本發(fā)明涉及一種利用水培植物修復(fù)城市水體重金屬元素污染的方法，屬于城市水體污染的植物修復(fù)
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：目前，我國(guó)城市水體污染現(xiàn)狀是“局部有所改善，整體仍在惡化”。根據(jù)國(guó)家環(huán)保部門檢測(cè)，大城市河段及附近直流均已不同程度受到污染，嚴(yán)重的已成為臭水溝，水污染形勢(shì)非常嚴(yán)峻，60％以上的河段水質(zhì)已存在飲用隱患。有關(guān)資料表明，生活污水、工業(yè)廢水是水體污染的主要來(lái)源，近年來(lái)每年的排放量更是有增無(wú)減。1996年，中國(guó)科學(xué)院對(duì)我國(guó)七大江河流經(jīng)的15個(gè)主要城市河段進(jìn)行水樣研究，結(jié)果表明我國(guó)532條主要河流中有436條有不同程度的污染，15個(gè)主要城市有13個(gè)河段水質(zhì)嚴(yán)重污染。以長(zhǎng)江流域?yàn)槔?，每年僅干流21個(gè)主要城市就放63×108噸污水，而且排放量逐年以超過(guò)3.3％的速度增長(zhǎng)，在直接入江的394個(gè)排污口，有70％以上未達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并形成了明顯的岸邊污染帶，使長(zhǎng)江城市水體遭受可很大破壞。相對(duì)于巨大的長(zhǎng)江來(lái)說(shuō)，城市內(nèi)其他小型湖泊污染現(xiàn)狀更嚴(yán)重，有的甚至到了終年惡臭，達(dá)到了難以治理的地步，完全淪為了城市排污的溝渠。此外，城市內(nèi)的一些小型水體如公園、居住小區(qū)等靜置或流動(dòng)性差的封閉緩流水體，因水域面積小、水體自凈能力低而污染源廣等特點(diǎn)，更容易受到破壞和污染。重金屬元素作為城市水體主要的污染源，具有難降解、易積累、毒性大等特性，不僅破壞了湖泊、河流生態(tài)環(huán)境，還具有通過(guò)食物鏈危害到水生生物乃至人類健康的潛在危險(xiǎn)。如20世紀(jì)50、60年代在日本發(fā)生的“水俁病”和“骨痛病”就是因汞污染和鎘污染引起的“公害病”，在歐洲某些國(guó)家也陸續(xù)發(fā)生因重金屬污染而導(dǎo)致的一系列嚴(yán)重后果，從而引起了人們對(duì)環(huán)境重金屬污染的高度關(guān)注和重視。近年來(lái)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)砷、鉻、鎳和鎘等重金屬元素的一些化合物是嚴(yán)重的致癌物質(zhì)(如六價(jià)鉻的化合物)。而且重金屬污染物有較為復(fù)雜的化學(xué)性質(zhì)和極強(qiáng)致毒性，并可長(zhǎng)時(shí)間存在環(huán)境中，可沿食物鏈發(fā)生富集，最終造成嚴(yán)重的生態(tài)危害。因此，已被眾多國(guó)家列為環(huán)境優(yōu)先污染物，進(jìn)行優(yōu)先檢測(cè)、控制。目前，我國(guó)列入環(huán)境優(yōu)先污染物黑名單的重金屬及其化合物包括as、be、cr、cu、pb、hg、ni和ti。研究證明，植物的根、莖、葉片可以吸收許多重金屬，降解、吸收大量含氮、磷等有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物，以及許多含苯類、芳羥類和農(nóng)藥等多種有機(jī)污染物。植物強(qiáng)大的凈化能力既可以作用在室內(nèi)外空氣的凈化，又可以作用在水體和土壤污染物的清除，因此，出現(xiàn)了以植物修復(fù)為主體的環(huán)境污染技術(shù)治理。植物修復(fù)的主要驅(qū)動(dòng)力為太陽(yáng)能，具有處理成本低，不破壞場(chǎng)地，對(duì)周圍環(huán)境的擾動(dòng)小，不易引起次生污染等優(yōu)點(diǎn)，尤其是能夠利用綠色植物的新陳代謝活動(dòng)來(lái)固定、降解、提取和揮發(fā)污染環(huán)境中的有害物，將其直接清除或轉(zhuǎn)化成毒性小甚至無(wú)毒的物質(zhì)，因此受到了人們極大的重視與關(guān)注。隨著20年的發(fā)展，植物修復(fù)已成為環(huán)境污染治理重要技術(shù)之一，已在很多城市得到了運(yùn)用并推廣，尤其是城市水體的凈化。