專利名稱：一種提高低濃度砷污染土壤植物修復(fù)效率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及污染生態(tài)恢復(fù)技術(shù)，具體涉及低濃度砷污染
農(nóng)田土壤植物修復(fù)的方法。
二背景技術(shù)：
重金屬污染土壤的修復(fù)研究正受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，而生物修復(fù)重金屬污染土 壤更是眾所關(guān)注的焦點(diǎn)，對砷污染土壤也不例外(夏運(yùn)生等.，2008 ;LiaoX Y et al. ，2005 ; Chen T B et al. ，2006;)。砷是一種在自然界中分布極為廣泛、毒性很強(qiáng)的類金屬。各 種砷污染物可不同程度地引起急性、亞急性和慢性砷中毒，還可誘發(fā)皮膚癌、肺癌和膀胱癌 (Badal K M et al. ，2002 ;)。近年來，在我國新疆、內(nèi)蒙古、貴州以及孟加拉國、印度和東南 亞等地由于砷污染引起的不良環(huán)境問題，給人們的生產(chǎn)、生活和健康帶來了嚴(yán)重的危害。土 壤是人類賴以生存的寶貴的不可再生資源。自然土壤中的砷主要來源于成土母質(zhì)。人類活 動如采礦、冶煉、污灌、施肥、殺蟲劑和木材防腐劑的施用都可能引起土壤砷污染。從外界進(jìn) 入土壤的砷，易累積在耕作層(廖曉勇等.，2003 ;)。土壤中累積過量砷，不僅影響農(nóng)作物生 長，還對人體健康和生態(tài)安全存在著極大威脅，其治理技術(shù)已成為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的焦 點(diǎn)之一 (白建峰等.，2007 ;郭偉等.，2006 ;夏運(yùn)生等.，2008 ;Liao X Y et al. ，2005 ;Chen T B et al. ，2006 ;)。由于土壤砷污染存在量大面廣的特點(diǎn)(Liao X Y et al. ，2003 ;)，應(yīng)用 傳統(tǒng)的污染土壤修復(fù)技術(shù)存在技術(shù)難度較大、成本較高等問題。近年來發(fā)展起來的植物修 復(fù)技術(shù)，如超富集砷植物一蜈蚣草的發(fā)現(xiàn)，更是掀起了植物修復(fù)研究熱潮(Ma L Q etal.， 2001 ;Liao X Y et al. ，2003 ;)。但蜈蚣草為多年生蕨類，原產(chǎn)于熱帶和亞熱帶地區(qū)，需要 在特定的環(huán)境中生長，且前期生長慢，限制了其在生產(chǎn)上的大面積推廣應(yīng)用。因此，通過各 種途徑提高生物量大、抗病性強(qiáng)而又速生的普通植物的重(類)金屬耐性是另一種選擇， 這樣不僅可以有效恢復(fù)污染土壤的自然植被和生態(tài)，甚至可以維持正常的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)(陳保 冬，2002 ;)。 玉米是最主要的C4植物之一，由于生長迅速、生物量大，而且對砷的耐性較強(qiáng)，因 而是一種理想的修復(fù)材料(夏運(yùn)生等.，2008 ;劉華琳.，2008 ;)。眾所周知，叢枝菌根真菌 可以通過多種方式或途徑影響植物的生理代謝和生長發(fā)育過程，增強(qiáng)植物對礦質(zhì)元素的吸 收、提高植物的抗逆性、增強(qiáng)抗病性、改善植物根際微環(huán)境，減輕重金屬對植物的毒害，影響 植物對重金屬的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)(Bai J Fet al. ，2008 ;Dong Y et al. ，2008 ;Feng G et al.