置三个实验组，分别为第一组、第二组和第三组，每组设置三个实验盆，每个实验盆中种植同一批次两株香根草分蘖苗，且三组实验组均放置于相同的实验环境。

进一步，步骤二中的每组重铬酸钾溶液的浓度分别为0mg/kg、30mg/kg、50mg/kg，且每个处理三个重复。

进一步，步骤四中的DDC浓度分别为0.5mmoL/L、1mmoL/L、2mmoL/L，水培容器为38cm*28cm*14cm的水培箱，并向三组水培箱中加入5L 1/2Hoagland’s营养液；水培体系同样设置0mg/kg、30mg/kg、50mg/kg三组铬浓度,每个水培箱种植12株香根草分蘖株；且每个处理三个重复。

进一步，在三组实验组中种植铬累积植物香根草时，将泥土分为两层，上层为上泥土层，下层为下泥土层，上泥土层与下泥土层之间设有套设的第二竹篾框和第一竹篾框，第一竹篾框上部分位于泥土外部，香根草分蘖苗种植于第一竹篾框内的上泥土层里。

基础方案的原理：将香根草分蘖苗种植于第一竹篾框内的上泥土层里，由于竹篾框自身存在的大缝隙不会影响香根草分蘖苗的正常生长，在香根草经过DDC的处理后，香根草初生根和不定根经过促进后生长，已经能够对铬元素污染的土壤进行修复时，需要将香根草移栽在土壤里；此时，可以通过试验盆里的第一竹篾框露出在泥土的上部将香根草拔出，拔出时转动第一竹篾框，通过第一竹篾框与第二竹篾框的相对转动，下泥土层的泥土会被第二竹篾框刮落，露出香根草的下部分根系，但由于第一竹篾框的限制，上泥土层的泥土不会完全掉落，会留下一部分泥土保护香根草的上部分的根系，将第一竹篾框和香根草一同运输，方便进行堆放；并且在将香根草移栽到新地方时，露出的下部分根系会先与土壤接触，相对的加速了香根草对铬元素的吸收，而且不需要对第一竹篾框进行清理，让第一竹篾框在泥土下自行降解。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

香根草属多年生粗壮草本植物，广泛分布于黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、河北、山西、陕西、甘肃、宁夏和新疆等省(区)；本发明创新地使用香根草进行铬污染土壤的修复，香根草根茎发达、分蘖力强、生长讯速、耐旱、耐土壤贫瘠，只需栽种一次，香根草即可通过地下部不断的长出根茎而繁殖出许多新植株，将土壤中的重金属有效吸收，较之其它植物，使用香根草更加节约资源、方便和高效。相比于其它植物，本发明的方法可以更快地将土壤中重金属铬含量控制在安全水平。香根草耐重金属铬，可以将土壤中的铬通过根系吸收，达到清除土壤重金属铬的目的，实现土壤中最大限度铬清除目的，以控制土壤中铬含量在安全水平。本发明提供的方法无需特殊管理，即可很好生长，栽培成本低，铬转移效率高，尤其是丰富了土壤重金属铬污染清除植物新品种。

本发明的方法不会形成二次污染，快速高效且成本低。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本申请实施例的步骤示意图。

图2是本申请实施例的实验盆种植香根草的剖面图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：实验盆1、上泥土层2、下泥土层3、第一竹篾框4、第二竹篾框5。

实施例基本如附图1和附图2所示：一种基于根序法的铬污染土壤的植物修复方法，包括如下步骤：

步骤一，种植三组铬累积植物香根草分蘖苗的实验组；

具体制备过程为，将装有5kg泥土的高20.8cm、直径为18.2cm的九个实验盆均等分为三个实验组，分别为第一组、第二组和第三组，分别将同一批次两株香根草分蘖苗种植于九个实验盆中，将三组实验组均放置于光照周期为光照18小时、黑暗6小时、温度为28℃的温室中培养两个月，培养期间定期浇水；

具体制备过程为，在香根草分蘖苗种植培养两个月后，以重铬酸钾溶液的形式向三组实验组里添加铬元素，分别将0mg、45mg、75mg的重铬酸钾溶于三份1.5L蒸馏水中，得到0mg/kg、 30mg/kg、50mg/kg的三份铬浓度的重铬酸钾溶液，将三份重铬酸钾溶液按顺序倒入第一组、第二组和第三组实验组，共九个实验盆中。

步骤三，检测各根序的铬富集和迁移规律；

(1)收集香根草分蘖苗根系。将添加铬元素处理一周后的三组实验组置于装有自来水的大桶中浸泡15min，抖动土壤，使香根草分蘖苗的根系完全脱离土壤，得到香根草分蘖苗根系。

(2)分别检测三组实验组的香根草分蘖苗地上和地下部分的铬含量。采用根序分级法对根系进行分级，具体分为一级根、二级根和三级根，分别采集香根草分蘖苗地上和地下的组织样品于70℃烘箱中烘干至恒重，然后分别计算不同处理条件下的香根草分蘖苗地上和地下组织的生物量；将烘干后的植物样品粉碎、过80目筛后采用HNO₃-HCL-H₂O₂法进行消解，使用ICP-MS测定每组样品中的总铬含量。

(3)确定对铬的富集、迁移能力贡献最大的根。比较每组实验组在不同铬浓度的铬元素胁迫条件下，香根草分蘖苗各根系级别根的铬含量，找出对铬的富集、迁移能力贡献最大的根。

