專利名稱：：利用鉛低積累大白菜秋傲在鉛污染土壤安全生產(chǎn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及污染環(huán)境的蔬菜安全生產(chǎn)技術(shù)，具體地說是一種利用大白菜排異機理在鉛污染土壤上安全生產(chǎn)的方法。
背景技術(shù)：
：鉛(Pb)已成為當(dāng)前環(huán)境中最為普遍的重金屬污染物之一。人類的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，例如采礦、冶煉、焚燒、使用含鉛汽油、顏料以及化肥和殺蟲劑等，都是鉛污染的主要來源(文獻l:周啟星.污染土壤修復(fù)的技術(shù)再造與展望[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2002,3(8):3640.)。一些工業(yè)城市郊區(qū)農(nóng)田土壤鉛含量高于背景值100多倍，生產(chǎn)的稻米鉛含量高于非污染區(qū)數(shù)十倍。據(jù)報道，沈陽地區(qū)土壤已經(jīng)受到了不同程度的重金屬污染，農(nóng)產(chǎn)品中主要超標(biāo)元素為鉛，沈陽郊區(qū)的白菜超標(biāo)率100%，超標(biāo)倍數(shù)3.9;且土壤中的重金屬Pb含量有明顯的逐年增加趨勢(文獻2:張勇.沈陽郊區(qū)及農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染的現(xiàn)狀評價[J].土壤通報，2001，32(4)182186)。人體攝入過量的鉛，會引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷，出現(xiàn)疲憊、頭痛、痙攣、精神障礙等。過量鉛可損傷骨髓造血系統(tǒng)，引起貧血，同時作用于心血管系統(tǒng)時引起動脈硬化、心肌損傷。被鉛污染的環(huán)境特別是土壤給植物，動物以及人類的健康帶來了相當(dāng)大的威脅。長期試驗表明妊娠期及幼兒期接觸較低劑量的Pb(血液Pb濃度為10-20ug/dl)，會對兒童的中樞神經(jīng)系統(tǒng)造成不可逆轉(zhuǎn)、不可治療及伴隨終身的損害，導(dǎo)致兒童智力下降，反應(yīng)慢及注意力不集中等，24個月大的幼兒血鉛含量偏高，到10周歲時仍表現(xiàn)智力缺陷；國際癌癥研究機構(gòu)(InternationalAgencyforResearchonCancer)將Pb列為對人類可能的致癌物質(zhì)(2B組)。當(dāng)前用于修復(fù)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)、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、冰凍法、化學(xué)淋洗法、螯合法和離子交換法等。這些物理、化學(xué)治理技術(shù)各有其優(yōu)點，盡管在治理小范圍污染土壤以及處理嚴重突發(fā)污染事故中作用較大，治理周期短等，但是一般存在著價格昂貴、工程量較大以及易造成二次污染等問題，一般很難在面積大、程度輕的污染土壤修復(fù)治理中實際推廣應(yīng)用。與這些傳統(tǒng)的治理技術(shù)相比，植物修復(fù)作為一種新興的原位綠色修復(fù)技術(shù)，具有費用低廉、不破壞環(huán)境、易于為人們所接受等優(yōu)點，逐漸成為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用熱點[文獻3:周啟星，宋玉芳.污染土壤修復(fù)原理與方法[M]北京科學(xué)出版社，2004.]