專利名稱：一種利用豆科灌木修復(fù)重金屬鎘污染土壤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土壤污染治理領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種利用豆科灌木修復(fù)重金屬鎘污染土壤的方法。

背景技術(shù)：
土壤是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要自然資源，但是隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展以及城市化進(jìn)程的加劇，我國土壤環(huán)境污染也日趨嚴(yán)重，其中，土壤重金屬污染是一個(gè)全球關(guān)注的熱點(diǎn)問題。目前我國受重金屬污染的耕地面積近2×107m2，約占總耕地面積的1/5，由此造成每年糧食減產(chǎn)1×107多噸，被重金屬污染的糧食每年達(dá)到1.2×107噸，每年經(jīng)濟(jì)損失至少2×107元。重金屬元素在土壤中一般不易隨水移動，具有相對穩(wěn)定性，不能被微生物降解，而在土壤中累積，甚至有可能轉(zhuǎn)化成毒性更強(qiáng)的甲基化合物，通過植物吸收在植物體內(nèi)富集轉(zhuǎn)化，并進(jìn)一步通過食物鏈危害人體健康。如世界上土壤污染最為嚴(yán)重的國家之一日本，在20世紀(jì)60年代先后出現(xiàn)的因Hg污染引發(fā)的“水俁病”以及因Cd污染造成的“骨痛病”就是典型的例證。因此，土壤重金屬污染的治理與修復(fù)已成為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域中國內(nèi)外學(xué)者們的熱點(diǎn)研究課題之一。當(dāng)前，土壤的重金屬污染主要集中在Cd、Hg、Pb、Cr、As等生物毒性顯著的元素污染，而Cd以移動性大、毒性高，成為最受關(guān)注的元素。近幾年來，無論在中國還是在世界范圍內(nèi)，如何控制和減輕重金屬Cd對環(huán)境的污染和危害己成為一個(gè)備受關(guān)注的課題。
目前土壤重金屬污染的修復(fù)主要包括工程治理措施、化學(xué)治理方法以及生物修復(fù)技術(shù)三種。植物修復(fù)屬于生物修復(fù)的一種，是指將某種對土壤中的污染元素具有特殊吸收富集能力的植物種植在重金屬污染的土壤上，將植物收獲并進(jìn)行妥善處理后，可將該污染元素移出土壤，達(dá)到污染治理與生態(tài)修復(fù)的目的。植物修復(fù)技術(shù)因其具有處理成本低廉、操作簡單、效果持久、安全可靠以及易于后處理等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為土壤修復(fù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。已知具有土壤修復(fù)功能的植物(稱為“富集植物”)包括有鳳眼蓮、苧麻、印度芥菜、寶山堇菜和雜草龍葵等。然而，目前的植物修復(fù)技術(shù)仍然存在著許多問題，例如植物修復(fù)的速度慢、耗時(shí)長，對于環(huán)境條件要求苛刻，受污染物毒性的限制較大；已知的富集植物大部分都生物量小，且個(gè)體矮小，生長較慢，生長周期較長。
