專利名稱：一種利用螯合劑促進(jìn)金盞菊積累重金屬鎘的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)法強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)，具體地說(shuō)是一種利用螯合劑促 進(jìn)金盞菊積累重金屬鎘的方法。
背景技術(shù)：
施用螯合劑或配位基誘導(dǎo)或強(qiáng)化植物超積累作用被稱為螯合誘導(dǎo)修復(fù)
技術(shù)，這種技術(shù)已被應(yīng)用于金屬污染土壤的植物修復(fù)或植物釆礦中[文獻(xiàn)1: Wu J , Hsu F C ， Cunningham S D. 1999. Chelate-assisted Pb phytoextraction : Pb availability , uptake , and translocation constraints. Environmental Science and Technology, 33: 1898—1904; 文獻(xiàn)2: R加kens P， Bouwman L， Japenga J， et al. 2002. Potentials and drawbacksofchelate-enhancedphytoremediationof soils. Environmental Pollution, 116: 109 121;文獻(xiàn)3: Satos F S, Hern d ndez—Allica J , Becerril J M， et al. 2006. Chelate—induced phytoremediation of metal polluted soils with 5rac/]iaria decii/wbe/is. Chemosphere， 65: 43-50]。螯合劑能夠打破重金屬一螯合劑復(fù)合體的吸持 強(qiáng)度，使平衡關(guān)系向著利于重金屬解吸的方向發(fā)展，從而在達(dá)到平衡之前， 大量重金屬進(jìn)入土壤溶液，合成螯合物或有機(jī)酸能夠促進(jìn)重金屬的吸收， 增加了植物修復(fù)效率。污染土壤中重金屬形態(tài)可能存在水溶態(tài)、交換態(tài)、 碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)等6種。大多數(shù) 植物可吸收的重金屬包括土壤溶液中的水溶態(tài)、弱交換態(tài)及小部分碳酸鹽 態(tài)，而大部分與土壤固相牢固結(jié)合的重金屬則很難被吸收。 螯合誘導(dǎo)技術(shù)的基本原理是擾動(dòng)污染物在土壤液相濃度和固相濃度之間的 平衡[文獻(xiàn)4:駱永明.2000.強(qiáng)化植物修復(fù)的螯合誘導(dǎo)技術(shù)及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn). 土壤，(2): 57-611。螯合作用具體是指，將一種配位基(L' -)加入土壤體 系，因與配位基的螯合作用(按l : l螯合反應(yīng))游離金屬離子(Mn+)的活 度低Mn++Lm-^Ml'1—"'，由于離子價(jià)數(shù)的減少或符號(hào)的變化，土壤對(duì)金屬一配 位復(fù)合體的吸持強(qiáng)度大大降低，為維持游離金屬(M'1+)在溶液和固體顆粒 之間的平衡關(guān)系，金屬?gòu)耐寥李w粒表面解吸。這種螯合反應(yīng)的形成常數(shù)(亦 稱為穩(wěn)定性常數(shù))可定為K產(chǎn){Mrm} / {Mll+} {Lm—},式中為該金屬、配位基和 金屬-配位體在溶液中的摩爾濃度。 一般而言，某種螯合劑與重金屬離子形 成的螯合物的穩(wěn)定常數(shù)越大，該種螯合劑活化對(duì)應(yīng)重金屬的能力越強(qiáng)，土 壤溶液中這種重金屬濃度也就越高，對(duì)于Cd, Cu, Pb， Zn而言， DTPA〉EDTA>HEDTA〉NTA;對(duì)同一配位基來(lái)說(shuō)，通常是Cu〉Pb〉Zn〉Cd?？梢?jiàn)，運(yùn)用螯合誘導(dǎo)技術(shù)強(qiáng)化植物提取修復(fù)的成功與否與螯合劑類型的選擇密切 相關(guān)。
