專利名稱：一種利用礦業(yè)廢棄地篩選重金屬超積累植物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用礦業(yè)廢棄地篩選重金屬超積累植物的方法。屬污染生態(tài)學(xué)、 植物修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
土壤重金屬污染已經(jīng)成為一個(gè)世界性的環(huán)境問(wèn)題，重金屬污染土壤對(duì)農(nóng)作物的影響，不僅表現(xiàn)在減少作物產(chǎn)量和降低農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，更為嚴(yán)重的是這些污染物可以在土壤中存在幾十年、甚至數(shù)百年都不會(huì)被降解，并且通過(guò)食物鏈進(jìn)入動(dòng)植物和人體危害人畜健康。 長(zhǎng)期以來(lái)，人們都在致力于重金屬污染土壤的治理與修復(fù)，先后發(fā)明了物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)等技術(shù)。植物修復(fù)技術(shù)屬生物修復(fù)的范疇，是以植物忍耐和超積累某些污染物的理論為基礎(chǔ)，利用超積累植物根系吸收污染土壤中的有毒有害物質(zhì)并運(yùn)輸至植物的地上部分，通過(guò)收割植株并集中處理移除土壤中污染物的技術(shù)，其核心是篩選合適的超積累植物。由于植物修復(fù)具有物理、化學(xué)修復(fù)所無(wú)法比擬的費(fèi)用低廉、不破壞場(chǎng)地結(jié)構(gòu)、不造成地下水二次污染以及能進(jìn)行大規(guī)模治污等優(yōu)勢(shì)，被國(guó)際上列入未來(lái)非常有前途的土壤重金屬污染治理技術(shù)。目前，篩選重金屬超積累植物的途徑主要有三條，即野外找尋、室內(nèi)盆栽篩選和植物育種。野生型超積累植物生態(tài)適應(yīng)性好，重金屬超富集能力強(qiáng)，但植株矮小，生長(zhǎng)速度慢， 生物量小，不利于機(jī)械收獲和大規(guī)模的工程治理；室內(nèi)盆栽試驗(yàn)易于控制，重復(fù)性好，結(jié)果比較精確，但篩選出的重金屬超積累植物生態(tài)適應(yīng)性較差，影響大田種植效果；傳統(tǒng)的植物育種周期長(zhǎng)，種質(zhì)資源有限，實(shí)際應(yīng)用很少；采用基因工程技術(shù)，可使重金屬超積累植物的生物學(xué)性狀得到較大的改善和提高，但受條件和技術(shù)所限，其應(yīng)用受到極大的限制。迄今， 全世界大約發(fā)現(xiàn)了 500種重金屬超積累植物，但主要停留在理論研究階段，大田修復(fù)試驗(yàn)成功的報(bào)道還不多，篩選生物量大、生長(zhǎng)快、適應(yīng)性強(qiáng)的重金屬超積累植物，是植物修復(fù)領(lǐng)域的重要課題。礦業(yè)廢棄地是指廢棄礦址、尾礦堆、洗選廠址等土壤重金屬含量背景值高的地區(qū)。 礦業(yè)廢棄地多為重金屬?gòu)?fù)合污染，隨著土壤特性的改善和重金屬對(duì)植物毒性的降低，經(jīng)過(guò)自然演替，這些原本植被嚴(yán)重退化或寸草不生的重金屬異常污染區(qū)也會(huì)形成獨(dú)特的自然植被，其中包括一些重金屬超積累植物。因此，在礦業(yè)廢棄地引種或種植特定植物，可以篩選到理想的對(duì)重金屬超積累植物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為重金屬超積累植物提供一種結(jié)果穩(wěn)定精確的篩選技術(shù)，該技術(shù)具有實(shí)驗(yàn)周期短、操作簡(jiǎn)便、成本低廉的特征。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案一種利用礦業(yè)廢棄地篩選重金屬超積累植物的方法，其特征是以礦業(yè)廢棄地為種植地，選擇礦業(yè)廢棄地所在區(qū)域的本土植物為篩選植物， 在種植地種植篩選植物后，測(cè)定植株體內(nèi)的重金屬含量，同時(shí)測(cè)定株高和生物量，對(duì)照重金屬超積累植物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)其超積累特性，由此篩選出重金屬超積累植物。所述的測(cè)定植株體內(nèi)的重金屬含量時(shí)，采用干灰化-原子吸收分光光度法測(cè)定。