專利名稱：一種利用萬壽菊修復(fù)治理鎘污染土壤的方法
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)，具體地說是一種利用鎘富集花丼植物萬壽菊修復(fù)鎘污染土壤的方法。
背景技術(shù)：
由于工業(yè)"三廢"的任意排放和不合理的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，導(dǎo)致我國土壤環(huán)境
中的鎘污染日趨嚴重。據(jù)統(tǒng)計，我國農(nóng)田Cd污染面積1980年為9333ha, 1989年為13333ha,在各類Cd污染農(nóng)田中有5-10%的面積嚴重減產(chǎn)[文獻]:王凱榮.我國農(nóng)田鎘污染現(xiàn)狀及其治理利用對策.農(nóng)業(yè)環(huán)境保護,1997,16:274-278.]。而2001年農(nóng)業(yè)部對全國24個省巿320個重點污染區(qū)548萬ha農(nóng)田的調(diào)查結(jié)果表明，全國污染區(qū)大田類產(chǎn)品中污染物超標面積占污染區(qū)農(nóng)田總面積的20%;其中，重金屬是土壤與農(nóng)產(chǎn)品中的主要污染物，占污染物超標農(nóng)產(chǎn)品總面積和總產(chǎn)量的80%,而Cd污染農(nóng)產(chǎn)品超標面積達27.86萬ha[文獻2:中國社會科學(xué)院環(huán)境與發(fā)展研究中心.中國環(huán)境與發(fā)展評論:第l卷網(wǎng).北京浙會科學(xué)文獻出版社,2001:32.]。由此可見，我國土壤Cd污染不僅面積大，而且污染程度較重，已經(jīng)危及到我國生態(tài)和食品安全，治理任務(wù)已刻不容緩。
目前可用于治理土壤重金屬污染的技術(shù)很多，主要包括各種物理化學(xué)治理技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)。其中，物理化學(xué)治理技術(shù)主要是指一類基于機械物理和化學(xué)原理的工程技術(shù)，常見的有客土法、固化法、熱處理法、吸附固定法、化學(xué)淋洗法等。這些物理化學(xué)治理技術(shù)各有其優(yōu)點，在治理小范圍環(huán)境污染以及處理嚴重突發(fā)污染事故中作用較大，但是一般存在著技術(shù)難度大、花費高、工程量大以及易造成二次污染等問題，，難在面積大、程度輕的環(huán)境污染治理中推廣應(yīng)用。
在生物修復(fù)技術(shù)中，常用于治理土壤重金屬污染的方法主要是植物修復(fù)技術(shù)。植物修復(fù)(Phytoremediation)是指利用植物提取、吸收、分解、轉(zhuǎn)化或固定土壤中的有毒有害污染物[文獻3:王曉飛.花丼植物在污染土壤修復(fù)中的資源潛力分析.碩士論文，沈陽:中科院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所,2005.]。作為一種新興的原位綠色修復(fù)技術(shù)，植物修復(fù)具有費用低廉、不破壞環(huán)境、易于為人們所接受等優(yōu)點，已經(jīng)成為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域研究與應(yīng)用的熱點，并引起學(xué)術(shù)界、政府和企業(yè)界的高度重視。在植物修復(fù)技術(shù)的研究和實踐中，篩選出能夠大量累積重金屬的富集/超富集植物是開展工作的必要前提和基礎(chǔ)。然而，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的鎘富集/超富集植物還比較少，而具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的就更少；而已篩選出的鎘富集/超富集植物大多數(shù)是野生品種，地域適應(yīng)性差，加之在農(nóng)藝性狀、病蟲害防治、育種潛力以及生理學(xué)方面的研究不完備，嚴重影響其在實際修復(fù)中的應(yīng)用[文獻5: Ute K.Phytoremediation: novel approaches to cleaning up polluted soils. Current Opinion inBiotechnology, 2005,16:133-141.]。因此，尋找更多更為理想的富集/超富集植物仍然是當前植物修復(fù)研究的 一項重要任務(wù)。
