[0001] 本发明涉及环境保护技术领域，尤其涉及头花蓼在重金属污染土壤修复中的应用。

[0002] 土壤是人类赖以生存的重要资源，与人类面临的粮食、资源和环境等问题息息相关。重金属元素在土壤中富集到一定程度致使土壤污染，影响土壤的生态环境和农业生产功能，危害人体健康。

[0003] 砷是类金属元素(英文叫Metalloid)，在元素周期表中介于金属元素和非金属元素之间，同类的还有硼、硅、锗、砷、锑、碲和钋。类金属在部分物理性质(比如光泽)和化学性质上都和金属很类似，但是在另一些物理性质上(比如导电性)却和金属不一样。砷虽然不是金属，但是毒性和重金属相近，因此在说重金属中毒的时候通常都会把砷也算进去。所以，砷(As)、锡(Sn)污染也是常见的土壤重金属污染。世界土壤砷平均背景值在15～25mg ‑1 ‑1kg ，土壤锡平均背景值为2.6mg kg 。

[0004] 植物修复技术是通过植物吸收、植物挥发和植物稳定来进行修复的。植物吸收是利用超积累植物根系从土壤中吸取一种或多种重金属，并将其转移、贮存到地上部，通过收割从而去除土壤中重金属。植物挥发是指利用植物根系分泌的一些特殊物质或微生物使土壤中的Se、Hg、As等转化为挥发形态以去除其污染的一种方法。植物稳定是指利用植物根系固定土壤重金属的过程。重金属被根系吸收积累或者吸附在根系表面，也可通过根系分泌物在根际中被固定，该技术特别适用于土壤的重金属污染。通过种植超富集植物或一些对重金属抗性强、具有一定吸收富集能力且生物量大的耐性植物，逐步提取土壤中的有害元素，可以达到稳定废渣、控制重金属的迁移的目的。因此，找到合适的超积累植物是非常关键的。

[0005] 有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供头花蓼在重金属污染土壤修复中的应用，所述头花蓼对于砷和锡同时具有一定积累效果，可作为修复剂对砷污染、锡污染、或者砷锡复合污染的土壤进行修复。

[0006] 本发明提供了一种头花蓼在重金属污染土壤修复中的应用，所述污染土壤中包括砷和锡中的至少一种。

[0007] 本发明还提供了一种头花蓼作为重金属污染土壤修复功能植物的应用，所述污染土壤中包括砷和锡中的至少一种。

[0008] 优选的，所述头花蓼为生长良好、没有病变和干叶的头花蓼植株。

[0009] 优选的，所述头花蓼生长的基质中含有砷和锡中的至少一种。

[0010] 优选的，所述头花蓼生长的基质为尾矿库，含有镉、铬、铅、砷、锌、铜、镍和锡。

[0011] 优选的，所述头花蓼对重金属污染土壤修复属于植物提取方式或植物吸收方式。

[0012] 优选的，所述头花蓼对砷和锡的转运系数均大于1.0。

[0013] 本发明还提供了一种重金属污染土壤的修复方法，包括以下步骤：

[0014] A)将头花蓼种子拌匀撒播于重金属污染土壤中；或将头花蓼幼苗移植于重金属污染土壤中；

[0015] 所述污染土壤中包括砷和锡中的至少一种；

[0016] B)种植当年，留茬收割头花蓼植物的地上部分，或将整株头花蓼植物回收。

[0017] 本发明提供了一种头花蓼在重金属污染土壤修复中的应用，所述污染土壤中包括砷和锡中的至少一种。本发明从重金属尾矿库采集天然野生头花蓼植物样本，分析其对类金属砷和锡的积累特性。结果表明，头花蓼同时对重金属砷和锡具有耐性和积累特性，头花‑1 ‑1蓼地上部分的砷含量为106±13mg kg ，地下部分砷含量为41.4±12.2mg kg ，其生长基‑1 ‑2
质中砷的含量为1550±292mg kg ，相应其富集系数BAF为6.85×10 ，其转运系数TF为‑2
2.58，其根的浓缩系数BCF为2.67×10 ，表明头花蓼对砷有一定的富集、转运效果；此外，头‑1 ‑1
花蓼地上部分的锡含量为2.25±0.04mg kg ，地下部分的锡含量为1.51±0.18mg kg ，生‑1 ‑2 ‑3
长基质中的锡含量为170±83mg kg ，其BAF、TF、BCF分别为1.32×10 ，1.50，8.88×10 ，对锡也具备一定的富集、转运效果。因此，所述头花蓼对于砷和锡同时具有一定积累效果，可作为修复剂对砷污染、锡污染、或者砷锡复合污染的土壤进行修复。

[0018] 下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0019] 头花蓼(Polygonum capitatum Buch.‑Ham.exD.Don)，属蓼科、蓼属多年生草本被地植物，叶片彩色，花期长，匍匐成片生长，具有较高的观赏价值，是作为边坡护理和地被等的良好材料。分布于江西、两湖、两广及西南地区。头花蓼作为贵州苗族用药。