常用的螯合劑大致可分為合成螯合劑和天然螯合劑。合成螯合劑包括 乙二胺四乙酸(EDTA )、 二乙基三胺五乙酸(DTPA )、羥乙基替乙二胺(HEDTA )、 乙二醇雙四乙酸(EGTA)、乙二胺二乙酸(EDDHA)、氨基三乙酸(NTA)和 環(huán)己垸二胺四乙酸(CDTA)等。天然螯合劑包括檸檬酸、丙二酸、組氨 酸、蘋果酸、乙酸以及其他類型天然有機(jī)物質(zhì)。螯合劑誘導(dǎo)植物修復(fù)的效 應(yīng)已被大量實(shí)踐所證實(shí)，其中，已有的試驗(yàn)結(jié)果顯示，DTPA和EDTA在增加 植物吸收Pb量方面最有效[文獻(xiàn)5: GrcmanH, Velikonja-Bolta S, Vodnik D， et al. 2001. EDTA enhanced heavy metal phytoextraction: metal accumulation, leaching and toxicity. Plant and Soi1, 235: 105-114]， 而EGTA則對(duì)Cd最有效[文獻(xiàn)6: Blaylock M J, Salt D E, Dushenkov S, et al. 1997. Enhanced accumulation of Pb in Indian mustard by soil-applied chelating agents. Environmental Science and Technology, 31: 860-865]。施加螯合劑不但提高了某些植物對(duì)重金屬的 吸收，更重要的是促進(jìn)了重金屬在地上部分的富集，這對(duì)植物修復(fù)是非常 重要的，因?yàn)橹参镄迯?fù)主要是通過(guò)收割地上部分來(lái)完成的。螯合劑的主要 作用體現(xiàn)在(1)增加土壤中重金屬的溶解度；(2)提高了重金屬根際擴(kuò) 散能力；(3)促進(jìn)重金屬自根系向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)[文獻(xiàn)7: McGrath S P, Zhao F J， Lombi E. 2001. Plant and rhizosphere processes involved in phytoremediation of metal-contaminated soils. Plant and soil, 232: 207-214]。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供 一種利用螯合劑促進(jìn)金盞菊積累重金屬鎘的方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明釆用的技術(shù)方案如下 在每千克受鎘污染土壤中施加0. 5-2. Ommol螯合劑，而后種植金盞菊，
從而實(shí)現(xiàn)將土壤中過(guò)量鎘積累到金盞菊的目的，其中螯合劑為乙二醇雙四 乙酸(EGTA)。
所述乙二醇雙四乙酸以固體形式和鎘 一起施加到土壤中。所述在鎘污 染土壤中種植金盞菊是釆用室外栽培，將幼苗期的金盞菊移植到含有乙二 醇雙四乙酸和鎘的污染土壤中，定期澆水，使土壤含水量保持在田間持水 量的75-85%。在鎘污染土壤上種植金盞菊后，金蓋菊從污染土壤中吸收鎘 并向地上部轉(zhuǎn)移，當(dāng)金盞菊生長(zhǎng)至成熟期時(shí)，將植物從污染土壤上移除， 再種植第二茬金盞菊，重復(fù)上述操作，使土壤中過(guò)量鎘積累到金蘯菊，直 至土壤中的鎘含量達(dá)到環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)
釆用本發(fā)明積累重金屬鎘的方法不但能夠促進(jìn)金盞菊的生長(zhǎng)，使地上提高了地上部積累Cd的濃度，從而金盞菊地上部 積累Cd的總量也顯著增加，有效地強(qiáng)化了金盞菊修復(fù)Cd污染土壤的效率。 本發(fā)明為原位修復(fù)污染土壤技術(shù)，不破壞場(chǎng)地，對(duì)土壤的擾動(dòng)小，耗資較 少，技術(shù)操作比較簡(jiǎn)單，容易在大范圍內(nèi)實(shí)施。金盞菊花朵鮮黃，葉片翠 綠，十分醒目，可擺放在公園、車站等公共場(chǎng)所，在陽(yáng)光的照射下金光閃 閃，能夠在治理Cd污染土壤的同時(shí)美化環(huán)境，易于為社會(huì)接受。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例對(duì)金盞菊的盆栽實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)條件