但是，并不是所有植物都具有此種能力，我們將這些能夠達(dá)到修復(fù)目的的植物稱為超累積植物，并制作了兩大評(píng)定指標(biāo)：1)能夠在污染物濃度較高的土壤上正常生長(zhǎng)，完成生命周期，無(wú)明顯的受害癥狀；2)有能力將重金屬?gòu)母缔D(zhuǎn)移到莖葉并可大量富集。目前，已發(fā)現(xiàn)的超累積植物有400多種，包括藻類植物、蕨類植物、裸子植物和被子植物，既有草本植物，也有木本植物。雖然發(fā)現(xiàn)的超累積植物數(shù)量不少，但絕大部分都是土生植物，用于清除城市水體重金屬污染的品種很少，只有有限的幾種水生植物，所以無(wú)法完全清除污水中的有害重金屬，因?yàn)槊糠N超累積植物根系具有選擇性，只能吸收一種或幾種重金屬元素?；谏鲜鲈颍ㄟ^(guò)水生根誘導(dǎo)技術(shù)將那些超累積土生植物轉(zhuǎn)化成可以在水中長(zhǎng)期正常生長(zhǎng)的水培植物，使其加入到城市水體污水重金屬清除的行列中，具有非常重大的意義。所謂水生根誘導(dǎo)技術(shù)是在不改變植物遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)外源激素或環(huán)境脅迫等方式激發(fā)原有生根基因的表達(dá)，促使其形成新根，后因水環(huán)境的誘導(dǎo)，迫使植物為適應(yīng)低氧環(huán)境而改變?cè)械耐辽到Y(jié)構(gòu)，分化出能適應(yīng)新環(huán)境的水生根系，最終實(shí)現(xiàn)在水中長(zhǎng)期正常生長(zhǎng)。不僅可以豐富品種，增加可以清除的重金屬元素的種類，還可以營(yíng)造多彩的水體景觀，讓城市更美麗。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種利用水培技術(shù)將大量土生超累積植物轉(zhuǎn)化成水生狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)改善城市水體質(zhì)量的方法，該方法既可以做到污染治理，又可回收利用資源，而且工藝簡(jiǎn)單、易于實(shí)施，甚至可以根據(jù)不同的污染情況，針對(duì)性的提供治理。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種利用水培植物修復(fù)城市水體重金屬元素污染的方法，其特征是，包括：篩選超累積土生植物；將篩選的植物經(jīng)過(guò)水生根誘導(dǎo)體系轉(zhuǎn)化成適應(yīng)水生環(huán)境的水培植物；將水培的植物種植在城市重金屬污染的水體中，生長(zhǎng)培育時(shí)間不低于一個(gè)月；當(dāng)水培植物進(jìn)入到開花期或成熟期時(shí)，將植物整體從污水中移走，同時(shí)吸收的重金屬元素也相應(yīng)地被清除(值得指出的是，每種超累積植物通常只對(duì)某一種或幾種重金屬具有超累積能力，主要原因是根系的選擇性吸收，因此，針對(duì)不同的重金屬污染的水體，需要對(duì)超累積植物進(jìn)行相應(yīng)的選擇。此外，當(dāng)水培植物進(jìn)入開花期或成熟期，植物吸收重金屬能力開始下降，所以在這個(gè)時(shí)候需要將其整體從水中移除)；重新栽種經(jīng)過(guò)水生根誘導(dǎo)體系轉(zhuǎn)化的水培植物，并重復(fù)上述過(guò)程，城市水體重金屬被去除，水質(zhì)得到改善。進(jìn)一步地，篩選的植物是對(duì)重金屬元素有極強(qiáng)吸收能力的超累積土生植物，且處于苗期或快速生長(zhǎng)期。進(jìn)一步地，篩選的超累積土生植物轉(zhuǎn)化成適應(yīng)水生環(huán)境的水培植物，其具體步驟如下：(1)清除超累積植物根部土壤，剪除超累積植物大部分根系及有破損的或有病斑的組織，剪除根系主要用于刺激植物生根基因的表達(dá)，從而促進(jìn)新根的形成，而剪除破損或病組織主要是為了對(duì)植物進(jìn)行相關(guān)治療；(2)用配制好的殺菌劑對(duì)傷口進(jìn)行殺菌處理；(3)用清水清洗傷口，放在陰涼處2h以上，直到傷口處完全愈合，晾置的目的是為了讓植物傷口愈合，防止病菌從傷口侵入，但亦不可久晾，否則會(huì)造成植物水分流失過(guò)多導(dǎo)致軟弱倒伏；(4)配制植物生根調(diào)節(jié)劑，將植物根基部浸泡在植物生根調(diào)節(jié)劑溶液中30s～2min后取出，放在陰涼處1h以上，直到生根調(diào)節(jié)劑被完全吸收，此處晾干目的是讓生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑充分被植物吸收，故亦不可久晾，否則也會(huì)造成植物失水過(guò)多；(5)用定植籃固定植物，放在誘導(dǎo)池的泡沫板孔中，直到植物生根，變成適合水環(huán)境的水培植物。