利用三七景天修复镉污染农田土壤的方法 |
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| 申请号 | CN201610798044.2 | 申请日 | 2016-08-31 | 公开(公告)号 | CN106238450A | 公开(公告)日 | 2016-12-21 |
| 申请人 | 中国科学院地理科学与资源研究所; | 发明人 | 杨俊兴; 雷梅; 陈同斌; 杨军; 万小铭; 郭俊娒; 顾松圃; 郭广慧; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种利用三七景天修复镉污染农田 土壤 的方法，包括步骤：(1)在镉污染农田土壤中栽植三七景天；(2)刈割并移除三七景天的地上植株部分，即可。本发明提出的利用三七景天修复镉污染农田土壤的方法，通过将三七景天栽植到镉污染的农田土壤中，三七景天在土壤中快速成活生长，利用其对土壤中重金属镉的富集能 力 ，通过根系吸收污染土壤中的镉并转移至植株的地上部分，以达到减少土壤中重金属镉的含量，修复镉污染农田土壤的目的。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种利用三七景天修复镉污染农田土壤的方法，其特征在于，包括步骤： |
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| 说明书全文 | 利用三七景天修复镉污染农田土壤的方法技术领域背景技术[0002] 土壤是人类赖以生存的自然环境和农业生产的重要资源，土壤环境健康事关农产品质量和人体健康。近年来，土壤重金属污染已成为全球面临的严重的环境问题。目前，我国农田土壤受重金属污染严重，根据全国首次土壤污染状况调查结果显示，我国耕地土壤点位超标率为19.4％，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为13.7％、2.8％、1.8％和1.1％；而从污染物超标情况来看，重金属镉点位超标率为7.0％。现在我国受重金属污染的农田土壤约2500万公顷，每年被重金属污染的粮食多达1200万吨，造成的直接经济损失超过100亿元。 [0003] 镉污染土壤的传统治理方式主要有工程治理措施和物理化学修复方法，物理修复技术主要通过改土法、玻璃化法、电动法和热解吸法等来修复土壤；化学修复技术主要包括化学固化法、化学淋洗法等，然而其往往有成本高昂、对环境扰动大和可能造成二次污染等弊端。近年来，利用植物修复技术原位治理土壤重金属污染在本领域已逐渐成为主流，植物修复技术具有修复成本较低、对环境扰动小、无二次污染和可持续性等优势，同时兼有美化环境的作用，这些优势是工程治理措施和物理化学修复方法所不具备的。 [0004] 在植物修复技术中，利用超富集植物吸收污染土壤中的重金属是较为常见的技术，然而目前发现的超富集植物通常有对土壤气候适应能力差、生长缓慢、生物量小等问题，限制了其修复效率和推广应用价值，成为植物修复技术中亟待突破的瓶颈。因此，寻求适应能力强、生物量大、生长周期短、对重金属富集能力强、修复效率高的植物，并研究开发配套的修复技术成为本领域的研究重点。 发明内容[0005] 有鉴于此，本发明的目的是提供一种利用三七景天修复镉污染农田土壤的方法，以期解决上述现有技术中存在的至少一项技术问题。 [0006] 为实现上述目的，本发明提供一种利用三七景天修复镉污染农田土壤的方法，包括步骤： [0007] (1)在镉污染农田土壤中栽植三七景天； [0008] (2)刈割并移除三七景天的地上植株部分，即可。 [0009] 本发明中，所述三七景天，其是景天科景天属植物，为多年生肉质草本，喜生于山坡岩石上或草丛中，也称费菜(Sedum aizoon L.)。 [0010] 所述镉污染农田土壤是指被镉污染的农田土壤，其中镉的浓度为本领域的一般水平，通常在0.6～2.0mg/kg之间，也有个别污染特别严重的地方，其浓度可高达100mg/kg左右。本发明优选农田土壤中镉的浓度为1～2mg/kg，在该优选的范围内能够实现更佳的移除修复效果。 [0012] 步骤(1)中，所述栽植优选按行株距30×15cm挖穴坐水栽植，栽植深度为5cm，覆土后踩实。其中，挖穴坐水栽植是本领域常规的术语，其是一种流传比较久远的抗旱种植技术，最早在北方旱区应用，可有助于度过干旱时期，按时完成播种季节的栽植作业。 [0014] 步骤(2)中，所述刈割为本领域常规的操作。