本發(fā)明屬于土壤重金屬修復(fù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用螯合劑和植物生長調(diào)節(jié)劑聯(lián)合誘導(dǎo)黑麥草修復(fù)鉛污染土壤的方法。

背景技術(shù)：

據(jù)2014年環(huán)境保護部和國土資源部發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示：在調(diào)查的70個礦區(qū)的1672個土壤點位中，超標點位占33.4％，主要污染物為鎘、鉛、砷和多環(huán)芳烴；有色金屬礦區(qū)周邊土壤鎘、砷、鉛等污染較為嚴重；在調(diào)查的81塊工業(yè)廢棄地的775個土壤點位中，超標點位占34.9％，主要污染物為鋅、汞、鉛、砷和多環(huán)芳烴，主要涉及化工業(yè)、礦業(yè)、冶金業(yè)等行業(yè)。全國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，工礦地廢棄地土壤環(huán)境問題突出。尋找經(jīng)濟、環(huán)保和有效的措施修復(fù)重金屬污染土壤成為熱點研究問題。

鉛(Pb)，作為質(zhì)量最大的穩(wěn)定元素，一旦排入環(huán)境無法再降解，很長時間會保持其毒性。研究表明，過量Pb對人體的中樞神經(jīng)、紅血球細胞、腎臟、心血管及男女的生殖系統(tǒng)等多種器官有毒害作用。對于兒童而言，即使血液中鉛濃度保持可接受水平，仍然影響到兒童的智力發(fā)育和表現(xiàn)行為異常。此外，鉛還能通過影響酶和細胞代謝，使人產(chǎn)生胃疼、頭痛、顫抖和神經(jīng)性煩躁，嚴重情況下，直至死亡。目前要開發(fā)的工礦業(yè)廢棄地當中，鉛污染十分嚴重，若要讓這些廢棄地成為可以利用的商業(yè)用地，甚至是適宜人居住的住宅用地，亟需低成本、高效的土壤修復(fù)措施。

乙二胺四乙酸(EDTA)，是一種重要的絡(luò)合劑，可以絡(luò)合重金屬離子和分離金屬。由于它具有活化重金屬的性能，可將穩(wěn)定態(tài)金屬轉(zhuǎn)化為游離態(tài)的金屬與EDTA絡(luò)合物，因此，它常被用于土壤化學(xué)淋洗修復(fù)以及植物修復(fù)污染土壤等領(lǐng)域中。

近年來，許多研究學(xué)者們利用植物生長調(diào)節(jié)劑，分別通過植物浸種、葉面噴施等方式修復(fù)污染土壤。植物生長調(diào)節(jié)劑主要分為5大類：生長素、赤霉素、細胞分裂素、脫落酸和乙烯。而蕓苔素內(nèi)酯(Brassinolide，BR)經(jīng)過科學(xué)家十余年研究，證明它是不同于已知五大激素的一種植物激素，早在1987年，就被學(xué)術(shù)界公認為是第六類植物激素。BR作為一種高效植物激素，主要有以下幾個方面的作用：(1)促進細胞分裂，增大果實；(2)延緩葉片衰老，促進葉片持久保綠；(3)促進側(cè)芽生長，提高作物產(chǎn)量；(4)提高作物品質(zhì)，增加商業(yè)價值。

黑麥草由于其本身生長氣候條件寬廣和可多次刈割等特點，因而被廣泛引種為優(yōu)良牧草、飼料以及草坪等方面。楊明琰研究不同鉛脅迫條件下，黑麥草對鉛的富集特性發(fā)現(xiàn)，黑麥草在污染土壤中鉛含量低于1000mg/kg時，其地上部干重沒有明顯變化，說明黑麥草對鉛有較好的耐性。因而，黑麥草被廣泛運用于重金屬污染土壤植物修復(fù)領(lǐng)域。

植物對土壤重金屬的富集能力除了與植物本身對土壤重金屬的富集與轉(zhuǎn)移能力有關(guān)外，還很大程度上取決于土壤重金屬的生物有效性。許多研究通過往土壤施加螯合劑來提高重金屬的活性，改善土壤重金屬的可利用性，強化植物對土壤重金屬的吸收，提高植物體內(nèi)尤其是地上部重金屬濃度。然而，螯合誘導(dǎo)條件下植物體內(nèi)重金屬的大量積累也提高了重金屬對植物生長的脅迫作用，可能影響植物的正常生長，導(dǎo)致植物生物量的降低，抵消了部分因重金屬濃度增加產(chǎn)生的強化效應(yīng)，從而形成了植株體內(nèi)重金屬濃度與植物生物量之間的消長關(guān)系。基于螯合劑對土壤重金屬的活化作用和植物激素對植物重金屬耐性與積累的促進作用，采用外源重金屬螯合劑聯(lián)合植物激素共同誘導(dǎo)植物修復(fù)重金屬污染土壤，調(diào)控植物生物量與植物體內(nèi)重金屬濃度之間的消長關(guān)系，從而提高植物修復(fù)效率，是一個值得探索的研究方向。