，但是植物修復(fù)也存在以下缺點超積累植物生物量較小且具有明顯的地域分布，修復(fù)周期過長，通常需要上百年，目前尚難以實際推廣(文獻4:劉維濤，張銀龍，陳喆敏，等.礦區(qū)綠化樹木對鉛和鋅的吸收與分布[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2008，19(4):752756)。鑒于我國實際國情，將大面積中輕度污染農(nóng)田停止農(nóng)作，進行長時間的植物修復(fù)或采用價格昂貴的工程技術(shù)手段修復(fù)顯然是不現(xiàn)實的。因此，利用排異和低積累土壤鉛等有害元素的農(nóng)作物品種，從而保證農(nóng)產(chǎn)品的安全生產(chǎn)是當(dāng)前最為有效和合理的途徑之一?！┲参锘蚱洳煌兎N可以在重金屬嚴重污染的土壤上正常生長，植物體內(nèi)特別是地上部含量很低，這些植物常常被稱作"排異植物"或"低積累植物"。當(dāng)前，有關(guān)金屬低積累植物的研究已經(jīng)引起有關(guān)方面日益高度的重視。而植物吸收和累積重金屬不僅存在顯著植物種間差異，同時存在顯著基因型(植物種內(nèi))差異。眾多研究結(jié)果表明水禾舀(0ryzasativaL.)、小麥(TriticumaestivumL.)、大麥(HordeumvulgareL.)、玉米(ZeamaysL.)和花生(ArachishypogaeaL.)等作物不同基因型積累與分布重金屬存在顯著差異，并篩選出了相應(yīng)的重金屬低積累基因型(文獻5:GrantCA，ClarkeJM，DuguidS，etal.Selectionandbreedingofplantcultivarstominimizecadmiumaccumulation[J].ScienceoftheTotalEnvironment,2008，390:301310)。盡管我國對于城郊菜地土壤和蔬菜重金屬污染已進行了較為廣泛的研究，但多側(cè)重于調(diào)查取樣分析或?qū)Σ煌卟酥亟饘傥崭患捌錂C制的初步研究，而對于同一蔬菜作物不同品種的重金屬吸收富集差異的研究還較少，對于重金屬低積累大白菜品種的研究尚未見報道(文獻6:趙小虎，王富華，張沖等.南方菜地重金屬污染狀況及蔬菜安全生產(chǎn)調(diào)控措施.農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展，2007，24(3):9194)。而Pb進入人體的主要途徑之一便是通過食物鏈傳遞。因此，篩選并利用重金屬Pb低積累大白菜在中、輕度的鉛污染土壤上安全生產(chǎn)具有理論和現(xiàn)實意義，也引起了相關(guān)部門的高度關(guān)注。大白菜(BrassicaPekinensisL.)屬于十字花科蕓苔屬植物，是典型的低溫長日照二年生植物，為東北地區(qū)乃至全國普遍栽培的一種大眾化蔬菜，也是十分重要的經(jīng)濟作物。據(jù)統(tǒng)計，大白菜是我國栽培面積最大的蔬菜作物，年種植面積267萬公頃左右，占全國蔬菜作物總種植面積的15%，年總產(chǎn)量超過1億噸，占全國蔬菜總產(chǎn)量的18.8%(文獻7:農(nóng)業(yè)部.2005年全國各地蔬菜播種面積和產(chǎn)量[J].中國蔬菜，2007，(1):4041)。因此，利用低積累鉛大白菜在污染土壤中安全生產(chǎn)具有緊迫性和必要性。