优选地，待三七景天地上植株部分生长至30-50cm时进行所述刈割，并移除刈割得到的地上植株部分，即可。 [0015] 更优选地，在刈割时保留三七景天地上植株部分4-5cm。 [0016] 本领域技术人员应当理解，步骤(2)中，在对三七景天地上植株部分进行刈割后，按植物的生长规律，三七景天地上植株部分可以继续生长，待再次生长至30-50cm时可以再次进行刈割，因此，步骤(2)可以是一个循环进行的操作。 [0017] 优选地，本发明还包括步骤(3)：对刈割收获的三七景天植株进行无害化处理。优选地，所述无害化处理为焚烧或压缩后作无害化填埋。 [0018] 因此，本发明一般的操作是，将刈割收获的三七景天地上植株部分从被镉污染的农田土壤上移走，以移除污染土壤中的镉；而三七景天剩余部分可继续生长并通过根系继续吸收土壤中的镉并将其转移至植株的地上部分，当植株的地上部分再次生长到30-50cm时进行再次刈割，可持续降低土壤中的镉含量。收获的三七景天地上植株部分，可以将其送至专属场所集中并做无害化处理。 [0019] 本发明实现了下述有益效果： [0020] 本发明提出的利用三七景天修复镉污染农田土壤的方法，通过将三七景天栽植到镉污染的农田土壤中，三七景天在土壤中快速成活生长，利用其对土壤中重金属镉的富集能力，通过根系吸收污染土壤中的镉并转移至植株的地上部分，以达到减少土壤中重金属镉的含量，修复镉污染农田土壤的目的。 [0021] 本发明技术方案中所用的三七景天具有耐旱、耐寒、耐瘠薄、适应能力强、生长快速、生物量大等特性，且对土壤中重金属镉具有较强的富集能力，利用三七景天修复镉污染农田土壤还具有投入成本低、管理粗放、冬季可防止土壤裸露等特点，同时由于花色艳丽，花期较长，具有较好的观赏价值和经济效益，因此其修复潜力和推广应用的前景广阔。附图说明 [0022] 图1为本发明利用三七景天治理镉污染农田土壤修复方法的流程示意图； [0023] 图2为河南中度镉污染农田的土壤中镉含量和种植60天后三七景天地上部镉含量； [0024] 图3为广西轻度镉污染农田的土壤中镉含量和种植60天后三七景天地上部镉含量； [0025] 图4为云南重度镉污染农田的土壤中镉含量和种植60天后三七景天地上部镉含量； [0026] 图5为以河南中度镉污染农田土壤为实验对象，种植三七景天并辅以施用柠檬酸溶液的实验组(CA组)和仅种植三七景天植株的对照组(CK组)的地上植株部分的镉含量比较图。 具体实施方式[0027] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。 [0028] 考虑到背景技术部分所述的技术问题，有必要筛选一种适应能力强、生物量大、生长周期短且对重金属富集能力强的植物，这不仅有利于镉污染农田土壤的修复治理，同时有利于提高植物修复效率，减少修复年限，使农田资源尽快回归正常使用。 [0029] 发明人在进行了大量的实验探索后发现，使用三七景天能够达到理想的修复效果，同时在不断实践的过程中，还惊喜地发现，如果再辅以一定的辅助措施，将达到更为理想的效果。 [0030] 三七景天为景天科、景天属多年生肉质草本植物，根状茎短，粗茎高20-50cm，有1-3条茎，直立，无毛，不分枝。叶互生，狭披针形、椭圆状披针形至卵状倒披针形，长3.5-8cm，宽1.2-2cm，先端渐尖，基部楔形，边缘有不整齐的锯齿；叶坚实，近革质。聚伞花序有多花，水平分枝，平展，花色为黄色，色泽艳丽。 [0031] 三七景天适应性强，不择土壤、气候，全国各地都可种植，且易活、易管理。一般采用分株扦插繁殖，春夏与早秋及冬季大棚扦插即活，成活率高达99％。当年定植，当年丰收，次年便进入盛产期。一次定植，可连续收获20年新鲜茎叶，就像韭菜一样随割随长，地下块根是难得的中药材。 [0032] 此外，因三七景天所具有的耐旱、耐寒、耐瘠薄、适应能力强和生长快速，使其能够在更为广泛的地域栽培，粗放管理则使其易于推广。而大量的生物量、多次刈割、持续吸收土壤中的重金属镉，可以更高效的修复镉污染土壤。同时三七景天作为观赏植物，常被用作花坛建设和地被植物，使镉污染农田在利用三七景天修复的期间，也可以产生一定的经济价值。因此，三七景天用作镉污染土壤的植物修复具有广阔的应用前景。 [0033] 具体地，请参考图1所示，本发明利用三七景天修复镉污染农田土壤的方法包括如下步骤： [0034] S1：于清明时节即四月初，将三七景天母株挖出根部，按根芽多少，将其分切成若干株，每株带2个以上根芽，然后按行株距30×15cm挖穴坐水栽植，种植深度为5cm，覆土后踩实。 [0035] S2：三七景天通过根系吸收土壤中的镉并转移至地上部，待其株高达到30-50cm时，从地上部4-5cm处进行刈割，收获的地上部分执行步骤S4操作。 [0036] S3：步骤S2刈割后，剩余地上部分会继续生长并吸收土壤中的镉，待其再次长至30-50cm左右时，按照步骤S2的方法进行第二次刈割，收获的地上部分执行步骤S4操作。 [0037] S4：对收获的三七景天地上部分送至专属场所集中做无害化处理。 [0038] 以下通过具体实例对本发明做进一步说明。 [0039] 实施例1 [0040] 本实施例采用盆栽模拟试验方法，选取河南中度镉污染农田(HN)、广西轻度镉污染农田(GX)和云南重度镉污染农田(YN)三种0-20cm耕层土壤，将其自然风干、捣碎、剔除杂物，过5mm筛，首先测定其土壤中重金属镉的含量。然后称取1kg土壤装入直径与高分别为19cm×16cm的塑料盆中，加水浇透。将10cm高的幼苗母株按照自然纹理分成3芽移栽到塑料盆中，根据缺水情况，不定期浇水，保证土壤湿润但不渍水。每种土壤设3个重复。 [0041] 河南中度镉污染农田(HN)、广西轻度镉污染农田(GX)和云南重度镉污染农田(YN)土壤种植两月后，株高已长至30-50cm高，刈割(刈割时保留地上植株4-5cm)收获地上部分，用去离子水冲洗干净、烘干并粉碎过100目。植物样用硝酸—高氯酸消解法进行消解，用石墨炉AAS法测定镉含量。 [0042] 图2为河南中度镉污染农田的土壤中镉含量和种植60天后三七景天地上植株部分的镉含量，由图2可知，河南中度镉污染农田土壤中镉的含量为1.95mg/kg，种植60天后三七景天地上部的镉含量达到33.12mg/kg。 [0043] 图3为广西轻度镉污染农田的土壤中镉含量和种植60天后三七景天地上植株部分的镉含量，由图3可知，广西轻度镉污染农田土壤中镉的含量为1.06mg/kg，种植60天后三七景天地上部的镉含量达到2.70mg/kg。 [0044] 图4为云南重度镉污染农田的土壤中镉含量和种植60天后三七景天地上部镉含量，云南重度镉污染农田土壤中镉的含量为97.97mg/kg，种植60天后三七景天地上部的镉含量达到85.08mg/kg。 [0045] 同时，本实施例通过重金属富集系数来表征三七景天对不同镉污染土壤中镉的富集能力。生物富集系数，又称生物富集因子(Bio-concentration Factor，BCF)，其可以反映植物对土壤中重金属的富集特征，富集系数大于1是判断超富集植物的标准之一，重金属富集系数可以通过以下公式计算： [0046] 重金属富集系数＝植物体内重金属含量/土壤中重金属含量 [0047] 计算可知，在河南中度镉污染农田的土壤中种植60天后，三七景天富集系数为16.98；在广西轻度镉污染农田的土壤中种植60天后，三七景天富集系数为2.55；在云南重度镉污染农田的土壤中种植60天后，三七景天富集系数为0.87。 [0048] 以上实施例说明，三七景天在河南中度镉污染农田土壤中的富集系数最高，在云南重度镉污染农田土壤中地上部吸收镉的含量最大，而在广西轻度镉污染农田土壤中其富集系数也超过了1，表现出了较强的富集能力和较好的修复效果。 [0049] 实施例2 [0050] 同实施例1一样地，本实施例也采用盆栽模拟试验方法，且所有操作均同实施例1，不同之处仅在于，在栽植三七景天后，在植株的生长过程中，还向镉污染农田土壤中施以柠檬酸(CA)溶液，施用量为1mmol/kg土壤。 [0051] 待植株株高长至30-50cm高时，刈割(刈割时保留地上植株4-5cm)收获地上部分，用去离子水冲洗干净、烘干并粉碎过100目。植物样用硝酸—高氯酸消解法进行消解，用石墨炉AAS法测定植株中的镉含量。结果表明，如果配合施以柠檬酸溶液，还能够大幅度提高三七景天对镉的富集能力，具体请参见图5(图中仅示出河南中度镉污染农田土壤，云南重度和广西轻度镉污染农田土壤的具体数据未示出)。图5显示以实施例1中的河南中度镉污染农田土壤为实验对象，种植三七景天并辅以施用柠檬酸溶液的实验组(CA组)和仅种植三七景天植株的对照组(CK组)的地上植株部分的镉含量比较图，从图5中可以看出，CA组比CK组所吸附的镉含量要高出27.8％，该结果表明，在施用柠檬酸溶液后，可以明显提高三七景天对镉的吸收效率。 [0052] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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