提高植物修復(fù)效果的途徑有兩條一是設(shè)法提高植物體內(nèi)重金屬的蓄積量(濃度)而不使植物中毒死亡；二是設(shè)法增加植物的生物量，尤其是地上部分的生物量。為了提高植物的重金屬蓄積量和生物量，利用化學(xué)誘導(dǎo)劑強(qiáng)化植物修復(fù)功能成為研究的熱點(diǎn)。化學(xué)強(qiáng)化植物修復(fù)是指通過向土壤施用化學(xué)誘導(dǎo)劑，改變土壤中靶重金屬的賦存形態(tài)，使其從土壤結(jié)合態(tài)向水溶態(tài)、交換態(tài)轉(zhuǎn)換，從而提高重金屬的植物可利用性。常用的化學(xué)誘導(dǎo)劑有pH調(diào)節(jié)劑、鰲合劑、共存離子和水溶性腐殖質(zhì)等，其中以乙二胺四乙酸(EDTA)為代表的鰲合劑是化學(xué)強(qiáng)化植物修復(fù)中使用最多的誘導(dǎo)劑。鰲合劑能夠與土壤中的重金屬離子結(jié)合，極大地提高土壤水溶性重金屬，并使植物地上部分的重金屬含量增加。然而，EDTA等螯合劑在環(huán)境中不易降解，存于土壤中將嚴(yán)重影響到非修復(fù)植物的生長發(fā)育；此外，其對土壤中物質(zhì)的增溶、增流作用會導(dǎo)致靶重金屬及其它非靶金屬活化后向深層土壤或地下水轉(zhuǎn)移，引起土壤或水體環(huán)境的二次污染，增加修復(fù)的難度；再者，由于大多數(shù)螯合劑對金屬元素的結(jié)合作用是非專一性的，其在活化重金屬的同時(shí)也活化了土壤中的其它微量元素，如Fe、Mn、Ca、Mg等，使這些元素的淋失量增加，可能會導(dǎo)致植物營養(yǎng)缺乏，對植物的生長十分不利。
由此可見，尋找出更有效的富集植物，以及減少使用化學(xué)誘導(dǎo)劑造成的不良影響，具有十分重要的社會意義。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種對重金屬污染土壤具有極強(qiáng)修復(fù)作用的豆科植物及其在修復(fù)重金屬鎘污染土壤中的應(yīng)用。本發(fā)明所采用的豆科植物具有生長快速、生物量大等優(yōu)點(diǎn)，能夠克服現(xiàn)有富集植物的不足。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 一種利用豆科灌木修復(fù)重金屬鎘污染土壤的方法，該方法包括以下步驟 1)在重金屬鎘污染土壤中種植翅莢決明植株； 2)種植翅莢決明植株時(shí)，在土壤中添加乙二胺四乙酸(EDTA)作為強(qiáng)化劑。
在本發(fā)明中，翅莢決明植株在重金屬鎘污染土壤中的種植密度為每平方米4株；強(qiáng)化劑EDTA在重金屬鎘污染土壤中的添加量為0.1mmol/kg～0.5mmol/kg。
翅莢決明(Cassia alata L.)，別名翅莢槐、蠟燭花，是豆科植物的一種，為多年生常綠灌木，花期為7月至來年1月，花開期間黃花綠葉非常鮮艷，有較高的觀賞價(jià)值。翅莢決明對生態(tài)環(huán)境的要求不高，在貧瘠的山地中仍然生長茂盛，已在華南地區(qū)作為園林觀賞和山坡綠化的常用植物。翅莢決明生長快速、生物量大，在華南地區(qū)種植10cm高的植株，其平均年增高量可達(dá)50cm～90cm。此外，翅莢決明的根系能夠分泌固氮菌，可提高土壤的肥力。由此可見，利用翅莢決明作為富集植物，用于重金屬鎘污染土壤的修復(fù)，不僅能夠克服現(xiàn)有的富集植物生物量小、生長周期長等缺點(diǎn)，還能提高土壤肥力，促進(jìn)植株的生長。