[0020] 本发明提供了一种头花蓼在重金属污染土壤修复中的应用，所述污染土壤中包括砷和锡中的至少一种。具体的，所述污染土壤中的污染元素为砷和锡。

[0021] 本发明还提供了一种头花蓼作为重金属污染土壤修复功能植物的应用，所述污染土壤中包括砷和锡中的至少一种。具体的，所述污染土壤中的污染元素为砷和锡。

[0022] 优选的，所述头花蓼为生长良好、没有病变和干叶的头花蓼植株。

[0023] 在本发明的一些实施方式中，所述头花蓼生长的基质中含有砷和锡中的至少一种。

[0024] 在本发明的一些实施方式中，所述头花蓼生长的基质为尾矿库，含有生物毒性显著的镉、铬、铅和类金属砷，以及具有毒性的锌、铜、镍和锡。

[0025] 本发明中，所述头花蓼对重金属污染土壤修复属于植物提取(或植物吸收)方式。植物提取是利用积累植物根系从土壤中吸取一种或多种重金属，并将其转移、贮存到地上部，通过收割从而去除土壤中重金属。本发明中，头花蓼对重金属污染土壤修复的方式不同于植物挥发方式和植物稳定(植物阻隔)方式。植物阻隔是指利用植物根系，将重金属被吸收积累或者吸附在根系表面，或通过根系分泌物被固定在根际土壤中，从而降低重金属的移动性和毒性。

[0026] 本发明还提供了一种重金属污染土壤的修复方法，包括以下步骤：

[0027] A)将头花蓼种子拌匀撒播于重金属污染土壤中；或将头花蓼幼苗移植于重金属污染土壤中；

[0028] 所述污染土壤中包括砷和锡中的至少一种；

[0029] B)种植当年，留茬收割头花蓼植物的地上部分，或将整株头花蓼植物回收。

[0030] 头花蓼是一年生植物，一般2月底～3月初播种，4～5月移苗，8月收割一次，10月收割第二次。

[0031] 在本发明的一些实施方式中，步骤B)具体包括：

[0032] 种植当年8月第一次留茬收割头花蓼植物的地上部分，种植当年10月，第二次留茬收割头花蓼植物的地上部分；

[0033] 或种植当年10月将整株头花蓼植物回收。

[0034] 在本发明的一些实施方式中，步骤B)中，留茬收割头花蓼植物的地上部分，或将整株头花蓼植物回收后，还包括：

[0035] 再播种头花蓼种子或移植头花蓼幼苗。

[0036] 本发明通过电感耦合等离子体原子发射光谱仪法测定头花蓼植物体中铜、镉、铬、锌、铅、锡、砷7种重金属的含量，研究了该植物对不同重金属的富集效果和耐性。研究结果表明，头花蓼对于不同金属的富集效果和耐性不同，且植物体的不同部位的富集效应也不同。

[0037] 本发明中，所述头花蓼对砷和锡的转运系数均大于1.0，具体的不小于1.5。

[0038] 本发明的研究表明，头花蓼同时对重金属砷和锡具有耐性和积累特性，头花蓼地‑1 ‑1上部分的砷含量为106±13mg kg ，地下部分砷含量为41.4±12.2mg kg ，其生长基质中‑1 ‑2
砷的含量为1550±292mg kg ，相应其富集系数BAF为6.85×10 ，其转运系数TF为2.58，其‑2
根的浓缩系数BCF为2.67×10 ，表明头花蓼对砷有一定的富集、转运效果；此外，头花蓼地‑1 ‑1
上部分的锡含量为2.25±0.04mg kg ，地下部分的锡含量为1.51±0.18mg kg ，生长基质‑1 ‑2 ‑3
中的锡含量为170±83mg kg ，其BAF、TF、BCF分别为1.32×10 ，1.50，8.88×10 ，对锡也具备一定的富集效果。

[0039] 本发明对上文采用的原料来源并无特殊的限制，可以为一般市售。

[0040] 为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的头花蓼在重金属污染土壤修复中的应用进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。

[0041] 本发明实施例中的头花蓼是从云南省个旧市尾矿库区获得，其地理位置为东经103.144847，北纬23.313903，海拔1905.3m。所生长的基质为尾矿砂，其中主要含有生物毒性显著的镉、铬、铅和类金属砷，以及具有毒性的锌、铜、镍、锡，这种植物未出现任何受毒害现象，长势良好，生物量较大，在尾矿库表面成片分布。分别采集头花蓼的地上部分和地下部分以及所生长的基质，分析其对重金属富集效果和耐性。所选植物应具有一定的生物量，长势良好，未出现被重金属毒害的性状，头花蓼满足这样的要求。

[0042] 实施例1

[0043] 头花蓼修复重金属的应用研究，包括以下步骤：

[0044] 1)植物样品和土壤样品的采集：

[0045] 在头花蓼生长分布区域，挑选5株生长良好，没有病变和干叶的当年生植株(种植当年10月收割的整株头花蓼植物)，将根部的残渣完全清除，整株完全采集，将采集到的多株样品用塑料样品袋密封备用；在采集植物样品的同时清除植株根部表面5cm厚的覆土，并取5～30cm段的土壤，将多点采集的土壤混匀，密封备用。