所述的利用礦業(yè)廢棄地篩選重金屬超積累植物的方法，其篩選步驟依次為步驟1、選擇復(fù)合重金屬污染、自然條件較好的礦業(yè)廢棄地為種植地，調(diào)查種植地的環(huán)境條件和自然植被，采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法測(cè)定土壤金屬含量；步驟2、選擇適應(yīng)種植地所在地區(qū)氣候環(huán)境條件的本土植物為篩選植物，所選植物具有生長(zhǎng)速度快、生物量大、耐瘠薄的特點(diǎn)；步驟3、根據(jù)篩選植物的類別和種植材料的要求，整理種植地，使之土壤深度適宜， 土壤顆粒細(xì)小，無(wú)雜草生長(zhǎng)；步驟4、選擇取材和栽種易的種植材料栽種，栽種后及時(shí)中耕管理；步驟5、用干灰化-原子吸收分光光度法測(cè)定所栽種的種植材料植株體內(nèi)的重金屬含量，同時(shí)測(cè)定株高和生物量，對(duì)照重金屬超積累植物的標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)其超積累特性，篩選出重金屬超積累植物；重金屬超積累植物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)植株葉片或地上部分含Au達(dá)到Img/ kg, Cd 達(dá)到 100mg/kg，Co、Cu、Ni、Pb、As 達(dá)到 1000mg/kg，Mn、Si 達(dá)到 10000mg/kg 以上，且同時(shí)滿足S/R > 1的植物，S和R分別指植物地上部分和根部重金屬的含量。其篩選步驟1中種植地土壤金屬含量測(cè)定，采用二乙烯三胺五乙酸(DTPA)浸提-原子吸收分光光度法測(cè)定。本發(fā)明篩選重金屬超積累植物所用試驗(yàn)材料及儀器設(shè)備植物材料蓖麻(Ricinus communis)種子；化學(xué)試劑(1)DTPA[二乙烯三胺五乙酸]；(2) HNO3 ； (3) HCl ； (4) HClO4 ；主要儀器馬弗爐、分光光度計(jì)、電熱干燥箱、生物培養(yǎng)箱。本發(fā)明篩選重金屬超積累植物的操作步驟依次為第一步、選擇種植地種植地位于湖北大冶銅綠山銅礦露采場(chǎng)附近的廢棄開(kāi)采區(qū)，試驗(yàn)前調(diào)查自然概況，測(cè)定土壤的金屬元素含量。第二步、確定篩選植物選擇大冶銅綠山自然散生的野生蓖麻為篩選植物。蓖麻株型高大，根系發(fā)達(dá)，耐瘠薄，適應(yīng)性強(qiáng)，在我國(guó)各地均有栽培，是理想的環(huán)保植物和經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的油料作物。第三步、種植地整理采用機(jī)械加人工的方法整理種植地。種植地用機(jī)械深翻后，進(jìn)行人工平整，使之適合蓖麻播種和生長(zhǎng)。第四步、種植與管理以野生蓖麻種子為種植材料。播種前進(jìn)行種子發(fā)芽試驗(yàn)，檢驗(yàn)種子的質(zhì)量；播種時(shí)進(jìn)行藥劑消毒和催芽，提高播種的成苗率；播種出苗后及時(shí)間苗、定苗和中耕管理。第五步、評(píng)價(jià)與篩選測(cè)定蓖麻成株的株高、生物量和體內(nèi)重金屬含量，評(píng)價(jià)蓖麻的重金屬超積累特性。 重金屬超積累植物的標(biāo)準(zhǔn)為植株葉片或地上部分(DW，干重)含Au達(dá)到lmg/kg，Cd達(dá)到 100mg/kg，Co、Cu、Ni、Pb、As 達(dá)到 1000mg/kg，Mn、Zn 達(dá)到 10000mg/kg 以上，且同時(shí)滿足 S/ R > 1的植物(Brooks，1977)，其中S和R分別指植物地上部分和根部重金屬的含量。
具體實(shí)施例方式利用礦業(yè)廢棄地篩選超積累植物的操作步驟依次為1、種植地概況①面積種植地分為3個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)400m2，共計(jì)1200m2。②自然條件種植地所在礦區(qū)地質(zhì)屬巖漿期后矽卡巖型接觸交代含銅磁鐵礦，土體較疏松，長(zhǎng)期的強(qiáng)烈風(fēng)化侵蝕和開(kāi)采過(guò)程中遺存的礦渣，成為重要的土壤污染物。本區(qū)年均氣溫17°C，年均降雨量1632. 5mm，雨量充沛，降水季節(jié)明顯，多集中在3 8月；植被為由 ^31 (Cynodon dactylon) > (Imperata cylindrgicEi)、里予古月胃卜(Deiucus carota)