， 2002;Hodge A. ， 2003 ;)，在重金屬污染土壤的植物修復(fù)中顯示出極大的應(yīng)用潛力。近年很 多研究表明，菌根真菌能夠提高植物對砷的耐性，如增強(qiáng)三葉草、黑麥草和玉米對砷的耐性 (Bai JF et al. ，2008 ;Dong Y et al. ，2008 ;)，因而在砷污染土壤修復(fù)中將植物修復(fù)與菌 根技術(shù)聯(lián)合起來具有較大應(yīng)用前景。 除AM真菌外，在重金屬污染土壤中接種蚯蚓也有利于植物的生長(Ma Y etal.， 2006 ;)，因?yàn)轵穷D可以通過穴居和翻動作用影響土壤疏水和通氣，進(jìn)而影響土壤中污染物 的形態(tài)、溶解性和毒性等(Langdon C J et al. ， 1999 ;)。研究發(fā)現(xiàn)，Morgan等發(fā)現(xiàn)在含較
3高砷土壤中蚯蚓任能存活；并且蚯蚓的存在能促進(jìn)AM真菌的擴(kuò)散，進(jìn)而促進(jìn)AM真菌侵染， 使植物更好的吸收營養(yǎng)物質(zhì)。 從以上資料可以看出目前，對AM真菌與重金屬的研究也就日漸成為熱點(diǎn)，研究 領(lǐng)域也拓展到重金屬污染下的菌根生理、生態(tài)、開發(fā)、應(yīng)用等諸多方面；蚯蚓在重金屬修復(fù) 中的作用也引起了人們的關(guān)注。AM真菌與蚯蚓聯(lián)合是否會促進(jìn)植物的生長、是否能促進(jìn)植 物吸收更高含量的重金屬和提高修復(fù)效率，關(guān)于AM真菌與蚯蚓之間交互作用對植物生長 影響的研究仍然較少，并且很少有研究將AM真菌與蚯蚓結(jié)合起來運(yùn)用到低濃度砷污染土 壤的實(shí)地修復(fù)中。
三
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對目前低濃度砷污染土壤修復(fù)中存在的問題，提出一種提高低砷污染土 壤植物修復(fù)效率的方法，該方法通過促進(jìn)植物生長、改善土壤環(huán)境，從而促進(jìn)砷的植物吸收 和散失，進(jìn)而達(dá)到提高低濃度砷污染土壤植物修復(fù)效率的目的。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種提高低濃度砷污染土壤植物修復(fù)效率的方法。該 方法利用玉米作為修復(fù)植物，通過接種高效AM菌根真菌和蚯蚓來改善玉米生長、促進(jìn)砷吸 收和改善土壤環(huán)境。
方法步驟如下 1.所述AM菌根真菌為Glomus s卯.和Acaulospora s卯組成的促進(jìn)植物吸收砷 的高效復(fù)合菌劑。 2. AM菌根真菌菌劑擴(kuò)繁夏季用蘇丹草(Sorghum Sudanese (Piper) Stapf.)、冬 季用三葉草擴(kuò)繁，基質(zhì)為河沙；宿主植物長好后，去掉宿主植物地上部分，把根剪碎，以含有 真菌孢子、菌絲、侵染根段等繁殖體的根際土壤為復(fù)合菌劑接種物。 3.菌根化玉米苗育苗種植前兩周將玉米在室內(nèi)育苗，育苗時(shí)，在玉米種子下方 土壤采用層施法接入AM菌根真菌復(fù)合菌劑，常規(guī)管理。 4.玉米苗移栽和蚯蚓接種。移栽前先撒入粉碎的水稻秸稈，然后將地翻耕、平整。 玉米苗采用穴栽法移植，移植前，先在每穴中接入AM菌根真菌復(fù)合菌劑50g，接入赤子愛勝 蚓10條以上。為保證蚯蚓的成活率，在接種蚯蚓時(shí)一起加入一些粉碎的水稻秸稈。為防止 蚯蚓逃逸，在四周田埂埋設(shè)塑料阻擋墻。常規(guī)田間管理。 5.玉米生長季結(jié)束后，連根拔起，整株收獲玉米。收獲的玉米集中處理。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的在砷污染土壤中種植玉米，利用其生物量較大，生 長期較短，并使其菌根化，同時(shí)加入蚯蚓，充分利用植物根際微域環(huán)境，從而加快對低濃度 砷污染土壤的修復(fù)。