進(jìn)一步地，清除超積累植物根部土壤時(shí)清水清洗3～4次，確保土壤完全清除。進(jìn)一步地，用剪刀剪除超累積植物大部分根系及有破損的或有病斑的組織，所述用的剪刀必須經(jīng)過(guò)75％酒精消毒。進(jìn)一步地，所述殺菌劑對(duì)傷口進(jìn)行殺菌處理的時(shí)間15～30min。進(jìn)一步地，所述殺菌劑為多菌靈、甲基托布津、百菌清、哈茨木霉素和農(nóng)用鏈霉素按質(zhì)量比5:3:5:1:2配制的混合液，主要針對(duì)植物在潮濕環(huán)境中容易出現(xiàn)的細(xì)菌性軟腐病、黑莖病、根腐病等。進(jìn)一步地，所述殺菌劑在水溶液中的濃度為600～1500ppm。進(jìn)一步地，所述植物生根調(diào)節(jié)劑為吲哚丁酸、萘乙酸、吲哚乙酸、赤霉素按質(zhì)量比5:1:1:2配制成的混合液。進(jìn)一步地，所述植物生根調(diào)節(jié)劑在水溶液中的濃度為400～1000ppm。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：本發(fā)明提供的方法是通過(guò)水生根誘導(dǎo)技術(shù)將那些對(duì)重金屬元素有極強(qiáng)吸收能力的超累積土生植物轉(zhuǎn)化成可以在水中長(zhǎng)期正常生長(zhǎng)的水培植物，從而豐富城市水體污染中植物修復(fù)的品種，增加清除重金屬的能力及種類，從而達(dá)到改善水體質(zhì)量的目的。本發(fā)明提供的方法不僅工藝簡(jiǎn)單、易于實(shí)施，還具有處理成本低，不破壞場(chǎng)地，對(duì)周圍環(huán)境的擾動(dòng)小，不易引起次生污染等優(yōu)點(diǎn)，甚至可以根據(jù)不同的污染情況，針對(duì)性的提供相應(yīng)的植物進(jìn)行修復(fù)治理。因此，具有巨大的市場(chǎng)價(jià)值。另外，本發(fā)明的方法也可用于其他植物的水培操作，如草本植物，小型喬木、灌木植物，蘭科植物，甚至景天科植物均可，適用品種非常廣泛。具體實(shí)施方式下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例一、一種利用水培向日葵修復(fù)城市水體鉛(pb)污染的方法牛之欣等在2010年的研究表明，土生植物向日葵對(duì)土壤重金屬鉛(pb)具有極強(qiáng)的吸收能力，因此，本試驗(yàn)以向日葵小苗為研究對(duì)象，通過(guò)水生根誘導(dǎo)技術(shù)將其轉(zhuǎn)化成水培植物，經(jīng)過(guò)1周時(shí)間的誘導(dǎo)，成功獲得水培向日葵苗30株。然后用去離子水溶解pb(no3)2.h2o(分析純)，配成0mg/l、50mg/l、100mg/l、200mg/l、300mg/l五個(gè)梯度，將水培向日葵苗分成五組，每組6株分別放入含五個(gè)濃度的pb2+營(yíng)養(yǎng)液中培育2個(gè)月，觀察在pb脅迫下水培向日葵的生物量差異及對(duì)pb吸收量和富集系數(shù)的變化，為水培向日葵在城市水體鉛污染修復(fù)技術(shù)提供理論依據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果如下：表1列出了在不同濃度的pb脅迫下水培向日葵的生物量變化,數(shù)據(jù)采用平均差±標(biāo)準(zhǔn)差。從表中可以知道，空白組(0mg/l)的條件下，生物量最高，向日葵長(zhǎng)勢(shì)最好，隨著pb含量的增加，向日葵的生物量降低，長(zhǎng)勢(shì)減弱，說(shuō)明pb對(duì)水培向日葵的生長(zhǎng)具有一定的抑制作用，但抑制效果不顯著(p>0.1)。