試驗(yàn)結(jié)果表明，翅莢決明種植在0～110mg/kg的鎘(Cd)污染土壤中，沒有任何明顯的中毒現(xiàn)象，成活率達(dá)到100％，生物量增長量大，且在不同濃度的鎘污染土壤中，其生長量差異性較小，說明翅莢決明具有較強(qiáng)的抗鎘能力，適合在鎘污染區(qū)種植。試驗(yàn)結(jié)果還表明，經(jīng)不同濃度的Cd(NO3)2與EDTA處理后，翅莢決明的體內(nèi)鎘富集量地下部分遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地上部分，并隨著Cd(NO3)2濃度的增大而增大。經(jīng)EDTA的強(qiáng)化作用后，翅莢決明植株的鎘富集能力大于未經(jīng)EDTA處理的植株。當(dāng)Cd的濃度較低(0～60mg/kg)時(shí)，EDTA的添加量在0.1mmol/kg時(shí)，翅莢決明就可達(dá)到較大的鎘富集量；當(dāng)Cd的濃度為60～100mg/kg時(shí)，EDTA的添加量越大，翅莢決明體內(nèi)富集的鎘越多。



圖1是經(jīng)不同濃度Cd(NO3)2與EDTA處理后的翅莢決明株高增長量的柱狀圖； 圖2是經(jīng)不同濃度Cd(NO3)2與EDTA處理后的翅莢決明整株重量增加量的柱狀圖； 圖3a是經(jīng)不同濃度Cd(NO3)2與EDTA處理后的翅莢決明地上部分體內(nèi)鎘含量的柱狀圖； 圖3b是經(jīng)不同濃度Cd(NO3)2與EDTA處理后的翅莢決明地下部分體內(nèi)鎘含量的柱狀圖。

具體實(shí)施例方式 一、重金屬污染土壤的模擬 試驗(yàn)設(shè)計(jì)4個(gè)(CdNO3)2處理組，(CdNO3)2在土壤中的濃度分別為5mg/kg、25mg/kg、50mg/kg和100mg/kg，同時(shí)設(shè)不施Cd的對照組。
試驗(yàn)設(shè)計(jì)3個(gè)EDTA處理組，EDTA在土壤中的濃度分別為0.0mmol/kg、0.2mmol/kg和0.5mmol/kg，分別投加到Cd處理濃度為5mg/kg、25mg/kg、50mg/kg和100mg/kg的(CdNO3)2處理組中，即每個(gè)施Cd處理濃度分別用施EDTA的3個(gè)處理濃度進(jìn)行處理，每個(gè)處理濃度10-15個(gè)重復(fù)，同時(shí)設(shè)不施EDTA的對照組。
各試劑的處理濃度及其對應(yīng)的代碼見表1。
表1Cd(NO3)2與EDTA的處理濃度代碼對照表
二、試驗(yàn)植株的栽種方法 將翅莢決明組培苗植入對應(yīng)的模擬試驗(yàn)土壤中，每個(gè)處理濃度12棵，種植后澆水，按順序排列擺放好放在溫室內(nèi)，溫度低時(shí)加蓋塑料膜。種植第42天時(shí)，除對照組以外，每盆植株按10mg/kg的添加量分別補(bǔ)充添加Cd(NO3)2。
三、翅莢決明生長情況的記錄 記錄處理前后不同階段的翅莢決明的生長量，包括重量、株高等，記錄它們的差距，并與相關(guān)處理濃度進(jìn)行聯(lián)系比較。
表2翅莢決明不同生長時(shí)期的生長狀態(tài)
由表2可知，經(jīng)不同濃度的(CdNO3)2與EDTA處理后，各組翅莢決明之間的表觀生長狀況均非常良好，無明顯的中毒現(xiàn)象。
表3經(jīng)不同濃度Cd(NO3)2與EDTA處理后的翅莢決明株高增長量
由表3可知，翅莢決明在處理前后，由H0至H4，其株高的增長量呈下降趨勢，即同一EDTA濃度，平均株高的增長量與Cd濃度呈反比關(guān)系。翅莢決明植株在濃度代碼為H2L1時(shí)較大，其他處理對株高的影響不明顯。
表4經(jīng)不同濃度Cd(NO3)2與EDTA處理后的翅莢決明整株重量增加量

由表4可知，除對照組外，經(jīng)不同濃度的EDTA與Cd(NO3)2處理后，各組翅莢決明的總重量差變化均較平緩，長勢比較均勻。
綜上所述，翅莢決明在Cd處理濃度較高時(shí)，亦沒有明顯的中毒現(xiàn)象，說明其對Cd的抗性較高。翅莢決明經(jīng)不同濃度的Cd(NO3)2處理后，其株高的增長量略呈下降趨勢，但植株的總重量差變化比較平緩，說明在不同濃度的Cd污染土壤中，翅莢決明的生長量差異性較小。此外，翅莢決明經(jīng)不同濃度的EDTA處理后，其株高的增長量和植株的總重量均沒有明顯的差異，說明EDTA的添加量對翅莢決明的生長量沒有顯著的影響。