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)30 mg kg—1 Cd污染土壤(土壤1)和100 mg kg—1 Cd污染土壤 (土壤2)， 二者分別設(shè)有Cd單一處理和Cd+EGTA復(fù)合處理，即土壤1: 30 mg kg-1 Cd和30 mg kg—1 Cd + 1. 0 mmol kg-1 EGTA; 土壤2: 100 mg kg—1 Cd和100 mg kg-1 Cd + 1.0 mmol kg—1 EGTA;其中，實(shí)驗(yàn)投加的Cd形態(tài)為 CdCl2-2. 5H20,為分析純?cè)噭?。?shí)驗(yàn)用土壤釆自中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)生態(tài)站(地 理位置為東經(jīng)123。 41'、北緯41° 31')休耕地(為無(wú)污染區(qū))表土(0-20cm), 土壤類型為草甸棕壤，土壤理化性質(zhì)為pH值6. 59,有機(jī)質(zhì)1. 19%， 總氮O. 85 g kg、有效磷8. 96 mg kg-1,有效鉀95. 21 mg kg-'。
2006年4月，將供試土壤風(fēng)干并過(guò)4. O隱篩后，按照濃度設(shè)計(jì)與相應(yīng) 量的試劑混合，裝入塑料盆(O=20cm, H=15cm)中，每盆2. 5kg,平衡一 個(gè)月待用。同時(shí)，進(jìn)行花丼的育苗，具體方法為將花卉種子置于預(yù)裝沙 土的育苗盒中，沙/土l: 3,待幼苗長(zhǎng)出5~6片葉子后移栽到上述處理土 中。選擇生長(zhǎng)一致的幼苗分別移栽入各處理的盆中。根據(jù)植株大小，每盆 各栽3棵苗，各重復(fù)間栽入的苗數(shù)一致。
盆栽實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)生態(tài)所露天網(wǎng)室內(nèi)，該場(chǎng)地在沈陽(yáng) 巿中心，海拔約50m，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地周圍沒(méi)有污染源，是重金屬未污染區(qū)，屬溫 帶半濕潤(rùn)大陸性氣候。根據(jù)盆中土壤水份情況，不定期澆自來(lái)水(水中未 檢測(cè)出Cd)，使土壤含水量經(jīng)常保持在田間持水量的75~85%。植物在Cd 污染土壤中生長(zhǎng)4個(gè)月后收獲植株。
樣品分析和數(shù)據(jù)分析
將收獲的植物樣分成根、莖、葉和籽實(shí)4部分，用自來(lái)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， 于105。C下殺青20min,然后在7(TC下烘至恒重。烘干后的植物樣品粉碎備 用。土壤樣品風(fēng)干后過(guò)100目篩備用。植物及土壤樣品均釆用HN03-HC104 法消化(二者體積比為l: 3)。原子吸收分光光度計(jì)法測(cè)定植物及土壤樣中 的重金屬含量，原子吸收分光光度計(jì)為日立180-80型，其Cd的波長(zhǎng)為 228. 8腿。所得數(shù)據(jù)釆用Excel XP及DPS進(jìn)行處理，所列結(jié)果為平均值士 標(biāo)準(zhǔn)偏差。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
5在整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中，盡管土壤中的重金屬Cd濃度達(dá)到了 100 mg kg-S 金盞菊沒(méi)有表現(xiàn)出任何的受毒害癥狀，說(shuō)明金盞菊對(duì)Cd具有很強(qiáng)的耐性。 尤其是，EGTA的加入使金盞菊的地上部干重與Cd單一處理時(shí)相比有所增力口, 如表1所示，對(duì)于Cd濃度較低和較高的土壤l和土壤2，地上部干重分別 增加48. 1%和15. 7%?？梢?jiàn)，無(wú)論對(duì)于較低還是較高濃度的Cd污染土壤， 螯合劑EGTA的使用可促進(jìn)花弁植物金盞菊的生長(zhǎng)。
表l各處理?xiàng)l件下金盞菊的地上部干重/g盆—1
處理土壤l土壤2
Cd8. 76 ± 0. 787. 21 ± 0. 69
Cd+EGTA12. 97 ± 1, 568. 34 ± 0. 87