本發(fā)明在申請人多年研究的基礎(chǔ)上，公開了一種利用EDTA和蕓苔素內(nèi)脂聯(lián)合誘導(dǎo)黑麥草修復(fù)鉛污染土壤的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種礦區(qū)鉛污染土壤的EDTA和蕓苔素內(nèi)脂聯(lián)合誘導(dǎo)黑麥草的植物修復(fù)方法，解決了以鉛礦區(qū)為代表的高鉛含量土壤抑制黑麥草生長而引起的植株矮小、生物量低、葉片發(fā)黃以及生長速度緩慢等問題。具有修復(fù)效率高、修復(fù)周期短、修復(fù)效果顯著以及可多次刈割等特點。

本發(fā)明為一種提高鉛污染土壤植物修復(fù)效率的方法，具體技術(shù)方案如下：首先在鉛污染的土壤中種植黑麥草，結(jié)合農(nóng)藝措施管理黑麥草，在黑麥草生長期間定期葉面噴灑外源蕓苔素內(nèi)酯以及向種植的土壤中施加少量螯合劑EDTA，待黑麥草成熟后進行一次性刈割和集中處理，例如作為固廢焚燒或者進行專業(yè)的重金屬鉛回收，完成植物修復(fù)周期為2個月。植物收獲后，根據(jù)需要可進行下一輪黑麥草培育。

所述的黑麥草選用多年生黑麥草。

所述的農(nóng)藝措施是指澆水、光照、溫度控制等。

所述的定期葉面噴灑外源蕓苔素內(nèi)酯是黑麥草發(fā)芽后每隔10天噴灑一次。

所述的定期向土壤中施加少量螯合劑EDTA是黑麥草發(fā)芽后第30天和第45天向土壤中施加低濃度EDTA溶液。

優(yōu)選地，蕓苔素內(nèi)酯的用量是5～10mL·150株，含量是0.5～1mg/L。

優(yōu)選地，低濃度的EDTA用量是100～200mL·kg^-1，含量是1.25～2.5mmol·kg^-1。

本發(fā)明中，黑麥草的主要作用是可以耐濃度較高的鉛污染土壤和可進行多次刈割。

本發(fā)明中，蕓苔素內(nèi)酯的主要作用是延緩黑麥草葉片衰老，促進葉片持久保綠；促進植株細胞分裂，提高地上部生物量；強化黑麥草對礦區(qū)高濃度鉛的耐性，促進地下部鉛向地上部轉(zhuǎn)移，從而提高黑麥草修復(fù)鉛的效率。

本發(fā)明中，低濃度EDTA的主要作用是通過溶液的形式進入鉛污染土壤，促進穩(wěn)定態(tài)鉛向游離態(tài)和絡(luò)合態(tài)轉(zhuǎn)變，提高了重金屬的活性，使得鉛更利于黑麥草吸收。

本發(fā)明的有益效果：

種植后葉面噴灑的植物生長調(diào)節(jié)劑蕓苔素內(nèi)酯可以促進黑麥草生長，緩解黑麥草體內(nèi)重金屬鉛的毒性，強化黑麥草對高濃度鉛的耐性，從而提高了黑麥草在短周期內(nèi)對鉛的吸收效率，在植物修復(fù)領(lǐng)域具備良好的應(yīng)用前景；低劑量的EDTA配合適量無毒害作用的生長調(diào)節(jié)劑蕓苔素內(nèi)酯葉面噴施在保障鉛污染土壤地區(qū)黑麥草正常長久生長的條件下，同步提高了黑麥草地上部對鉛的提取效率；此外，利用黑麥草連續(xù)收割的特點，實現(xiàn)了對礦區(qū)鉛污染土壤的連續(xù)修復(fù)，同時也避免EDTA過量使用帶來的潛在二次污染風(fēng)險。

附圖說明

圖1不同處理對黑麥草地上部和地下部干重的影響

圖中：M—500mg/kgPb污染土壤；B1—葉面噴施0.025mg/LBR；B2—葉面噴施0.05mg/L BR；B3—葉面噴施0.1mg/L BR；E—單獨向土壤中施加2.5mmol/kg EDTA；EB1—土施2.5mmol/kg EDTA+葉面噴施0.025mg/L BR；EB2—土施2.5mmol/kg EDTA+葉面噴施0.05mg/LBR；EB3—土施2.5mmol/kgEDTA+葉面噴施0.1mg/LBR。

