專利名稱：：一種降低共存作物鉛積累的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及污染環(huán)境的植物修復(fù)技術(shù)，具體地說，是利用一種豆科植物雞眼草(A7/順e/ww'asz^'ataSchindl.)降低農(nóng)作物吸收積累鉛以達(dá)農(nóng)作物安全生產(chǎn)的方法。
背景技術(shù)：
：利用植物吸收、轉(zhuǎn)化、固定和活化土壤重金屬的特點(diǎn)而發(fā)展起來的植物修復(fù)技術(shù)一直是土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究的重要方面。從植物修復(fù)的角度，己發(fā)展建立起來的植物修復(fù)技術(shù)主要有根部過濾技術(shù)、植物萃取技術(shù)、植物穩(wěn)定技術(shù)和植物揮發(fā)技術(shù)。其中利用超量積累植物超量吸收萃取土壤重金屬元素技術(shù)，人們尤為關(guān)注。自1977年Brooks提出了超積累植物的概念，1983年Chaney提出了利用超積累植物消除土壤重金屬污染的思想以來，各國科學(xué)家都在努力尋找和利用超積累植物來修復(fù)土壤污染的途徑，已有許多研究成功地在重金屬污染的土壤上，通過連續(xù)種植幾茬超富集植物，去除土壤中的(有毒)重金屬(WeiandZhou，2006;Lazaro"s丄，2006;GarbisuandAlkorta，2001)。但在許多情況下，超積累植物因其生長緩慢，生物量低，在短期內(nèi)修復(fù)的效果不很理想，因而發(fā)展降低重金屬在農(nóng)作物可食部分積累的生物學(xué)控制技術(shù)，利用與超積累植物相反的對重金屬排異的植物(低積累植物)或建立降低作物吸收和積累土壤重金屬的種植體系，在污染的土壤上作物產(chǎn)品安全的生產(chǎn)的模式日益受到到重視(Andrei"a丄，2003;Khan，2005;AraoandIshikawa:2006;Wuetal.，2007)，尤其是對于大面積低、中度污染的農(nóng)田，如果無法有效地在短時(shí)間內(nèi)將重金屬從土壤中移走，通過挖掘作物自身的遺傳潛力，選擇對污染物低吸收、低積累的作物品種和發(fā)揮植物之間的相互作用對污染物的過濾和屏蔽作用，將是建立作物產(chǎn)品安全生產(chǎn)體系的重要途徑(朱永官等，2006)。研究證明，不同作物(水稻、小麥、豌豆等)或同一作物不同基因型重金屬在可食部分中積累存在明顯差異(AraoandIshikawa，2006)。不同類群的植物，其根系分泌物及土壤微生物所構(gòu)成的根際環(huán)境影響著土壤重金屬的形態(tài)、活性和生物有效性。如有些植物通過分泌磷酸鹽與鉛結(jié)合成難溶的磷酸鉛，使鉛固化而降低鉛的毒性(Yangetal.，2000;);Cr"具有較高的毒性，而Cr3+非常難溶，基本沒有毒性，有些植物能使C,轉(zhuǎn)變?yōu)镃r3+，使其鈍化(趙志強(qiáng)和牛軍峰，2000);有些植物根系分泌的粘膠狀物質(zhì)與鉛(Pb)、Cu和Cd等金屬離子競爭性結(jié)合，使其在植物根外沉淀下來，并降低其在土壤中的遷移性(常學(xué)秀等，2003)。一些植物根分泌物則可提高金屬離子的活性(Krishnamurtietal.,1997;Cieslinskietal.，1998)，從而利于植物的吸收積累。農(nóng)業(yè)土壤上如何根據(jù)上述不同植物功能類群的特點(diǎn)，構(gòu)建基于植物多樣性的種植體系以降低作物吸收和積累土壤重金屬或提高非食用作物吸收土壤重金屬日益受到關(guān)注(Whitingetal.，2001;PrasadandFreitas,2003;Wuetal.，2007)。如已有研究表明，植物種間相互作用對植物吸收重金屬鎘和鉛產(chǎn)生明顯影響(黃益宗等，2006;吳華杰等，2001);在鋅污染土壤上，當(dāng)鋅超累積植物71.cae/Y/7esce/7s和非超累積植物7\ar^/se共同種植時(shí)，非超累積植物7.ajve/7se體內(nèi)鋅濃度降低，鋅毒得到有效緩解(Whitingetal.，2001);杉木與茶樹間作，茶樹葉片Pb、Mn、Cu、Zn含量均顯著低于單種茶園(薛建輝和費(fèi)穎新，2006)。