如表2所示，EGTA的加入使金盔菊的地上部Cd濃度與Cd單一處理時(shí) 相比增加，尤其對(duì)于土壤2，復(fù)合處理的地上部Cd濃度是單一處理的2. 96 倍。可見(jiàn)，無(wú)論對(duì)于較低還是較高濃度的Cd污染土壤，螯合劑EGTA的使 用對(duì)于提高花丼植物金盞菊體內(nèi)的重金屬Cd濃度也是有效的。
將對(duì)重金屬有耐性的花井植物用于植物修復(fù)的最終目的是希望其在美 化環(huán)境的同時(shí)，在收獲時(shí)其地上部能夠積累盡可能多的重金屬，因?yàn)榈厣?部是較容易收獲和處理的部位，因此，考察植物地上部所能積累的重金屬 總量對(duì)于評(píng)價(jià)其修復(fù)重金屬污染土壤的效率是必要的。如表3所示，對(duì)于 土壤1和土壤2,復(fù)合處理的地上部Cd總量分別是單一處理的1. 73倍和 3.69倍，所以，螯合劑EGTA的使用能夠提高金盞菊地上部積累Cd總量， 尤其對(duì)于Cd污染濃度較高的土壤更是如此。
表2各處理?xiàng)l件下金益菊的地上部Cd濃度/mg kg—
處理土壤l土壤2
Cd96. 36 ± 8. 56293. 15 ±26,42
Cd+EGTA112. 13±10, 02868. 39 ± 34. 66
表3各處理?xiàng)l件下金盞菊的地上部Cd總量/mg盆—'
處理土壤l土壤2
Cd0.84 ±0.071. 96 ± 0. 21
Cd+EGTA1. 45 ± 0. 137. 24 ± 0. 82
實(shí)施例2
與實(shí)施例l不同之處在于:
在每千克受鎘污染土壤中施加0.5 mmol的EGTA,而后種植金盞菊，從 而實(shí)現(xiàn)將土壤中過(guò)量鎘積累到金盡菊的目的。 實(shí)施例3
與實(shí)施例l不同之處在于
在每千克受鎘污染土壤中施加2mmo1的EGTA,而后種植金盞菊，從而實(shí) 現(xiàn)將土壤中過(guò)量鎘積累到金蓋菊的目的。
權(quán)利要求
1. 一種利用螯合劑促進(jìn)金盞菊積累重金屬鎘的方法，其特征在于在每千克受鎘污染土壤中施加0.5mmol-2螯合劑，而后種植金盞菊，從而實(shí)現(xiàn)將土壤中過(guò)量鎘積累到金盞菊的目的，其中螯合劑為乙二醇雙四乙酸。
2. 按權(quán)利要求1所述的利用螯合劑促進(jìn)金盞菊積累重金屬鎘的方法，其 特征在于所述乙二醇雙四乙酸以固體形式和鎘一起施加到土壤中。
3. 按權(quán)利要求1所述的利用螯合劑促進(jìn)金盞菊積累重金屬鎘的方法，其 特征在于所述在鎘污染土壤中種植金盞菊是釆用室外栽培，將幼苗期的 金盞菊移植到含有乙二醇雙四乙酸和鎘的污染土壤中，定期澆水，使土壤 含水量保持在田間持水量的75-85%。
4. 按權(quán)利要求1所述的利用螯合劑促進(jìn)金盞菊積累重金屬鎘的方法，其 特征在于:在鎘污染土壤上種植金盞菊后，金盞菊從污染土壤中吸收鎘并向 地上部轉(zhuǎn)移，當(dāng)金盞菊生長(zhǎng)至開(kāi)花期時(shí)，將植物從污染土壤上移除，再種 植第二茬金盞菊，重復(fù)上述操作，使土壤中過(guò)量鎘積累到金蓋菊，直至土 壤中的鎘含量達(dá)到環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及化學(xué)法強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)，具體地說(shuō)是一種利用螯合劑促進(jìn)金盞菊積累重金屬鎘的方法。具體為在每千克受鎘污染土壤中施加0.5-2mmol螯合劑，而后種植金盞菊，從而實(shí)現(xiàn)將土壤中過(guò)量鎘積累到金盞菊的目的，其中螯合劑為乙二醇雙四乙酸。采用本發(fā)明積累重金屬鎘的方法不但能夠促進(jìn)金盞菊的生長(zhǎng)，而且提高了地上部積累Cd的濃度，從而金盞菊地上部積累Cd的總量也顯著增加，有效地強(qiáng)化了金盞菊修復(fù)Cd污染土壤的效率，在治理Cd污染土壤的同時(shí)又美化了環(huán)境。
文檔編號(hào)B09C1/10GK101497078SQ200810010350
公開(kāi)日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2008年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月3日
發(fā)明者任麗萍, 劉家女, 周啟星 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所