花丼植物是人類利用歷史悠久的一大植物類群，包含40萬個以上的栽培品種，種質(zhì)資源極其豐富，而我國是世界上擁有花弁種類最為豐富的國度之一[文獻6:郭維明,毛龍生.觀賞園藝概論關(guān).北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2001.]。在花丼植物中篩選富集/超富集植物并用于植物修復(fù)的研究和實踐具有以下優(yōu)點(1)花冉植物種質(zhì)資源豐富，既有草本也有木本植物，為篩選工作奠定了堅實的基礎(chǔ)；(2)能夠在進行治理污染同時美化環(huán)境， 一舉兩得；(3)花井植物一般不會進入食物鏈，可減少對人體的危害；(4)很多花弁植物都有一定的經(jīng)濟價值，修復(fù)后植物材料可以作為原材料，以提高修復(fù)產(chǎn)出，降低修復(fù)成本；(5)人類在長期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，積累了豐富的花冉植物栽培管理經(jīng)驗，使得花丼植物的修復(fù)實踐有了充分的農(nóng)業(yè)技術(shù)保障[文獻7:劉家女,周啟星，孫挺,等.花弁植物應(yīng)用于污染土壤修復(fù)的可行性研究.應(yīng)用生態(tài)學(xué)瓶2006,18:1617-1623.]。因此，從花丼植物中篩選富集/超富集植物并用于植物修復(fù)實踐是完全可行的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用鎘富集花弁植物萬壽新7^eto wwto L.)修復(fù)治理鎘污染土壤的方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在著技術(shù)難度大、花費高、工程量大以及易造成二次污染等問題，不破壞土壤的理化性質(zhì)，且可以在治理污染土壤的同時美化環(huán)境，可以在大面積環(huán)境污染治理中推廣應(yīng)用。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為在鎘污染土壤上種植萬壽菊，由萬壽菊根系從污染土壤大量吸收鎘并向地上部轉(zhuǎn)移，收獲植株并將其妥善處理，然后再種植第二茬萬壽菊，重復(fù)上述搡作，就可持續(xù)吸收去除土壤中過量的鎘，經(jīng)過若干修復(fù)周期就可以達到清除土壤中的鎘污染的目的。本發(fā)明的具體實施步驟如下
(1) 將高6-8 cm或含4片展開真葉的萬壽菊幼苗移植到鎘污染土壤中；
(2) 為促進萬壽菊生長，提高其生物產(chǎn)量，可以根據(jù)待修復(fù)土壤肥力狀況施用氮肥；
(3) 在鎘污染土壤中種植的萬壽菊釆用露地栽培，不定期澆水，使土壤含水量經(jīng)常保持在田間持水量的60 - 80 %左右；
(4) 當萬壽菊長至開花或成熟期時，將植物從污染土壤上移除，再種植第二茬萬壽菊，重復(fù)上述搡作，直至土壤中的鎘含量達到環(huán)境安全標準。
收獲的萬壽菊可以作為觀賞花弁在巿場上出售，被千家萬戶購買而得以分散其中已經(jīng)積累的重金屬，達到生物量的無成本處理；也可以集中處理，或者安全填埋，或者進行資源化加工處理，可以避免二次污染，同時產(chǎn)生經(jīng)濟效益。