步骤四，两因素三水平的根系生长促进试验；

具体制备过程为，分别设置0.5mmoL/L、1mmoL/L、2mmoL/L DDC加入到三组香根草分蘖苗的水培体系中，水培容器为38cm*28cm*14cm的水培箱，并向三组水培箱中加入5L 1/2Hoagland’s营养液；水培处理7天后，重复步骤三中的(1)、(2)、(3)步；水培体系同样设置0mg/kg、30mg/kg、50mg/kg三组铬浓度,每个水培箱种植12株香根草分蘖株，每个处理三个重复。

步骤五，将浓度为1mmoL/L DDC处理后的香根草移栽至铬污染过的土壤上。

具体制备过程为，为了保证移栽效果、分蘖空间以及修复效果，所述移栽的株距为3～ 10cm，优选为5～7cm。向移栽了香根草的铬污染土壤上每平方米施用0.045～0.06kg含有钙镁磷的复合肥。

表1土壤试验香根草各级根的生物量和铬吸附量

如表1所示：香根草二级根、三级根的生物量在铬元素胁迫下均有增加，二级根中铬含量在30mg/kg、50mg/kg的铬元素胁迫下都明显高于其他两类根；由图1可知，二级根是香根草耐受铬元素胁迫的功能根。

表2 DDC处理后香根草各级根的铬含量(ug/g)

如表2所示：不同浓度的DDC均能促进香根草一级根和二级根对铬元素的吸收，当DDC 浓度为1mmoL/L时，其促进作用最为明显；其中，在三个不同浓度的DDC处理下，二级根在 30mg/kg、50mg/kg铬元素浓度下的吸收量都明显高于一级根；三个浓度的DDC对三级根的铬元素吸收的促进作用均不明显，因此，DDC可以促进香根草一级根、二级根对铬元素的吸收，且当DDC浓度为1mmoL/L时，促进作用最明显；即使是在50mg/kg的铬处理下，DDC依然存在较强的促进作用。

如附图2所示，在三组实验组中种植铬累积植物香根草时，将实验盆1中的泥土分为两层，上层为上泥土层2，下层为下泥土层3，上泥土层2与下泥土层3之间设有套设的第二竹篾框5和第一竹篾框4，第一竹篾框4上部分位于泥土外部，香根草分蘖苗种植于第一竹篾框4内的上泥土层2里。

具体实施过程：将香根草分蘖苗种植于第一竹篾框4内的上泥土层2里，由于竹篾框自身存在的大缝隙不会影响香根草分蘖苗的正常生长，在香根草经过DDC的处理后，香根草初生根和不定根经过促进后生长，已经能够对铬元素污染的土壤进行修复时，需要将香根草移栽在土壤里；此时，可以通过实验盆1里的第一竹篾框4露出在泥土的上部将香根草拔出，拔出时转动第一竹篾框4，通过第一竹篾框4与第二竹篾框5的相对转动，下泥土层3的泥土会被第二竹篾框5刮落，露出香根草的下部分根系，但由于第一竹篾框4的限制，上泥土层2的泥土不会完全掉落，会留下一部分泥土保护香根草的上部分的根系，将第一竹篾框4和香根草一同运输，方便进行堆放；并且在将香根草移栽到新地方时，露出的下部分根系会先与土壤接触，相对的加速了香根草对铬元素的吸收，而且不需要对第一竹篾框4进行清理，让第一竹篾框4在泥土下自行降解。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims

1.一种基于根序法的铬污染土壤的植物修复方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一，种植三组铬累积植物香根草分蘖苗的实验组；

步骤三，检测各根序的铬富集和迁移规律；

步骤四，两因素三水平的根系生长促进试验；

步骤五，将DDC处理后的香根草移栽至铬污染过的土壤上。

2.根据权利要求1所述的一种基于根序法的铬污染土壤的植物修复方法，其特征在于：为了保证移栽效果、分蘖空间以及修复效果，所述移栽的株距为3～10cm，优选为5～7cm。

3.根据权利要求1所述的一种基于根序法的铬污染土壤的植物修复方法，其特征在于：向移栽了香根草的铬污染土壤上每平方米施用0.045～0.06kg含有钙镁磷的复合肥。

4.根据权利要求1所述的一种基于根序法的铬污染土壤的植物修复方法，其特征在于：在步骤一的种植中，设置三个实验组，分别为第一组、第二组和第三组，每组设置三个实验盆，每个实验盆中种植同一批次两株香根草分蘖苗，且三组实验组均放置于相同的实验环境。

5.根据权利要求1所述的一种基于根序法的铬污染土壤的植物修复方法，其特征在于：步骤二中的每组重铬酸钾溶液的浓度分别为0mg/kg、30mg/kg、50mg/kg，且每个处理三个重复。

6.根据权利要求1所述的一种基于根序法的铬污染土壤的植物修复方法，其特征在于：步骤四中的DDC浓度分别为0.5mmoL/L、1mmoL/L、2mmoL/L，水培容器为38cm*28cm*14cm的水培箱，并向三组水培箱中加入5L 1/2Hoagland’s营养液；水培体系同样设置0mg/kg、30mg/kg、50mg/kg三组铬浓度,每个水培箱种植12株香根草分蘖株；且每个处理三个重复。

7.根据权利要求1所述的一种基于根序法的铬污染土壤的植物修复方法，其特征在于：在三组实验组中种植铬累积植物香根草时，将泥土分为两层，上层为上泥土层，下层为下泥土层，上泥土层与下泥土层之间设有套设的第二竹篾框和第一竹篾框，第一竹篾框上部分位于泥土外部，香根草分蘖苗种植于第一竹篾框内的上泥土层里。