一種修復農(nóng)田鎘污染土壤的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及環(huán)境中重金屬污染的植物修復【技術領域】，具體為修復農(nóng)田鎘污染土壤的方法。該方法為：將水蜈蚣種植于Cd污染的農(nóng)田土壤中，利用水蜈蚣對重金屬Cd的顯著的富集特性，吸收積累農(nóng)田中的重金屬Cd，并將其一部分轉(zhuǎn)運到其地上的植株當中，并且通過對定期收割的其地上部分進行灰化處理，或同時將地上和地下部均收獲，然后進行灰化處理，實現(xiàn)對Cd污染的農(nóng)田土壤進行修復。發(fā)明人通過試驗研究發(fā)現(xiàn)，水蜈蚣對Cd具有顯著的富集特性。本發(fā)明利用水蜈蚣對Cd的這種富集特性，可吸收積累Cd，并將其一部分轉(zhuǎn)運到地上部，通過對定期收割的地上部分進行灰化處理，或同時將地下部收獲并進行灰化處理，以達到修復Cd污染農(nóng)田土壤的目的。
【專利說明】一種修復農(nóng)田鎘污染土壤的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境中重金屬污染的植物修復【技術領域】，即利用一種莎草科植物來修復土壤重金屬鎘污染，具體為采用植物水蜈蚣來修復農(nóng)田重金屬鎘污染的土壤。
[0002]

【背景技術】
[0003]土壤是人類賴以生存的自然環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要資源。在許多發(fā)達國家和發(fā)展中國家都面臨著土壤污染嚴重阻礙農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的問題。人類活動導致的土壤重金屬污染是當前全球迫切需要解決的重要環(huán)境問題之一。重金屬在土壤中的自然凈化過程十分漫長，一旦污染土壤，其危害將是長期的，不僅嚴重危害作物生產(chǎn)，且經(jīng)由食物鏈危害人畜健康。鎘(Cd)是一種生物毒性極強的重金屬元素，可導致土壤退化、農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)降低，也可通過直接接觸、食物鏈傳遞等途徑危及人類的生命和健康。
[0004]Cd污染土壤的傳統(tǒng)治理方式主要是物理和化學的固定法。雖然能夠一定程度上減小Cd的危害，但往往投資昂貴，大多數(shù)只能暫時緩解Cd危害，而且有可能造成二次污染。植物修復技術是目前經(jīng)濟有效的Cd污染土壤修復方法之一。具有安全、廉價、可持續(xù)等優(yōu)點。植物修復就是篩選和培育特種植物，特別是對Cd具有超常規(guī)吸收和富集能力的植物，種植在Cd污染的土壤上，讓植物把土壤中的Cd吸收起來，再將收獲植物中的Cd元素加以回收利用。作為一種廉價的綠色治理技術，植物修復已成為國際研究的新熱點。Cd的超富集植物也逐漸被發(fā)現(xiàn)，但目前發(fā)現(xiàn)的絕大多數(shù)超富集植物存在種類少、生長速度慢、地域性強等問題，限制了其在大面積污染土壤修復中的應用。因此，篩選生長迅速、生命力強、能夠適應不同氣候條件的植物對Cd污染農(nóng)田土壤進行修復，具有重要的意義。
[0005]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對上述可用于土壤Cd污染植物修復的植物品種資源不足及已發(fā)現(xiàn)超富集植物生長速度慢、生物量小、地域性強等問題，提供水蜈蚣在Cd污染農(nóng)田土壤修復中的應用。
[0007]本發(fā)明的具體技術方案為:
水蜈蚣在修復Cd污染農(nóng)田土壤中的應用，將水蜈蚣種植于Cd污染的農(nóng)田土壤中，對Cd污染的農(nóng)田土壤進行修復。所述的農(nóng)田土壤為按照質(zhì)量比為1:1的比例在土壤中添加腐殖土后混合的土壤。在該土壤上按照以下方法種植水蜈蚣比一般土壤上按照以下方法種植水蜈蚣，其對Cd的富集效果更為明顯。
[0008]水蜈蚣的種植方法為:(I)播種，將水蜈蚣種子直播種植于Cd污染的農(nóng)田土壤中。
(2)直接移栽，直接移栽于Cd污染的土壤中。
[0009]水蜈蚣的生命力很強，易于成活，可進行直接移栽或?qū)⒎N子直播于Cd污染農(nóng)田土壤上生長，在自然條件下即可存活。其整個生長過程不需要進行特殊管理，同常規(guī)修復所用的其它植物相比，其生長速度快，屬于多年生草本植物，前一年撒落的種子次年可自然萌發(fā)生長，不需每年栽種，前一年留在土壤中的根可自然生長出新的水蜈蚣幼苗。
[0010]作為優(yōu)選，水蜈蚣應用種植步驟為:
幼苗準備:(1)種子直播方式。每年三月或四月將采集到的水蜈蚣brevifolia Rottb)種子直接播種于有Cd污染的農(nóng)田土壤當中。(2)移栽方式。每年四月底或五月一般農(nóng)田中已萌發(fā)的水蜈蚣幼苗直接移栽于有Cd污染的農(nóng)田土壤當中。
[0011](2)日常管理:植物栽培期，根據(jù)土壤水分實際情況不定期澆水確保土壤水分保持在田間持水量的60-80%左右，無灌溉設施的污染農(nóng)田可讓其自然生長。
[0012](3)收割處理:90天后收割植物的地上部分，并對收割的地上部分進行灰化處理，地下部可繼續(xù)發(fā)芽。其自然散播種子在次年二月或三月自然萌發(fā)，不需每年栽種。
[0013]待地上部分形成一定生物量時進行定期收割，并對收割的地上部分進行灰化處理，提取重金屬Cd，能有效降低污染農(nóng)田土壤中的Cd的含量，從而修復污染農(nóng)田土壤。
[0014]本發(fā)明中的水蜈蚣，為莎草科多年生草本植物(拉丁名為brevifoliaRottb)，經(jīng)試驗研究，證明其主要對Cd具有富集特性。本發(fā)明充分利用了水蜈蚣對Cd的富集特性，將其幼苗移栽或?qū)⑵浞N子直播至被Cd污染的農(nóng)田土壤中，吸收積累污染土壤中的Cd，降低污染農(nóng)田土壤中Cd的含量，待地上部分形成一定生物量時，可收割地上部進行連續(xù)提取Cd，從而達到減少污染農(nóng)田土壤中Cd含量的目的
本發(fā)明的積極效果體現(xiàn)在:發(fā)明人通過試驗研究發(fā)現(xiàn)，水蜈蚣對Cd具有顯著的富集特性。本發(fā)明利用水蜈蚣對Cd的這種富集特性，將其種植于Cd污染農(nóng)田土壤中，可吸收積累Cd，并將其一部分轉(zhuǎn)運到地上部，通過對定期收割的地上部分進行灰化處理，或同時將地下部收獲并進行灰化處理，以達到修復Cd污染農(nóng)田土壤的目的。在一定的Cd污染濃度范圍內(nèi)，水蜈蟻的CM富集能力隨著土壤中的Cd濃度的增加而增加，在10和50 mg kg-1 Cd處理時增加趨勢明顯，在200 mg kg—1 Cd處理時其對Cd的積累量最高。由于水蜈蚣分布廣泛，生命力極強，易于成活，生長速度快，在我國江蘇、安徽、浙江、福建、江西、湖南、湖北、廣西、廣東、四川、云南、東北等大部分地區(qū)均有分布，且整個生長過程中不需要特殊管理，因而成本較低、可操作性強。因此，本發(fā)明為重金屬Cd污染農(nóng)田土壤的植物修復開發(fā)了新的植物資源，為植物修復技術的發(fā)展提供的新的材料依據(jù)。
[0015]