從國內(nèi)外土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)的專利授權(quán)情況看，目前授予的專利主要有利用某一超積累植物(如堇菜、茄科植物、十字花科植物等)的修復(fù)技術(shù)、修復(fù)植物的種植方法、提高修復(fù)植物效率的技術(shù)(如加入螯合劑等)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種降低共存作物鉛積累的方法，通過以下步驟實(shí)現(xiàn)-(1)在含鉛污染的土壤上，將直稈禾谷類作物的種子與野生豆科植物配合種植，配合種植的種子比例是直稈禾谷類作物野生豆科植物為l:1，種植方法為錯(cuò)位間隔種植，保證每株直稈禾谷類作物四周共圍種有4株指定的野生豆科植物，每株野生豆科植物周圍則同樣圍種有4株直稈禾谷類作物；(2)不定期澆灌自來水(水中未檢出鉛)或者其他無鉛灌溉用水，使土壤含水量保持在80%左右；(3)當(dāng)栽培的禾谷類高桿作物成熟收獲時(shí)同時(shí)收獲野生豆科植物植株，也即將野生豆科植物整體從土壤中移出。其中步驟(1)中，直稈作物種子還可以種子和菌根真菌接種體混播的方式，將菌根真菌接種體同時(shí)接入，以增加野生豆科植物固定鉛的能力。選用的菌根真菌接種體可以是5種泡囊狀叢枝菌根真菌(AMF)混合接種體，這5種真菌均為內(nèi)囊球菌屬叢枝菌根真菌(Gfom"s)，分別是摩西球囊菌(G7owwmo^eae,BGC501,XJ-01)，地表球囊菌(G7cwwsver"/wme，BGC504，BJ08)，透光球囊菌(G/omws必^/wm/m，BGC506,SC05)，地球囊菌(G/omwsgeaspon<m，BGC507,GZ01)和幼套球囊菌(G/omi^dw"/camw,BGC505,TW01),可以從中國叢枝菌根真菌種質(zhì)資源庫(BGC)及其他官方認(rèn)證的菌種保藏部門獲得，也可以通過野外自然群落分離獲得?；旌媳壤秊閘:1:1:1:1。直稈作物包括玉米等。野生豆科植物包括雞眼草等。本發(fā)明方法通過野生豆科植物龐大的根系將鉛固定于其根系和植株體內(nèi)，降低根際鉛的活性和濃度，降低進(jìn)入和運(yùn)轉(zhuǎn)到直稈作物籽實(shí)的鉛。將直稈作物與野生豆科植物雞眼草同時(shí)混播，雞眼草匍匐生長，不與直稈作物競爭空間，同時(shí)雞眼草為固氮植物，可為作物提供氮素營養(yǎng)。收獲時(shí)將野生豆科植物整體從土壤中移出，從而達(dá)到在鉛污染的土壤上作物產(chǎn)品安全又逐步去除重金屬鉛的目的。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，費(fèi)用低廉、操作性強(qiáng)，可應(yīng)用于去除鉛污染土壤中作物含有的金屬鉛。具體實(shí)施例方式本發(fā)明結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例1:雞眼草在鉛污染土壤積累鉛的特性試驗(yàn)于2004年和2005年進(jìn)行。本試驗(yàn)為模擬小區(qū)試驗(yàn)，分兩年完成，小區(qū)模擬是用規(guī)格為46cmX35cmX23cm的中宇宙系統(tǒng)，每個(gè)裝土32kg。供試土壤來自浙江省常山縣胡柚果園(28。54'N，118°30'E)，為第四紀(jì)紅色粘土母質(zhì)發(fā)育成的紅壤。土壤pH4.59(CaCl2).土壤有機(jī)質(zhì)含量為34.39g.kg—1，速效氮為28.08mg.kg—1，速效磷為8.99mg.kg—1，速效鉀為108.23mg.kg—1,土壤本底鉛濃度為23.27mg.kg—、試驗(yàn)設(shè)3水平鉛濃度處理，分別在原土壤的基礎(chǔ)之上加入濃度為0mg.kg—\300mg.kg—'和600mg.kg—i的鉛，每個(gè)處理4個(gè)重復(fù)。(土壤實(shí)際鉛濃度以取樣測定結(jié)果為準(zhǔn))，鉛以溶液態(tài)加(Pb(CH3C00)23H20).2(分析純)于土壤中拌勻，平衡兩周后待用。于每年3月20日將雞眼草種子播種于各處理土壤，露天栽培，無遮雨設(shè)施，根據(jù)土壤濕度情況，不定期澆灌自來水(水中未檢出Pb)，使土壤含水量保持在80%左右，植株與U月中旬收獲。兩年的試驗(yàn)結(jié)果表明(表1)，雞眼草在土壤鉛濃度為300mg.kg^和600mg.kg"的情況下生長受到一定影響，生物量降低。