[0046] 所述头花蓼生长的基质为尾矿库，含有生物毒性显著的镉、铬、铅和类金属砷，以及具有毒性的锌、铜、镍和锡。

[0047] 2)植物样品的预处理：采集的植物样品，先用自来水冲洗干净泥土及其他粘附物，再用去离子水冲洗干净，将地下部分和地上部分分开，在100℃处理30min，然后在50℃下恒温干燥至恒重，用研钵将干燥样品粉碎，密封备用。

[0048] 3)矿渣样品的预处理：采集的矿渣样品，先挑除大的石砾和可能存在的植物残体，然后在室温条件下阴干至恒重，然后通过球磨机将干燥的样品粉碎全部过2mm筛网，密封备用。

[0049] 4)植物样品的消解和测定：准确称取地上部分和地下部分各0.5g(精确至±0.0001g)，根据《GB 5009.268‑2016食品安全国家标准食品中多元素的测定》的程序，进行微波消解，并利用电感耦合等离子体原子发射光谱仪，来测定其中铜、镉、铬、锌、铅、锡、砷的含量。

[0050] 5)土壤样品的消解和测定：准确称取处理好的土壤样品1g(精确至±0.0001g)，置于聚四氟乙烯坩埚中(设置3组平行样)，加入5mL王水，加盖，于电热板上消化，温度控制在120℃；视消解情况，反复添加王水至液体性状不再发生变化，开盖，适当降温至100℃；然后反复加入1mL氢氟酸(优级纯)，期间反复摇晃杯体，达到飞硅的目的；最后加入1mL高氯酸(优级纯)进一步消化至溶液澄清无色，升温至165℃赶酸至近干。将消化好的样品用超纯水完全转移至50mL容量瓶中定容。消化液采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪，测定其中铜、铬、镍、锌、铅、镉、砷、锡的含量(3组平行样的平均值)，数据如表1所示。

[0051] 表1头花蓼不同部位的金属含量(mg kg‑1)和富集系数BAF、转运系数TF、浓缩系数BCF

[0052]

[0053] 植物体的富集系数BAF定义为：植物体地上部分某种重金属含量与所生长的基质中该种重金属含量的比值。该系数可以反映植物对重金属积累能力大小，富集系数越大，其富集能力越强。尤其是植物地上部富集系数越大，越利于植物提取修复，因为地上部生物量比较容易收获。植物地上部分富集系数大于1，意味着植物地上部分某种重金属含量大于所生长基质中该种重金属的浓度，是超富集植物区别于普通植物对重金属积累的一个重要特征。

[0054] 植物体地上部分和根部中某种重金属的含量的比值称为转运系数TF，可以反映出植物体重金属的分布情况，转运系数较高，越有利于地上部分对重金属的提取，反之，富集效果较差。

[0055] 植物体根部和生长基质中某种重金属的含量的比值称为浓缩系数BCF，当富集系数BAF和转运系数TF都较低时，而浓缩系数较高，表明植物体对该种重金属具有较好的耐性，生长基质中的重金属主要富集在植物体的根部，是植物体耐受性的标准。

[0056] 由表1可以看出，头花蓼对铜、镍、锌、铅、镉、砷、锡、铬元素都表现出较好的转运、富集效应，TF系数都大于1.0，有的甚至高于3，比如铬。头花蓼地上部分的砷含量为106±‑1 ‑113mg kg ，地下部分砷含量为41.4±12.2mg kg ，其生长基质中砷的含量为1550±292mg ‑1 ‑2
kg ，相应其富集系数BAF为6.85×10 ，其转运系数TF为2.58，其根的浓缩系数BCF为2.67‑2
×10 ，表明头花蓼对砷有一定的富集、转运效果；此外，头花蓼地上部分的锡含量为2.25±‑1 ‑1
0.04mg kg ，地下部分的锡含量为1.51±0.18mg kg ，生长基质中的锡含量为170±83mg ‑1 ‑2 ‑3
kg ，其BAF、TF、BCF分别为1.32×10 ，1.50，8.88×10 ，对锡也具备一定的富集、转运效果。

[0057] 而参见文献“头花蓼对土壤中锑的累积特征及健康风险评价，胡霞、王丽、田怡、刘吉、杨爱江，中国无机分析化学，第12卷第3期，40～47”摘要部分的记载可知，头花蓼对锑的转运系数为0.13～0.24(平均值为0.18)，说明头花蓼将锑从根部至地面的转移能力比较弱。

[0058] 根据以上头花蓼对不同重金属的富集结果的分析，我们可以看出头花蓼对于砷和锡同时具有一定积累效果，对于砷污染或锡污染，或者砷和锡的复合污染的土壤修复都具有应用的潜力，可作为重金属污染土壤的土壤修复功能植物。

[0059] 本发明可将头花蓼种植一定年限后，将整株植物回收，再播种或移植幼苗，利用头花蓼减少污染土壤中重金属含量。

[0060] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。