大白菜原產(chǎn)于我國，已經(jīng)有1500多年的栽培歷史，種質(zhì)資源極其豐富，利用大白菜排異機制在鉛污染農(nóng)田土壤安全生產(chǎn)和實踐具有以下優(yōu)點(l)大白菜在我國栽培歷史悠久并且種質(zhì)資源豐富，為篩選工作奠定了堅實的基礎(chǔ)；(2)能夠在鉛污染土壤安全生產(chǎn)的同時修復(fù)鉛污染，從而達到邊生產(chǎn)邊治理之目的，一舉兩得；(3)大白菜味道鮮美，營養(yǎng)豐富，有"百菜之王"之美譽，深受百姓喜愛；(4)我國中醫(yī)認為，大白菜微寒味甘，有養(yǎng)胃生津、除煩解渴、利尿通便、化痰止咳、清熱解毒之功效(5)大白菜是我國重要的經(jīng)濟作物，已經(jīng)出口日本、韓國、東南亞、歐盟和北美諸國，促進了我國經(jīng)濟發(fā)展和出口創(chuàng)匯；(5)我國人民在長期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，積累了豐富的大白菜栽培管理經(jīng)驗，使得低積累鉛大白菜在鉛污染土壤中的安全生產(chǎn)有了充分的農(nóng)業(yè)技術(shù)保障。因此，從大白菜中篩選出低積累鉛的大白菜品種并用于污染土壤的安全生產(chǎn)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低積累鉛大白菜品種在在鉛污染土壤安全生產(chǎn)的方法，利用盆栽試驗篩選到的低積累鉛的大白菜品種在鉛污染土壤中安全生產(chǎn)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為利用鉛低積累大白菜秋傲在鉛污染土壤安全生產(chǎn)的方法在鉛污染土壤中種植具有低積累鉛潛力的大白菜，實現(xiàn)去除土壤中過量鉛的目的。所述在鉛污染土壤中種植的鉛低積累大白菜品種為秋傲大白菜籽，該大白菜為重金屬鉛的排異型蔬菜品種。所述在鉛污染土壤中種植該大白菜，是指將大白菜籽直接穴播于鉛污染土壤中，每穴3-6粒白菜籽，穴間距10-60cm，壟間距10-60cm。在鉛污染土壤中種植的該大白菜采用室外盆栽栽培和野外大田栽培，定期澆水，使土壤含水量保持在田間持水量的40-90%。在鉛污染土壤中種植該大白菜，該大白菜地上部排斥吸收污染土壤中鉛，同時根部固定、吸附鉛，從而阻止其向地上部轉(zhuǎn)移；當(dāng)大白菜生長60-85天成熟時，將大白菜地上部從污染土壤上收獲，將根部移除后妥善處理，待下個生長期再種植第二茬，重復(fù)上述操作，直至實現(xiàn)去除土壤中過量鉛的目的。所述的每次收割后的大白菜根進行專門集中處理，處理的方法包括焚燒、萃取回收鉛或壓縮后作無害化填埋。所述在盆栽試驗中種植大白菜，是指按3種處理濃度(分別為300,400和500mg/kg)投加Pb(Pb(N03)2優(yōu)級純?nèi)芤?，加入重金屬試驗的土壤平衡8-12周；以不投加重金屬的處理為對照(CK)，于作物開始生長的季節(jié)，從溫室育苗盆移苗進行盆栽篩選試驗，每盆幼苗數(shù)2-6株，在成熟期測定供試植物生物量、植物體內(nèi)重金屬含量，由此檢驗植物對重金屬的富集/積累能力及耐性。所述在野外鉛污染土壤中種植該大白菜，是指將大白菜籽直接穴播于鉛污染土壤中。根據(jù)鉛污染土壤肥力狀況，施用促進該大白菜生長的氮、磷和鉀肥等。在鉛污染土壤中種植的該大白菜采用室外盆栽栽培和野外大田栽培，定期澆水，使土壤含水量保持在田間持水量的40-90%。本發(fā)明所采用的大白菜屬于十字花科蕓苔屬植物，是典型的低溫長日照二年生植物，具有很高的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟價值。它既可以直接播種于污染土壤，也可以移苗栽培且生長迅速，栽培管理相對于其它農(nóng)作物更為簡便易操作；是一種適應(yīng)性很強的蔬菜經(jīng)濟作物，并且已經(jīng)在全世界各地廣泛種植。實驗表明，大白菜秋傲是低積累鉛的大白菜品種，對土壤中的鉛具有很強的耐性、并且地上部含量低于國家安全蔬菜的生產(chǎn)標(biāo)準。