四、翅莢決明體內(nèi)鎘含量的測定 通過微波消解法，采用美國pe-optina2000Dv等離子體發(fā)射光譜，測定試驗(yàn)植株體內(nèi)各部分的鎘含量，測定結(jié)果見表5。
表5 經(jīng)不同濃度Cd(NO3)2與EDTA處理后的翅莢決明體內(nèi)鎘含量(單位mg/g)
由表5可知，未添加任何物質(zhì)的對照組中，植株體內(nèi)也含有少量的鎘，這是因?yàn)樵囼?yàn)用的土壤本身已含有少量的鎘。經(jīng)不同濃度的Cd(NO3)2與EDTA處理后，翅莢決明的體內(nèi)鎘含量地下部分遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地上部分，并且其富集量隨著Cd(NO3)2濃度的增大而增大。此外，經(jīng)EDTA強(qiáng)化作用后，翅莢決明植株的鎘富集能力大于未經(jīng)EDTA處理的植株，在同一個(gè)Cd(NO3)2濃度進(jìn)行EDTA處理時(shí)，翅莢決明植株體內(nèi)地上部分的鎘含量變化為L3＞L2＞L1＞L0，地下部分的鎘含量變化為L1＞L3＞L2＞L0，由此可見，當(dāng)EDTA的濃度為0.5mmol/kg時(shí)，其對翅莢決明體內(nèi)地上部分富集鎘的強(qiáng)化作用最大。
五、翅莢決明在修復(fù)重金屬鎘污染土壤中的應(yīng)用 選取10cm高的翅莢決明植株，種植在受重金屬鎘污染的土壤中，種植密度為每平方米4株。然后，在植有翅莢決明的土壤中添加乙二胺四乙酸(EDTA)作為強(qiáng)化劑，EDTA的添加量為0.1mmol/kg～0.5mmol/kg。
權(quán)利要求
1.一種利用豆科灌木修復(fù)重金屬鎘污染土壤的方法，其特征在于，包括以下步驟
1)在重金屬鎘污染土壤中種植翅莢決明植株；
2)種植翅莢決明植株時(shí)，在土壤中添加乙二胺四乙酸作為強(qiáng)化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用豆科灌木修復(fù)重金屬鎘污染土壤的方法，其特征在于翅莢決明植株在重金屬鎘污染土壤中的種植密度為每平方米4株。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用豆科灌木修復(fù)重金屬鎘污染土壤的方法，其特征在于乙二胺四乙酸在土壤中的添加量為0.1mmol/kg～0.5mmol/kg。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用豆科灌木修復(fù)重金屬鎘污染土壤的方法，該方法包括1)在重金屬鎘污染土壤中種植翅莢決明植株；2)種植翅莢決明植株時(shí)，在土壤中添加乙二胺四乙酸作為強(qiáng)化劑。試驗(yàn)結(jié)果表明翅莢決明具有較強(qiáng)的抗鎘能力，適合在鎘污染區(qū)種植；而乙二胺四乙酸對翅莢決明的修復(fù)功能具有強(qiáng)化作用，土壤中乙二胺四乙酸的添加量越大，翅莢決明體內(nèi)富集的鎘越多。
文檔編號B09C1/00GK101780466SQ201019050049
公開日2010年7月21日 申請日期2010年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月11日
發(fā)明者高麗霞, 鄭志民, 盧煒峰, 陳銘杰 申請人:仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院, 廣東陳村花卉世界有限公司