本發(fā)明所釆用的萬壽菊(r艱e^ ^ctoL.)為一年生草本花井，具有很好的觀賞和實用價值。其植物分類學(xué)特征如下菊科萬壽菊屬植物。莖粗壯，直立，具縱細條棱，高40—100cm,有分枝。葉羽狀分裂，裂片長橢圓形或披針形，邊緣具銳鋸齒，沿葉緣有少數(shù)腺體。頭狀花序單生，直徑5-10cm。舌狀花黃色或暗橙色等。痩果線形，基部縮小，黑色或褐色，被短微毛。用種子或扦插繁殖。
作為一種觀賞植物，萬壽菊在全世M地廣泛種植，對栽培土壤無嚴格要求，栽培管理容易。實驗中發(fā)現(xiàn)，它撒落在地上的種子在合適的溫、濕度條件中可自行生長，是一種適應(yīng)性很強的花卉。研究表明，萬壽菊是一種鎘富集植物，對土壤中的鎘具有較強的忍耐、吸收和累積能力。
除了作為一般的觀賞花卉以外，萬壽菊的花中含有多種色素類物質(zhì)，用其加工提取的色素產(chǎn)品.已被廣泛應(yīng)用于食品、化妝品、煙草、醫(yī)藥及飼料行業(yè)中；萬壽菊精油中含有多種生物活性物質(zhì)，可以用于殺蟲、抑菌、殺螨。因此種植萬壽菊不僅可以修復(fù)鎘污染土壤，具有重要的環(huán)境意義，還可以產(chǎn)生經(jīng)濟價值。
本發(fā)明的有益效果是
(1 )本發(fā)明通過種植鎘富集花卉萬壽菊來修復(fù)鎘污染土壤。該方法與傳統(tǒng)的污染土壤治理方法相比，具有投資少、工程量小、技術(shù)要求不高等優(yōu)點；而且作為一種綠色原位修復(fù)技術(shù)，所收獲植株進行集中處理，不會造成二次污染，同時修復(fù)進程不僅不會破壞土壤生態(tài)環(huán)境，還有助于改善因重金屬污染而引起的土壤 退化和生產(chǎn)力下降，恢復(fù)并提高其生物多樣性。
2、另外，作為一種觀賞花卉和經(jīng)濟植物，種植萬壽菊在治理環(huán)境鎘污染的同 時，可以起到美化環(huán)境的作用；修復(fù)后的植物材料資源化利用還可帶來一定的經(jīng) 濟效益。
具體實施例方式
實施例l
實驗地點設(shè)在中國科學(xué)院沈陽生態(tài)站內(nèi)，該站地處下遼河平原的中心地帶，
距沈陽巿區(qū)約35km，屬暖溫帶半濕潤大陸性氣候。實驗共設(shè)3個小區(qū)，鎘處理 濃度(mg/kg)分別為0、 10、 50,各小區(qū)的鎘都已投加了一年以上；實驗小區(qū) 面積為2m2(L=2m， W=lm)。 土壤類型為草甸棕壤，其基本理化性質(zhì)為pH值 6.60,有機質(zhì)重量含量1.55%,全N含量為1.08^kg,總Cd含量0.22mg/kg。2007 年5月初進行花丼育苗，將土壤、河沙、蛭石按照7: 2: 1的重量比例混勻裝入 穴盤中，點播萬壽菊種子，保持土壤濕潤。l個月后，苗高6-8cm，含4片真葉, 挑選長勢一致的萬壽菊幼苗移入小區(qū)中，每個小區(qū)種植8歹'j,每列8棵，共64 棵。釆用露天栽培方式，根據(jù)土壤水分豐缺狀況，不定期澆水(水中未檢出Cd), 使土壤含水量經(jīng)常保持在田間持水量的60-80%左右；為促進萬壽菊生長，按照 300kg/ha的用量每小區(qū)施入60g尿素。
植物生長60天后，于8月初收獲。將收獲樣品分為根、莖、葉和籽實4部分， 分別用自來水充分沖洗以去除粘附于植物樣品上的泥土和污物，然后再用去離子 水沖洗，瀝去水分，在85'C殺青1小時；然后在65'C下烘干至衡重，稱量干重后 粉碎備用。植物樣品釆用HNOrHC104法消化(二者體積比為3: 1)，用原子吸 收分光光度計測定其中的Cd含量。
實驗結(jié)果如下
表1給出了不同鎘濃度小區(qū)萬壽菊的鎘累積特征和生長情況。無論是在低鎘 處理的小區(qū)，還是在高鎘處理小區(qū)，萬壽菊地上部鎘含都高于土壤中的鎘含量， 即地上部富集系數(shù)大于l;在鎘濃度為50mg/kg的小區(qū)，萬壽菊地上部、根部鎘 平均含量分別為106.35、 132.14mg/kg，地上部鎘含量達到了鎘超富集植物的臨界 含量標準(Cdl00mg/kg),表現(xiàn)出很強的鎘富集能力，是一種鎘富集花冉植物。