收獲的秋傲大白菜可以作為綠色安全蔬菜供人們食用，也可以在國內(nèi)市場上出售或者出口國外，從而體現(xiàn)出其較高的食用價值和經(jīng)濟價值；另外對收獲的白菜根可以集中處理，或者安全填埋，或者進行資源化加工處理，回收其中的鉛，可以避免二次污染，同時產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。本發(fā)明所具有的優(yōu)點本發(fā)明具有一定的創(chuàng)新性和實用性，該方法與傳統(tǒng)的污染土壤治理方法相比，具有投資少、工作量小、技術(shù)要求不高等優(yōu)點；而且作為一種污染土壤的安全生產(chǎn)技術(shù)，所收獲大白菜地上部鉛含量低于國家相關(guān)標(biāo)準，食用該白菜不會對人體產(chǎn)生危害，可以通過出售該白菜獲得較高的經(jīng)濟效益；對大白菜秋傲根進行集中處理，不會造成二次污染，同時固定修復(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。因此，作為一種我國栽培最廣的蔬菜作物，在鉛污染土壤種植大白菜具有良好的經(jīng)濟、環(huán)境和生態(tài)效益。圖1為在不同濃度的Pb處理下秋傲的地上部和根部生物量檢測圖。具體實施方式實施例1:盆栽梯度下低積累鉛大白菜的確認與模擬應(yīng)用本發(fā)明中，秋傲大白菜籽的生產(chǎn)廠家為沈陽農(nóng)大園藝科技開發(fā)中心。本發(fā)明中，秋傲大白菜籽的培育方法如下將大白菜籽直接穴播于鉛污染土壤中，每穴3-6粒白菜籽，穴間距10-60cm，壟間距10-60cm，及時防治菜青蟲、蚜蟲和地蛆。本發(fā)明中，秋傲大白菜為低積累鉛的大白菜品種，其基本特征如下生育期80天左右，株高50-55cm，舒心合抱，呈直桶型，外葉深綠，葉柄白綠色，外葉少，葉球緊密，凈菜率達80%以上，品質(zhì)優(yōu)良，耐儲存，抗病毒病，霉腐病，軟腐病能力強，一般單株重5-9kg左右。盆栽實驗地點設(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，距沈陽市區(qū)約35km，屬暖溫帶半濕潤大陸性氣候。實驗場地周圍沒有污染源，是重金屬未污染區(qū)。盆栽試驗土壤采自中國科學(xué)院沈陽生態(tài)站內(nèi)無污染區(qū)的表層土壤(0-20cm)，土壤類型為草甸棕壤，土壤中重金屬Pb含量為24.21mg/kg。本實驗共設(shè)4個處理，每個處理重復(fù)3次，投加的Pb濃度(mg/kg)分別為0(CK，未投加)、300、400和500。實驗投加的Pb為優(yōu)級純的Pb(N03)2，并施入一定濃度的氮、磷、鉀肥作為底肥0.15g/kgN(CO(NH2)2)、0.045g/kgP和0.114g/kgK(K2HP04)。將供試土壤風(fēng)干過4mm篩后，以溶液形式拌入鉛和底肥，充分混勻后裝入塑料盆(0=20cm,H=15cm)中，每盆裝土2.5kg，平衡1個月待用。將溫室培育的大白菜苗移栽于盆內(nèi)，每盆3-6株，根據(jù)白菜幼苗長勢每盆留兩株。每日根據(jù)盆中土壤水分狀況，澆入適量自來水，使土壤含水量經(jīng)常保持在田間持水量的40-90%左右。植物生長60-85天后收獲植株。將收獲樣品分為根和地上部兩部分，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105t:殺青1小時；然后在65t:下烘干至衡重，稱量干重后粉碎備用。植物樣品采用HN03-HC104法消化(二者體積比為87:13)，用原子吸收分光光度計測定其中的Pb含量。實驗結(jié)果如下圖1給出了在上述不同濃度的Pb處理下秋傲的地上部和根部生物量。