鉛主要積累分布在雞眼草的根系。說明雞眼草的根系可將根際土壤中鉛固定。表1不同鉛濃度土壤下雞眼草的生物量和植株鉛濃度觀測雞眼草的生長表現(xiàn)與鉛積累情況<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例2:雞眼草與玉米混種試驗(yàn)試驗(yàn)于2005年進(jìn)行。本試驗(yàn)為模擬小區(qū)試驗(yàn)，小區(qū)模擬是用規(guī)格為46cmx35cmx23cm的中宇宙系統(tǒng)，每個(gè)裝土32kg。供試土壤來自浙江省常山縣胡柚果園(28。54W,118。30E)，為第四紀(jì)紅色粘土母質(zhì)發(fā)育成的紅壤。土壤pH4.59(CaCl2).土壤有機(jī)質(zhì)含量為34.39g.kg"，有效氮為28.08mg.kg—、有效磷為8.99mg.kg"，有效鉀為108.23mg.kg"，土壤本底鉛濃度為23.27mg.kg-1o試驗(yàn)設(shè)3水平鉛濃度處理，分別在原土壤的基礎(chǔ)之上加入濃度為0mg.kg"、300mg.kg-^n600mg.kg"的鉛，每個(gè)處理4個(gè)重復(fù)。(土壤實(shí)際鉛濃度以取樣測定結(jié)果為準(zhǔn))。鉛以溶液態(tài)加(Pb(CH3COO)2'3H20).2(分析純)于土壤中拌勻，平衡兩周后待用。將玉米和雞眼草分單種和兩者等比例配合間隔種植，混合種植的比例是玉米雞眼草為l:1。于每年4月20日將兩種植物種子按照等比例配合播種于各處理土壤，間隔等距交叉播種，保證每株玉米植株四周方位均有1株雞眼草，同樣，每株雞眼草四周方位均有1株玉米。露天栽培，無遮雨設(shè)施，根據(jù)土壤濕度情況，不定期澆灌自來水(水中未檢出Pb)，使土壤含水量保持在80%左右，玉米成熟時(shí)同時(shí)收獲玉米和雞眼草植株。雞眼草與玉米間隔燈具配合種植的栽培技術(shù)同作物常規(guī)的技術(shù)(水分、肥料管理等)，無特殊要求。試驗(yàn)結(jié)果表明，對于雞眼草來說(表2)，由于玉米和雞眼草之間的互惠效應(yīng)，配合種植下的雞眼草生物量均比單作情況下生物量高(隨著鉛污染程度的加重，雞眼草總生物量有所下降)，而雞眼草植株鉛濃度更是以配合種植情況下較高，重度鉛污染土壤中雞眼草對鉛的富集效應(yīng)更加明顯。對于玉米來說(表3)，與玉米單獨(dú)種植相比，玉米與雞眼草配合種植時(shí)，不同鉛污染條件下其植株各部分鉛的濃度均顯著降低，尤其是玉米籽粒中鉛的濃度因雞眼草的富集作用而降低得更明顯。無鉛添加對照土壤中，配合種植玉米子粒中鉛濃度為其單作時(shí)子粒鉛濃度的14.38%;中等鉛污染時(shí)，配合種植的玉米子粒鉛含量只有其同等污染程度條件下單作時(shí)子粒鉛濃度的23.44%;重度鉛污染時(shí)配合種植的玉米子粒鉛含量只有單作子粒鉛含量的13.20%。可見，通過將雞眼草與玉米混作，可顯著降低玉米籽粒對鉛的積累。表2鉛污染程度不同的土壤中雞眼草在單作和配合種植時(shí)植株生物量及鉛濃度<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表3鉛污染程度不同的土壤中玉米在單作和配合種植時(shí)植株生物量及鉛濃度<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例3:菌根真菌接種雞眼草試驗(yàn)試驗(yàn)于2006年進(jìn)行。本試驗(yàn)為模擬小區(qū)試驗(yàn)，小區(qū)模擬是用規(guī)格為46cmx35cmx23cm的中宇宙系統(tǒng)，每個(gè)裝土32kg。供試土壤來自浙江省常山縣胡柚果園(28。54TST,118。30'E)，為第四紀(jì)紅色粘土母質(zhì)發(fā)育成的紅壤。土壤pH4.59(CaCl2).土壤有機(jī)質(zhì)含量為34.39g.kg"，有效氮為28.08mg.kg"，有效磷為8.99mg.kg"，有效鉀為108.23mg.kg"，土壤本底鉛濃度為23.27mg.kg-1。試驗(yàn)設(shè)3水平鉛濃度處理，分別在原土壤的基礎(chǔ)之上加入濃度為0mg.kg—、300mg.kg-^tl600mg.kg"的鉛，每個(gè)處理4個(gè)重復(fù)。