本發(fā)明的目的是將AM真菌與蚯蚓結(jié)合起來用于植物修復(fù)低濃度砷污 染土壤，改善根際微環(huán)境，促進(jìn)植物生長，從而促進(jìn)砷的植物吸收和散失，進(jìn)而達(dá)到提高低 濃度砷污染土壤植物修復(fù)效率的目的。研究結(jié)果表明接種AM真菌和蚯蚓提高土壤pH值 和土壤磷酸酶活性，改善土壤環(huán)境，促進(jìn)玉米的生長。接種AM真菌、接種蚯蚓、AM真菌與蚯 蚓雙接種都加快了玉米對砷污染土壤的修復(fù)，三年修復(fù)效率最高為67. 6%。
四

圖l為技術(shù)路線 圖2為接種AM真菌、蚯頓和玉米對土壤中砷含量影響示意圖。
五具體實(shí)施方式

實(shí)施例l: AM菌根真菌菌劑擴(kuò)繁供試AM菌根真菌為Glomus spp.和Acaulosporaspp組成 的促進(jìn)植物吸收砷的高效復(fù)合菌劑。夏季用蘇丹草(Sorghum Sudanese (Piper) St即f.)、冬 季用三葉草擴(kuò)繁，基質(zhì)為河沙；宿主植物長好后，去掉宿主植物地上部分，把根剪碎，以含有 真菌孢子、菌絲、侵染根段等繁殖體的根際土壤為復(fù)合菌劑接種物。
實(shí)施例2: 供試土壤采至江蘇省吳江市黎里鎮(zhèn)，土壤理化性質(zhì)為有機(jī)質(zhì)20. 90g. kg—、全N
1. 27g. kg—、全P 0. 31g. kg—、有效K 87. 13mg. kg—、 pH 6.2(1 : 2. 5水浸提)。 將上述土壤混勻，室內(nèi)繁育玉米的菌根化苗與非菌根化苗。玉米菌根化苗在玉米
種子下方土壤采用層施法接入AM菌根真菌復(fù)合菌劑；非菌根化苗則層接滅活菌劑50g，育
苗2周后移栽。 實(shí)施例3 : 試驗(yàn)區(qū)概況試驗(yàn)區(qū)位于江蘇省吳江市黎里鎮(zhèn)，重點(diǎn)污染元素As :31. 2mg/kg， 土 壤理化性質(zhì)同實(shí)施例2。 試驗(yàn)方案本研究設(shè)計(jì)4個(gè)處理不接種對照(CK)、接種蚯蚓(E)、接種AM真菌 (M)、接種AM真菌和蚯蚓(EM)，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每個(gè)小區(qū)10m2，隨機(jī)排列。玉米幼苗于4 月移栽，玉米間距為40cmX40cm。移栽時(shí)，對照處理和蚯蚓處理移栽非菌根化苗，其它處理 移栽菌根化苗。接種AM菌劑的處理于移栽前再接入50g菌劑于苗穴中；接種蚯蚓的處理在 移栽前先施加一些粉碎的稻草，然后接入蚯蚓，每穴10條。接種蚯蚓的小區(qū)周圍用塑料擋 板圍起來，以防蚯蚓逃逸。玉米按常規(guī)田間管理，生長兩個(gè)月后采集土壤和植物樣品進(jìn)行分 析。 樣品處理土樣采用王水3 : 1消化，消化后的溶液樣品用原子熒光光譜法測定 As含量。 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用SPSS11. 5軟件處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，Duncan多重比較各處理之間的差異 顯著性(P < 0. 05) 研究結(jié)果表明，經(jīng)三年玉米修復(fù)后，不同處理土壤中砷含量情況如圖2所示。對 照、接種蚯蚓、接種AM真菌、蚯蚓與AM真菌雙接種處理砷含量分別下降到19. 70mg kg一1、 15. 60mg kg—\13. 90mg kg—丄、10. 10mg kg—、對砷的修復(fù)效率分別達(dá)到36. 9%、50. 0%、 55. 4% 、67. 6%。接種處理(M、E、EM) 土壤中砷含量均顯著低于對照(p < 0. 05) 。 AM真菌 與蚯蚓雙接種的處理土壤中砷濃度最低，對砷的修復(fù)效率約比對照提高了 30.8%。由此可 知，玉米對低砷污染土壤有一定的修復(fù)作用，接種AM真菌與蚯蚓可以加快玉米對低砷污染 土壤的修復(fù)，種植玉米，并同時(shí)接種AM真菌與蚯蚓對砷的修復(fù)效率最高為67. 6% 。