方差分析表明，與對照(Pb0)相比，在Pb投加濃度為300、400和500mg/kg的3種處理中，秋傲地上部和根部生物量均未顯著下降(P>0.05)，表現(xiàn)出很強的耐性，Pb濃度為300mg/kg的處理甚至對其生長有一定的促進作用。參見表1可知，隨著土壤中鉛投加濃度的增加，秋傲地上部和根部的鉛含量逐步升高，其富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)均小樣O.01。在所有的鉛處理中，秋傲地上部鉛富集系數(shù)(地上部和土壤中鉛含量的比值)和轉(zhuǎn)移系數(shù)(地上部與根部鉛含量的比值)始終小于O.Ol，遠小于1，即地上部鉛含量始終低于土壤中和根部的鉛含量，具備了典型的Pb排異植物特征。本次試驗測得白菜秋傲地上部平均含水量為90%。而農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無公害蔬菜安全要求(GB18406.1-2001)Pb最大容許含量(MPC)為0.20mg/kg鮮重(FW)，白菜地上部Pb含量超過2.00mg/kg干重(DW)即認為Pb超標(biāo)。根據(jù)這一標(biāo)準，當(dāng)Pb濃度<500mg/kg時，秋傲地上部Pb含量都小于2.00mg/kg，滿足國家無公害蔬菜的生產(chǎn)要求。上述實驗結(jié)果表明，在土壤中鉛投加濃度低于500mg/kg時，秋傲地上部Pb含量始終低于國家無公害蔬菜的生產(chǎn)要求的標(biāo)準，而且地上部Pb含量始終低于根部和土壤Pb含量，同時對鉛污染表現(xiàn)出較強的耐性，完全具備了Pb低富集植物的特征，是一種Pb低富集植物。并且其根部Pb吸收固定了較高的Pb含量，表現(xiàn)出較強的對Pb的吸收固定作用。秋傲對鉛有很強的耐性、地上部排斥吸收Pb、根部固定吸附Pb并且阻止其上地上部轉(zhuǎn)運，這些特征使得它在Pb污染土壤安全生產(chǎn)并逐步去除土壤中過量的Pb成為可能。表1盆栽實驗條件下秋傲對鉛的低積累特征<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例2:沈撫灌區(qū)大田確認與鉛污染土壤的安全生產(chǎn)實驗地點設(shè)在沈陽市東陵區(qū)的沈撫灌區(qū)試驗田進行，該地的氣象條件與沈陽生態(tài)站比較相差不大。土壤類型為黃棕壤，其理化性質(zhì)為pH值8.5，有機質(zhì)18.32mg/kg，全N1.27mg/kg，全P1.42mg/kg，速效K145.68mg/kg，總Pb31.25mg/kg。將大白菜籽直接穴播于鉛污染土壤中，每穴3-6粒白菜籽，穴間距10-60cm，壟間距10-60cm。根據(jù)土壤水分豐缺狀況，不定期用井水澆水(水中未檢出Pb)，使土壤含水量經(jīng)常保持在田間持水量的40-90%左右；為促進豐源生長，按照300kg/公頃的用量施入尿素。待生長60-85天以后收獲秋傲，樣品處理同實施例1。實驗結(jié)果如下表2給出了不同鉛濃度小區(qū)秋傲對鉛的低累積特征和生長情況。秋傲地上部含量均低于2.00mg/kg，狩合國家無公害安全蔬菜的標(biāo)準(GB18406.1-2001)，其地上部鉛含量遠低于根部，且富集系數(shù)均小于O.02，遠小于l，可作為Pb低積累大白菜在中輕度污染的農(nóng)田土壤中推廣種植，而不會對人體健康造成危害。按照測定的根部平均干重折算，在Pb31.25mg/kg的污染水平下，秋傲的根部干物質(zhì)產(chǎn)量可達8.12kg/公頃，從土壤中帶走的Pb為186.76mg/公頃，從而通過秋傲的不斷生產(chǎn)可以在一定程度上去除了土壤中過量的Pb。由此可見，利用大白菜秋傲在輕度Pb(300-500mg/kg)污染的土壤上邊安全生產(chǎn)邊修復(fù)土壤Pb污染是現(xiàn)實可行的。