(土壤實(shí)際鉛濃度以取樣測定結(jié)果為準(zhǔn))，鉛以溶液態(tài)加(Pb(CH3COO)2'3H20).2(分析純)于土壤中拌勻，平衡兩周后待用。試驗(yàn)設(shè)不接種AMF和接種AMF處理，每個(gè)處理4個(gè)重復(fù)。于每年3月20日將雞眼草種子和AMF接種體混合播種于各處理土壤，雞眼草播種密度為15kg/公頃，接種體重量配比也為15kg/公頃，接種體總孢子密度大約為6000-10000個(gè)/kg基質(zhì)。露天栽培，無遮雨設(shè)施，根據(jù)土壤濕度情況，不定期澆灌自來水(水中未檢出Pb)，使土壤含水量保持在80%左右，植株與11月中旬收獲。AMF接種體包括G7o薩附。5^eoe(BGC501，XJ-01),G7cwwjvera^rwe(BGC504,BJ08)，G7o,s血p/7朋wm(BGC506,SC05),G7cwwsgmspor"m(BGC507，GZ01)和G/oww"wm.c^ww(BGC505,TW01)。試驗(yàn)表明，與不接種AMF的處理相比，接種AMF的處理，雞眼草根系固定的鉛濃度明顯提高，在3種鉛添加濃度處下均表現(xiàn)出相似的趨勢。表4接種AMF和不接種AMF情況下雞眼草對鉛的積累<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1.一種降低共存作物鉛積累的方法，其特征是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)(1)在含鉛污染的土壤上，將直稈禾谷類作物的種子與野生豆科植物配合種植，配合種植的比例是直稈禾谷作物∶野生豆科植物為1∶1；(2)不定期澆灌水，使土壤含水量保持在70-90％；(3)直稈禾谷作物成熟收獲時(shí)同時(shí)收獲野生豆科植物植株。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種降低共存作物鉛積累的方法，其特征是其中步驟(1)中直稈禾谷類作物的種子與野生豆科植物配合種植方法為錯(cuò)位間隔種植。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種降低共存作物鉛積累的方法，其特征是所述步驟(1)中的配合種植方式采用直稈禾谷類作物種子以種子和菌根真菌接種體混播的方式，將菌根真菌接種體同時(shí)接入，選用的菌根真菌接種體是5種泡囊狀叢枝菌根真菌混合接種體。14.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種降低共存作物鉛積累的方法，其特征是所述的菌根真菌混合接種體為內(nèi)囊球菌屬叢枝菌根真菌，選用摩西球囊菌、地表球囊菌、透光球囊菌、地球囊菌和幼套球囊菌，混合比例為l:1:1:1:1。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低共存作物鉛積累的方法，其特征是-步驟(2)用于澆灌的水選用水中未檢出鉛的自來水或其他無鉛灌溉用水。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低共存作物鉛積累的方法，其特征是步驟(3)所述的同時(shí)收獲雞眼草植株是將野生豆科植物植株整體從土壤中移出。全文摘要本發(fā)明提供一種降低共存作物鉛積累的方法，是在含鉛污染的土壤上，將直稈禾谷類作物的種子與野生豆科植物配合種植，不定期澆水，使土壤含水量保持在80％左右，當(dāng)栽培的禾谷類高桿作物成熟收獲時(shí)同時(shí)收獲野生豆科植物植株，也即將野生豆科植物整體從土壤中移出，從而達(dá)到在鉛污染的土壤上作物產(chǎn)品安全又逐步去除重金屬鉛的目的。本發(fā)明通過野生豆科植物龐大的根系將鉛固定于其根系和植株體內(nèi)，降低根際鉛的活性和濃度，降低進(jìn)入和運(yùn)轉(zhuǎn)到直稈作物籽實(shí)的鉛。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，費(fèi)用低廉、操作性強(qiáng)，可應(yīng)用于去除鉛污染土壤中作物含有的金屬鉛。文檔編號B09C1/00GK101185937SQ20071015644公開日2008年5月28日申請日期2007年10月30日優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日發(fā)明者唐建軍,楊如意,欣陳申請人:浙江大學(xué)