表1水培向日葵在不同濃度pb處理下的生物量干重(g)pb濃度(mg/l)050100200300根部生物量干重(g)2.19±0.142.16±0.232.09±0.181.92±0.091.89±0.15地上部生物量干重(g)15.61±0.2515.43±0.3615.26±0.2715.07±0.1914.99±0.14由表2可以看出，水培向日葵對(duì)pb具有極強(qiáng)的吸收能力，且根部吸收能力大于地上部分，數(shù)據(jù)表明根系吸收量隨著pb處理濃度的增加而增加，在用300mg/lpb處理下依然具有極強(qiáng)的吸收能力，而地上部分在pb濃度在100mg/l的時(shí)候，吸收量最大，隨著pb濃度的增加，呈下降趨勢(shì)。說(shuō)明，向日葵吸收pb的能力主要在根系。表2水培向日葵在不同濃度pb處理下的吸收及富集pb濃度(mg/l)050100200300根部pb濃度(mg/kg)0335.56±12.18378.92±7.23447.79±7.05489.62±8.68地上部pb濃度(mg/kg)0260.16±3.79313.45±5.08282.17±2.99247.63±7.32表3列出了水培向日葵在不同pb處理下的富集系數(shù)(bcf)。從表中可以知道，隨著pb濃度的增加，根系及地上部分富集系數(shù)呈下降趨勢(shì)。表3水培向日葵在不同濃度pb處理下的富集系數(shù)(bcf)pb濃度(mg/l)50100200300根部富集系數(shù)7.24±0.236.24±0.384.83±0.192.98±0.21地上部分富集系數(shù)5.12±0.124.53±0.162.96±0.272.01±0.09綜上所述，水培向日葵在高濃度pb含量的水體中依然可以正常生長(zhǎng)，并具有極強(qiáng)的吸收能力，因此可以作為城市水體pb污染修復(fù)的超累積植物。實(shí)施例二、一種利用水培吊蘭修復(fù)城市水體鎘(cd)污染的方法王友保等在2010年的研究表明，盆栽植物吊蘭對(duì)土壤重金屬鎘(cd)具有極強(qiáng)的累積能力，當(dāng)土壤cd濃度為10mg/kg時(shí)，吊蘭根部和地上部分的cd累積濃度分別是179.6及149.3mg/kg，達(dá)到了超富集植物的標(biāo)準(zhǔn)。因此，本試驗(yàn)以吊蘭苗為研究對(duì)象，通過(guò)水生根誘導(dǎo)技術(shù)將其轉(zhuǎn)化成水培植物，經(jīng)過(guò)10天時(shí)間的誘導(dǎo)，成功獲得水培吊蘭苗50株。然后用去離子水溶解cd(no3)2.h2o(分析純)，配成0mg/l、50mg/l、100mg/l、200mg/l、300mg/l五個(gè)梯度，將水培吊蘭苗分成五組，每組10株分別放入含五個(gè)濃度的cd2+營(yíng)養(yǎng)液中培育2個(gè)月，觀察在cd脅迫下水培吊蘭的生物量差異及對(duì)cd吸收量和富集系數(shù)的變化，為水培吊蘭在城市水體鎘污染修復(fù)技術(shù)提供理論依據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果如下：表4列出了在不同濃度的cd脅迫下水培吊蘭的生物量變化,數(shù)據(jù)采用平均差±標(biāo)準(zhǔn)差。從表中可以知道，空白組(0mg/l)的條件下，生物量最高，吊蘭長(zhǎng)勢(shì)最好，隨著cd含量的增加，吊蘭的生物量降低，長(zhǎng)勢(shì)減弱，說(shuō)明cd對(duì)水培吊蘭的生長(zhǎng)具有一定的抑制作用，但抑制效果不顯著(p>0.1)。表4水培吊蘭在不同濃度cd處理下的生物量干重(g)cd濃度(mg/l)050100200300根部生物量干重(g)2.09±0.122.06±0.041.99±0.111.92±0.091.89±0.05地上部生物量干重(g)5.51±0.155.47±0.235.36±0.175.27±0.195.19±0.09由表5可以看出水培吊蘭對(duì)cd具有極強(qiáng)的吸收能力，且根部吸收能力大于地上部分，數(shù)據(jù)表明根系吸收量隨著cd處理濃度的增加而增加，在用300mg/lcd處理下依然具有極強(qiáng)的吸收能力，而地上部分在pb濃度在200mg/l的時(shí)候，吸收量最大，隨著pb濃度的增加，呈下降趨勢(shì)。說(shuō)明，吊蘭吸收pb的能力主要在根系。