權(quán)利要求
一種提高低濃度砷污染土壤植物修復(fù)效率的方法。其特征在于，對玉米接種叢枝菌根真菌，使其菌根化，并將叢枝菌根真菌、蚯蚓結(jié)合起來用于植物修復(fù)。
2. 如權(quán)利要求1所述低濃度砷污染土壤修復(fù)效率的方法。其特征在于，包括以下步驟a、 AM菌根真菌菌劑所用菌劑主要由Glomus spp.和Acaulospora s卯組成的促進(jìn)植物吸收砷高效復(fù)合菌劑。b、 菌根化玉米苗育苗種植前兩周將玉米在室內(nèi)育苗，育苗時(shí)，在玉米種子下方土壤采用層施法接入AM菌根真菌復(fù)合菌劑，非菌根化玉米苗則接入滅活的菌劑，常規(guī)管理。c、 玉米苗移植和蚯蚓接種。移栽前先撒入粉碎的水稻秸稈，然后將地翻耕、平整。玉米苗采用穴栽法移植，并接種AM真菌和蚯蚓。d、 常規(guī)田間管理。玉米生長季結(jié)束后，連根拔起，整株收獲玉米。e、 將收獲物轉(zhuǎn)移到其他地方集中安全處理，以達(dá)到從污染土地中迅速清楚砷污染物并避免二次污染的目的。
3. 如權(quán)利要求2所述，其特征在于，AM菌根真菌宿主植物夏季用蘇丹草(SorghumSudanese (Piper) St即f.)、冬季用三葉草擴(kuò)繁，基質(zhì)為河沙；宿主植物長好后，去掉宿主植物地上部分，把根剪碎，以含有真菌孢子、菌絲、侵染根段等繁殖體的根際土壤為復(fù)合菌劑接種物。
4. 如權(quán)利要求2所述，其特征在于，(1) 所述整地是在移栽前將地翻耕，并挖排水溝，防止積水引起根腐爛。(2) 所述接種AM真菌，移植前，先在每穴中接入AM菌根真菌復(fù)合菌劑50g，(3) 所述接種蚯蚓，每株接入赤子愛勝蚓IO條以上。為保證蚯蚓的成活率，在接種蚯蚓時(shí)一起加入一些粉碎的水稻秸稈。為防止蚯蚓逃逸，在田埂四周埋設(shè)塑料阻擋墻。
5. 如權(quán)利要求2所述，其特征在于，所述集中安全處理，是在其它地方進(jìn)行安全焚燒或安全填埋。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高低濃度砷污染土壤植物修復(fù)效率的方法。包括以下步驟在砷污染農(nóng)田中種植玉米，并接種叢枝菌根真菌和蚯蚓，玉米生長季結(jié)束后，連根拔起，整株收獲玉米并集中處理。本發(fā)明充分挖掘植物、微生物、動物修復(fù)砷的潛力，接種AM真菌和蚯蚓通過促進(jìn)植物生長、提高土壤磷酸酶活性和活化土壤中的砷，從而促進(jìn)砷的植物吸收和散失，進(jìn)而達(dá)到提高低濃度砷污染土壤植物修復(fù)效率的目的。本發(fā)明方法將微生物-動物-植物聯(lián)合起來用于砷污染農(nóng)田原位修復(fù)，操作簡便，操作環(huán)境友好，且不會帶來二次污染，處理成本降低，具有良好的環(huán)境效應(yīng)。
文檔編號A01G7/06GK101704015SQ20091003146
公開日2010年5月12日 申請日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日
發(fā)明者丁海紅, 嚴(yán)大富, 史東英, 吳福官, 吳美芳, 周虹杰, 尹睿, 張偉秋, 徐曉波, 徐燕, 徐紅梅, 朱福官, 李新奇, 李江元, 林先貴, 柳敏, 棟楓, 沈生元, 沈耀明, 王天榮, 白建鋒, 秦淑平, 穆利明, 羅成定, 肖艷平, 莫美英, 蔡后虎, 許興根, 許建華, 費(fèi)慶華, 邵玉芳, 陳文華, 陳雪明, 韓國新 申請人:吳江市土壤肥料技術(shù)指導(dǎo)站