【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進一步說明，但不限制本發(fā)明的范圍。
[0017]實施例1:
盆栽試驗
試驗地點設在四川農(nóng)業(yè)大學教學科研園區(qū)有防雨設施的網(wǎng)室中。
[0018]采用盆栽模擬土壤Cd污染的方法,將水蜈蟻brevifolia Rottb)幼苗移栽于添加Cd的盆栽土壤中。本試驗于2013年6月開始，移栽的水蜈蚣采自四川省雅安市雨城區(qū)大興鎮(zhèn)，每盆4棵,3次重復。添加濃度為2 mg kg-1 (Cdl)、10 mg kg4 (Cd2)、25mg kg-1 (Cd3)、50 mg kg-1 (Cd4)和 200 mg kg-1 (Cd5),投加的 Cd 形態(tài)為 CdCl2.2.5H20,為分析純試劑，以溶液形式加入到土壤中，充分混勻，平衡4周后待用。植物于網(wǎng)室內(nèi)栽培，根據(jù)土壤水分實際情況不定期澆水確保土壤水分保持在田間持水量的80%左右。移栽90天后收獲植株，測定水蜈蚣器官中Cd的生物量和含量，分析其積累量、富集系數(shù)和遷移系數(shù)。
[0019]在50 mg kg—1 Cd處理時，水蜈蚣地上部Cd含量與對照相比，顯著增加G°〈0.05)，在200 mg kg—1 Cd處理時，地上部Cd含量達到最大值307.14 mg kg_S地下部Cd含量達到719.40 mg kg'表明水蜈蚣較強的Cd富集能力。水蜈蚣地上部Cd積累量隨著Cd處理濃度的增加而增加，在10和50 mg kg-1 Cd處理時表現(xiàn)出顯著的增加趨勢。在200 mg kg-1 Cd處理時，其地上部Cd積累量達到最大值1154.94 yg pot'地下部Cd積累量也在10和50 mg kg-1 Cd處理時表現(xiàn)出顯著的增加趨勢。在200 mg kg-1 Cd處理時,其地下部Cd積累量達到最大值1386.68 yg pot'水蜈蚣的Cd富集系數(shù)隨著Cd處理濃度的增加先降低后增加，在2 mg kg-1 Cd處理時為最大值16.77,在100 mg kg-1 Cd處理時為最小值1.06,在200 mg kg—1 Cd處理時又有一定程度的增加，為1.54。
[0020]將該盆栽試驗在同等條件下種植與露天礦場，試驗結(jié)果與盆栽試驗相差較小，證明可以轉(zhuǎn)為工業(yè)運用。
[0021]對比例1:
按照以上方法進行處理，僅將土壤改為添加腐殖土，其土壤與腐殖土的添加比例按質(zhì)量比計為1:1，添加腐殖土土壤中生長水蜈蚣的生物量顯著增加，在不同濃度Cd處理條件下，添加腐殖土土壤中生長水蜈蚣地上部生物量分別是未添加腐殖土的2.64、1.53,8.12、35.59,3.44,5.93 和 2.20 倍，地下部是后者的 2.88,0.89,5.35,16.90,6.97,6.78 和 5.72倍。添加腐殖土后，水蜈蚣Cd積累量明顯增加，在10、25和50 mg kg-1 Cd處理條件下，添加腐殖土土壤中生長水蜈蚣的地上部Cd積累量分別是未添加腐殖土土壤中生長水蜈蚣的
3.04、10.59和1.98倍。在10、25、50、100和200 mg kg4 Cd處理條件下，添加腐殖土土壤中生長水蜈蚣的地下部Cd積累量分別是未添加腐殖土土壤中生長水蜈蚣的2.50,20.19、
6.03,3.65 和 5.08 倍。
[0022]本發(fā)明的實施不僅限于盆栽土壤，還可在Cd污染農(nóng)田中進行使用。加之水蜈蚣為喜濕植物，不僅能夠在一般農(nóng)田土壤中良好生長，在水田中也能表現(xiàn)出良好的長勢。在當今社會水稻Cd污染問題受到越來越多的關注的形式下，將由于水蜈蚣用于Cd污染水田的修復，也具有很大的實際意義。