表2大田實驗條件下秋傲對鉛的低累積與耐性特征白菜株地上部含Pb(mg/kg)根部含Pb(mg/kg)地上部Pb富集系數(shù)地上部干重(g/株)根部干重(g/株)10.4521.840.0175.4118.3220.4323.630.0167.3314.1330.4227.820.0158.2410.3640.4425.350.0166.4713.2550.4723.460.0155.539.8860.3920.240.0162.1315.2670.3822.180.0156.8711.6880.3523.590.0170.5616.8990.3624.970.0161.2715.46100.4620.830.0163.3216.738權(quán)利要求一種利用鉛低積累大白菜秋傲在鉛污染土壤安全生產(chǎn)的方法，其特征在于在鉛污染土壤中種植具有低積累鉛潛力的大白菜，實現(xiàn)去除土壤中過量鉛的目的。2.按權(quán)利要求1所述的利用鉛低積累大白菜秋傲在鉛污染土壤安全生產(chǎn)的方法，其特征在于所述在鉛污染土壤中種植的鉛低積累大白菜品種為秋傲大白菜籽，該大白菜為重金屬鉛的排異型蔬菜品種。3.按權(quán)利要求1所述的利用鉛低積累大白菜秋傲在鉛污染土壤安全生產(chǎn)的方法，其特征在于所述在鉛污染土壤中種植該大白菜，是指將大白菜籽直接穴播于鉛污染土壤中，每穴3-6粒白菜籽，穴間距10-60cm，壟間距10_60cm。4.按權(quán)利要求1所述的利用鉛低積累大白菜秋傲在鉛污染土壤安全生產(chǎn)的方法，其特征在于在鉛污染土壤中種植的該大白菜采用室外盆栽栽培和野外大田栽培，定期澆水，使土壤含水量保持在田間持水量的40-90%。5.按權(quán)利要求1所述的利用鉛低積累大白菜秋傲在鉛污染土壤安全生產(chǎn)的方法，其特征在于在鉛污染土壤中種植該大白菜，該大白菜地上部排斥吸收污染土壤中鉛，同時根部固定、吸附鉛，從而阻止其向地上部轉(zhuǎn)移；當(dāng)大白菜生長60-85天成熟時，將大白菜地上部從污染土壤上收獲，將根部移除后妥善處理，待下個生長期再種植第二茬，重復(fù)上述操作，直至實現(xiàn)去除土壤中過量鉛的目的。6.按權(quán)利要求1所述的利用鉛低積累大白菜秋傲在鉛污染土壤安全生產(chǎn)的方法，其特征在于所述的每次收割后的大白菜根進行專門集中處理，處理的方法包括焚燒、萃取回收鉛或壓縮后作無害化填埋。全文摘要本發(fā)明涉及污染環(huán)境的蔬菜安全生產(chǎn)技術(shù)，具體地說是一種利用大白菜排異機理在鉛污染土壤上安全生產(chǎn)的方法。在鉛污染土壤中種植具有低積累鉛潛力的大白菜，實現(xiàn)去除土壤中過量鉛的目的。在鉛污染土壤中種植該低積累鉛大白菜品種，該大白菜品種地上部排斥吸收污染土壤中的鉛，根部固定吸附土壤中的鉛，從而阻止其向上轉(zhuǎn)運到地上部可食部位，地上部作為安全蔬菜食用或出售，根部給予其他妥善處理，通過反復(fù)種植該種蔬菜作物基因型，重復(fù)上述過程，就可以連續(xù)提取污染土壤中過量的鉛，并且大白菜可食部位的鉛含量也滿足無公害安全蔬菜的標(biāo)準。本發(fā)明方法具有費用低，不破壞土壤的理化性質(zhì)，無二次污染，且具有在污染土壤中邊生產(chǎn)、邊治理等優(yōu)點。文檔編號B09C1/10GK101745520SQ200810229330公開日2010年6月23日申請日期2008年12月5日優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日發(fā)明者任麗萍,劉維濤,周啟星,安婧申請人:中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所