圖2：不同處理對黑麥草地上部和地下部鉛含量的影響

具體實施方式

以下結(jié)合具體實例來對本發(fā)明作進一步的說明。

實施例1

1供試植物

選用多年生黑麥草。

2供試土壤

供試土壤來自常州科教城周邊菜地，其基本理化性質(zhì)(背景值)為：pH值為7.2，有機質(zhì)含量為7.48g/kg，速效氮、速效磷、速效鉀和土壤全Pb含量分別為：35.54、24.77、121.42和30.62mg/kg。

3盆栽試驗

重金屬Pb以分析純Pb(NO₃)₂溶液形式噴施到土壤，經(jīng)過攪拌機充分混勻，平衡6個月，模擬礦區(qū)Pb污染土壤(Pb含量均為500mg/kg)，用原有潔凈土壤作為對照。每個塑料盆25cm(直徑)×17cm(高)裝土2.5kg。種子經(jīng)4％NaClO消毒30min，并用去離子水清洗后播種，每盆250粒(以保證發(fā)芽后每盆大于150株)。溫室白天/夜晚溫度為25/15℃，每天澆水200mL，以保持土壤含水率為最大持水量的70％。按照下列方案，在種子發(fā)芽后每隔10天葉面噴施5mL蕓苔素內(nèi)酯，第30天和第45天向土壤中施加100mL EDTA，60天后收獲黑麥草。

處理：

M處理—500mg/kg Pb污染土壤(對照)。

B1處理—葉面噴施0.025mg/L BR。

B2處理—葉面噴施0.05mg/L BR。

B3處理—葉面噴施0.1mg/L BR。

E處理—單獨向土壤中施加2.5mmol/kg EDTA。

EB1處理—土施2.5mmol/kg EDTA+葉面噴施0.025mg/L BR。

EB2處理—土施2.5mmol/kg EDTA+葉面噴施0.05mg/L BR。

EB3處理—土施2.5mmol/kg EDTA+葉面噴施0.1mg/L BR。

4黑麥草各器官干重測定

用自來水將植株沖洗干凈后，用20mmol/L的EDTA-Na₂浸泡30min，去除根系表面吸附的Pb，再用自來水沖洗3～4次，最后用去離子水潤洗，吸干表面水分，分成地上部和地下部，于105℃下殺青0.5h，75℃烘干至恒重，用電子天平稱取地上部和地下部干重。

5黑麥草地上部和地下部鉛含量測定

測定重金屬Pb時，稱取200mg粉碎烘干樣品，加入65％HNO₃8mL和30％H₂O₂1mL，采用微波消解儀(上海新儀，MDS-8G)進行消解，消解液各種金屬含量采用原子吸收分光光度計(德國耶拿novAA300)測定并換算成植物地上部和地下部單位干重的含量。

試驗共設(shè)計8個處理，每個處理3次重復(fù)，其結(jié)果如表1和表2所示。

表1不同處理對黑麥草地上部和地下部干重的影響

本實例實施表明，相對M處理，單獨葉面噴施蕓苔素內(nèi)酯不同程度上提高了黑麥草地上部和地下部干重；而單獨施加EDTA，黑麥草地上部和地下部干重并沒有降低；而蕓苔素內(nèi)酯與EDTA混施，黑麥草各器官干重亦沒有顯著變化。

表2不同處理對黑麥草地上部和地下部鉛含量的影響

本實例實施表明，單施一定濃度的蕓苔素內(nèi)酯在促進了黑麥草地上部和地下部鉛含量的同時，促進了鉛向地上部轉(zhuǎn)移，但不顯著；單獨施加EDTA，顯著提高了黑麥草地上部和地下部鉛含量，分別為M處理的4.70和1.89倍；隨著蕓苔素內(nèi)酯濃度的升高，其與EDTA配施顯著提高了地上部鉛含量，促進了鉛由地下部向地上部轉(zhuǎn)移，大大提高了鉛的修復(fù)效果。

綜上，本實例實施表明，EDTA與蕓苔素內(nèi)酯配施后，在保證因EDTA施入土壤而黑麥草干重沒有顯著變化的條件下，EB1、EB2和EB3地上部鉛含量分別顯著提高了171％、528％和655％(相對M)。因此，結(jié)合以上特點，本發(fā)明同時利用黑麥草可多次刈割的特點，實現(xiàn)了對礦區(qū)鉛污染土壤的連續(xù)地環(huán)保型修復(fù)。