草(Echinochlon crusgalli)、酸模葉蓼(Polygonum sp.)等構(gòu)成的草叢。③土壤重金屬元素含量于種植地隨機(jī)采集深O 15cm 土層的混合土樣，經(jīng)室內(nèi)風(fēng)干，磨碎，過(guò)100目篩，混合酸(HN03+HC1+HC104，三種酸的摩爾比例為1 3 1)消化，定容，DTPA浸提(PH7. 3，土樣與DTPA質(zhì)量比=2 1) _原子吸收分光光度法測(cè)定土壤金屬含量，結(jié)果表明(見(jiàn)表1)，種植地土壤含有Cu、Fe、Zn、Mn、Pb等金屬元素，其中Cu、Zn、Mn等重金屬元素的平均含量依次為5829. 33mg · kg4、214. 78mg · kg"1和1424. 48mg · kg、遠(yuǎn)大于土壤中植物Cu、Zn、Mn的中毒臨界值，屬于復(fù)合重金屬污染土壤。土壤中植物中毒臨界值Cu 為 IOOmg · kg人 Zn 為 50mg · kg-1, Mn 為 300mg · kg人上述情況表明，種植地的自然條件和土壤重金屬含量，符合本發(fā)明篩選重金屬超積累植物的要求。表1試驗(yàn)區(qū)土壤的金屬元素含量(mg · kg—1)
權(quán)利要求
1.一種利用礦業(yè)廢棄地篩選重金屬超積累植物的方法，其特征是以礦業(yè)廢棄地為種植地，選擇礦業(yè)廢棄地所在區(qū)域的本土植物為篩選植物，在種植地種植篩選植物后，測(cè)定植株體內(nèi)的重金屬含量，同時(shí)測(cè)定株高和生物量，對(duì)照重金屬超積累植物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)其超積累特性，由此篩選出重金屬超積累植物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用礦業(yè)廢棄地篩選重金屬超積累植物的方法，其特征是 所述的測(cè)定植株體內(nèi)的重金屬含量時(shí)，采用干灰化-原子吸收分光光度法測(cè)定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用礦業(yè)廢棄地篩選重金屬超積累植物的方法，其特征是篩選步驟依次為步驟1、選擇復(fù)合重金屬污染、自然條件較好的礦業(yè)廢棄地為種植地，調(diào)查種植地的環(huán)境條件和自然植被，采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法測(cè)定土壤金屬含量；步驟2、選擇適應(yīng)種植地所在地區(qū)氣候環(huán)境條件的本土植物為篩選植物，所選植物具有生長(zhǎng)速度快、生物量大、耐瘠薄的特點(diǎn)；步驟3、根據(jù)篩選植物的類別和種植材料的要求，整理種植地，使之土壤深度適宜，土壤顆粒細(xì)小，無(wú)雜草生長(zhǎng)；步驟4、選擇取材和栽種易的種植材料栽種，栽種后及時(shí)中耕管理； 步驟5、用干灰化-原子吸收分光光度法測(cè)定所栽種的種植材料植株體內(nèi)的重金屬含量，同時(shí)測(cè)定株高和生物量，對(duì)照重金屬超積累植物的標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)其超積累特性，篩選出重金屬超積累植物；重金屬超積累植物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)植株葉片或地上部分含Au達(dá)到lmg/kg， Cd 達(dá)到 10011^/1^，(0、01、附、？13、48達(dá)到 1000mg/kg，Mn、Si 達(dá)到 10000mg/kg 以上，且同時(shí)滿足S/R > 1的植物，S和R分別指植物地上部分和根部重金屬的含量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用礦業(yè)廢棄地篩選重金屬超積累植物的方法，其特征是 篩選步驟1中種植地土壤金屬含量測(cè)定，采用二乙烯三胺五乙酸浸提-原子吸收分光光度法測(cè)定。
全文摘要
本發(fā)明涉及植物修復(fù)技術(shù)，具體地說(shuō)是一種利用礦業(yè)廢棄地篩選重金屬超積累植物的方法。具體方法為以受重金屬?gòu)?fù)合污染的礦業(yè)廢棄地為種植地，選擇本土植物為篩選植物，在礦業(yè)廢棄地上種植篩選植物，通過(guò)測(cè)定植物的金屬元素含量、生長(zhǎng)速度和生物量，對(duì)照重金屬超積累植物的標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)植物的超積累特性，篩選出重金屬超積累植物。本發(fā)明精確性和穩(wěn)定性高、實(shí)驗(yàn)周期短、實(shí)驗(yàn)成本低和操作簡(jiǎn)單，采用本發(fā)明的篩選方法篩選出的重金屬超積累植物具有生長(zhǎng)速度快、生物量大、適應(yīng)性好和積累性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，植物修復(fù)的潛力較大。
文檔編號(hào)A01B79/02GK102246642SQ20111008935
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月11日
發(fā)明者康薇, 鄭進(jìn) 申請(qǐng)人:黃石理工學(xué)院