按照測定的地上部干重折算，在CdlOmg/kg的污染水平下，萬壽菊的地上部干物質(zhì)產(chǎn)量可達8791kg/ha,從土壤中帶走的Cd為263g/ha;而當土壤鎘濃度為 50mg/kg時，萬壽菊的地上部干物質(zhì)產(chǎn)量為5488kg/ha,可以從土壤中帶走584g/ha 的Cd。由此可知，萬壽菊對于不同水平的鎘污染都有較大的修復(fù)潛力。 表1不同處理小區(qū)中萬壽菊對鎘的累積特征
處理濃度 (mg/kg)地上部 (mg/kg)根部 (mg/kg)地上部 富集系數(shù)地上部 干重fe/棵)
00.841.87一35.25
1029.9734.783.0127.47
50106.35132.142.1317.15
實施例2
在實施例1中鎘含量為50 mg/kg的小區(qū)上，于07年8月初第一批萬壽菊收 獲以后，立即移栽了第二茬萬壽菊幼苗。小區(qū)內(nèi)種植8列，每列8棵，共64棵。 釆用露天栽培方式，水分管理同實施例1;為促進萬壽菊生長，小區(qū)內(nèi)均勻撒施 40g尿素。植物生長60天后于07年10月上旬收獲植株，樣品處理同實施例l。
實驗結(jié)果為由于生長后期氣溫較低(日平均氣溫l(TC左右)，植物生長緩 慢且長勢較差，第二茬萬壽菊地上部平均干重為12.47g/棵，比第一茬有所下降； 但是其地上部和根部鎘含量并未有明顯下降，分別為94.19、 125.84 mg/kg。按 照測定的地上部干重折算，第二茬萬壽菊地上部干物質(zhì)產(chǎn)量為3990 kg/ha,可以 從土壤中帶走376g/ha的Cd。這表明，通過在鎘污染土壤上反復(fù)種植萬壽菊，可 以連續(xù)吸收去除土壤中過量的鎘，不斷降低土壤鎘含量，最終實現(xiàn)鎘污染土壤的 修復(fù)。
權(quán)利要求
1. 一種利用萬壽菊修復(fù)治理鎘污染土壤的方法，其特征在于在鎘污染土壤中種植植物，當植物生長至開花或成熟期時將植物整體移除，從而去除土壤中過量鎘，所述植物為萬壽菊。
2. 按權(quán)利要求l所述的利用萬壽菊修復(fù)治理鎘污染土壤的方法,其特征在于: 所述種植植物是將高6-8 cm或含4片展開真葉的萬壽菊幼苗移載到鎘污染土壤 中。
3. 按權(quán)利要求l所述的利用萬壽菊修復(fù)治理鎘污染土壤的方法,其特征在于: 根據(jù)待修復(fù)土壤肥力狀況，施用促進萬壽菊生長的氮肥。
4. 按權(quán)利要求1所述的利用萬壽菊修復(fù)治理鎘污染土壤的方法,其特征在于: 在鎘污染土壤中種植的萬壽菊采用露地栽培，不定期澆水，使土壤含水量經(jīng)常保 持在田間持水量的60 - 80%。
5. 按權(quán)利要求l所述的利用萬壽菊修復(fù)治理鎘污染土壤的方法,其特征在于 在鎘污染土壤中種植萬壽菊，萬壽菊從污染土壤中吸收鎘并向地上部轉(zhuǎn)移，當萬 壽菊長至開花或成熟期時，將植物從污染土壤上移除，再種植第二茬萬壽菊，重 復(fù)上述操作，直至土壤中的鎘含量達到環(huán)境安全標準。
全文摘要
本發(fā)明涉及污染環(huán)境的植物修復(fù)技術(shù)，具體地說是一種利用鎘富集花卉萬壽菊(Tagetes erecta L.)修復(fù)治理鎘污染土壤的方法。本發(fā)明利用鎘富集植物萬壽菊根系大量吸收富集污染土壤中的鎘，并向上轉(zhuǎn)運到地上部，當植株生長到開花或成熟期時將植物整體移除并妥善處理，從而從土壤中吸除大量的鎘；通過反復(fù)種植該種植物，重復(fù)上述過程，就可以連續(xù)提取污染土壤中過量的鎘，直到其鎘含量達到環(huán)境安全標準。該方法具有工程量小，不破壞土壤的理化性質(zhì)，無二次污染，且可以在治理污染土壤的同時美化環(huán)境等優(yōu)點。
文檔編號B09C1/00GK101456029SQ20071015892
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者于志國, 睿 劉, 周啟星, 林 王 申請人:中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所