【權利要求】
1.一種修復農(nóng)田重金屬鎘污染土壤的方法，其特征在于采用水蜈蚣修復 農(nóng)田重金屬鎘污染的土壤，其具體方法為:將水蜈蚣種植于Cd污染的農(nóng)田土壤中，利用水蜈蚣對重金屬Cd的顯著的富集特性，吸收積累農(nóng)田中的重金屬Cd，并將其一部分轉(zhuǎn)運到其地上的植株當中，并且通過對定期收割的其地上部分進行灰化處理，或同時將地上和地下部均收獲，然后進行灰化處理，實現(xiàn)對Cd污染的農(nóng)田土壤進行修復。
2.根據(jù)權利要求1或權利要求所述的修復農(nóng)田重金屬鎘污染土壤的方法，其特征在于:所述的農(nóng)田土壤為按照質(zhì)量比為1:1的比例在土壤中添加腐殖土后混合的土壤。
3.根據(jù)權利要求1所述的修復農(nóng)田重金屬鎘污染土壤的方法，其特征在于:所述的將水蜈蚣種植于Cd污染的農(nóng)田土壤中，其種植方法為將水蜈蚣的種子進行播種或?qū)⑺隍加酌缰苯右圃浴?br> 4.根據(jù)權利要求3所述的修復農(nóng)田重金屬鎘污染土壤的方法，其特征在于:所述的將水蜈蚣種子進行播種，其播種時間為每年三月或四月。
5.根據(jù)權利要求3所述的修復農(nóng)田重金屬鎘污染土壤的方法，其特征在于:所述的將水蜈蚣幼苗直接移栽，其具體為將每年三月或四月播種水蜈蚣種子得到的水蜈蚣幼苗，在每年四月底或五月進行移栽。
6.根據(jù)權利要求1所述的修復農(nóng)田重金屬鎘污染土壤的方法，其特征在于:所述顯著的富集特性是指重金屬鎘的污染濃度在200 mg kg—1 Cd處理時，水蜈蚣的地上部富集Cd的含量達到最大值307.14 mg kg_S地下部Cd含量達到719.40 mg kg—1，水蜈蚣地上部Cd積累量隨著Cd處理濃度的增加而增加。
7.根據(jù)權利要求1所述的修復農(nóng)田重金屬鎘污染土壤的方法，其特征在于:所述顯著的富集特性是指在10和50 mg kg—1 Cd處理時表現(xiàn)出顯著的增加趨勢； 在10 mg kg—1 Cd處理時，其地上部Cd積累量達到最大值115.94 yg pot—1 ； 地下部Cd積累量也在10和50 mg kg—1 Cd處理時表現(xiàn)出顯著的增加趨勢； 在25 mg kg—1 Cd處理時，其地下部Cd積累量達到最大值1386.68 μ g pot—1。
8.根據(jù)權利要求1或權利要求2所述的修復農(nóng)田重金屬鎘污染土壤的方法，其特征在于:所述的將水蜈蚣種植于Cd污染的農(nóng)田土壤中，其種植需要進行: (1)日常管理:植物栽培期，根據(jù)土壤水分實際情況不定期澆水確保土壤水分保持在田間持水量的60-80%左右，無灌溉設施的污染農(nóng)田可讓其自然生長；水蜈蚣為喜濕植物，若能適度增加其生長土壤的含水量，則有助于其更好地生長和富集重金屬Cd ;水蜈蚣具有較強的爭水爭肥能力，在土壤肥力較低的情況下也能夠較好生長；提高土壤肥力，更多的營養(yǎng)元素被水蜈蚣利用，對其吸收和積累Cd將具有很大的促進作用； (2)收割處理:60天后收割植物的地上部分，并對收割的地上部分進行灰化處理，地下部可繼續(xù)發(fā)芽，其自然散播種子在次年二月或三月自然萌發(fā)，不需每年栽種。
【文檔編號】B09C1/00GK104148378SQ201410401001
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月15日 優(yōu)先權日:2014年8月15日
【發(fā)明者】李廷軒, 余海英, 張錫洲, 鄭子成, 王永東, 劉濤, 戢林, 郝小青 申請人:四川農(nóng)業(yè)大學