表5水培吊蘭在不同濃度cd處理下的吸收及富集cd濃度(mg/l)050100200300根部cd濃度(mg/kg)0365.34±6.04783.09±4.711478.52±9.091512.68±8.35地上部cd濃度(mg/kg)0312.67±4.23702.36±7.15912.27±6.19878.23±10.09表6列出了水培吊蘭在不同cd處理下的富集系數(shù)(bcf)。從表中可以知道，隨著cd濃度的增加，根系及地上部分富集系數(shù)呈下降趨勢(shì)。表6水培吊蘭在不同濃度cd處理下的富集系數(shù)(bcf)cd濃度(mg/l)50100200300根部富集系數(shù)8.86±0.227.29±0.365.03±0.172.98±0.21地上部分富集系數(shù)7.78±0.126.94±0.163.96±0.251.01±0.02綜上所述，水培吊蘭在高濃度cd含量的水體中依然可以正常生長(zhǎng)，并具有極強(qiáng)的吸收能力，因此可以作為城市水體cd污染修復(fù)的超累積植物。實(shí)施例三、一種利用水培金銀花修復(fù)城市水體鎘(cd)污染的方法劉周莉等在2013年的研究表明，不同濃度的cd處理對(duì)木本植物金銀花的生長(zhǎng)并未造成毒害作用，無(wú)論是水培還是土培條件下，在較高濃度的cd處理下，金銀花仍能保持正常生長(zhǎng)，表現(xiàn)出很好的耐性。因此，本試驗(yàn)以金銀花為研究對(duì)象，通過(guò)水生根誘導(dǎo)技術(shù)將其轉(zhuǎn)化成水培植物，經(jīng)過(guò)15天時(shí)間的誘導(dǎo)，成功獲得水培金銀花50株。然后用去離子水溶解cd(no3)2.h2o(分析純)，配成0mg/l、20mg/l、50mg/l、100mg/l、200mg/l五個(gè)梯度，將水培金銀花分成五組，每組10株分別放入含五個(gè)濃度的cd2+營(yíng)養(yǎng)液中培育2個(gè)月，觀察在cd脅迫下水培金銀花的生物量差異及對(duì)cd吸收量和富集系數(shù)的變化，為水培金銀花在城市水體鉛污染修復(fù)技術(shù)提供理論依據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果如下：表7列出了在不同濃度的cd脅迫下水培金銀花的生物量變化,數(shù)據(jù)采用平均差±標(biāo)準(zhǔn)差。從表中可以知道，空白組(0mg/l)的條件下，生物量最高，金銀花長(zhǎng)勢(shì)最好，隨著cd含量的增加，金銀花的生物量降低，長(zhǎng)勢(shì)減弱，說(shuō)明cd對(duì)水培金銀花的生長(zhǎng)具有一定的抑制作用，但抑制效果不顯著(p>0.1)。表7水培金銀花在不同濃度cd處理下的生物量干重(g)pb濃度(mg/l)02050100200根部生物量干重(g)2.38±0.142.36±0.232.29±0.182.24±0.092.21±0.15由表8可以看出，水培金銀花對(duì)cd具有極強(qiáng)的吸收能力，且根部吸收能力大于地上部分，數(shù)據(jù)表明根系吸收量隨著cd處理濃度的增加而增加，在用200mg/lpb處理下依然具有極強(qiáng)的吸收能力，而地上部分在cd濃度在100mg/l的時(shí)候，吸收量最大，隨著cd濃度的增加，呈下降趨勢(shì)。說(shuō)明，金銀花吸收cd的能力主要在根系。表8水培金銀花在不同濃度cd處理下的吸收及富集cd濃度(mg/l)02050100200根部cd濃度(mg/kg)0405.54±5.34663.37±4.711078.29±12.491242.34±9.76地上部cd濃度(mg/kg)0242.69±4.73428.16±6.45832.27±9.79628.28±8.09表9列出了水培金銀花在不同cd處理下的富集系數(shù)(bcf)。從表中可以知道，隨著cd濃度的增加，根系及地上部分富集系數(shù)呈下降趨勢(shì)。表9水培金銀花在不同濃度cd處理下的富集系數(shù)(bcf)cd濃度(mg/l)2050100200根部富集系數(shù)15.34±1.2312.74±0.787.63±0.194.88±0.38地上部分富集系數(shù)13.02±0.8210.13±0.265.96±0.872.81±0.18綜上所述，水培金銀花在高濃度cd含量的水體中依然可以正常生長(zhǎng)，并具有極強(qiáng)的吸收能力，因此可以作為城市水體cd污染修復(fù)的超累積植物。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)12