一種利用富集型向日葵品種修復(fù)鎘鉛污染農(nóng)田的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種利用富集型向日葵品種修復(fù)鎘和/或鉛污染農(nóng)田的方法，包括：將向日葵播種至中度或輕度鎘和/或鉛污染的土壤中，通過向日葵根系吸收污染土壤中的重金屬鎘和/或鉛并轉(zhuǎn)移至地上部；以及收獲吸收了重金屬鎘和/或鉛的向日葵。在收獲向日葵后，可以將其送至專屬場所集中并做無害化處理。本發(fā)明利用向日葵抗逆性強、生長快速、生物量大以及對鎘和/或鉛的共富集特性，吸收積累污染農(nóng)田土壤中的鎘和/或鉛重金屬，并將之轉(zhuǎn)運到地上部分，從而降低污染土壤中鎘和/或鉛含量。本發(fā)明適用于中度或輕度鎘和/或鉛污染農(nóng)田土壤的治理修復(fù)，同時，由于向日葵抗逆性強，生長過程中管理粗放，因而成本較低，可操作性強，具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種利用富集型向日葵品種修復(fù)鎘鉛污染農(nóng)田的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境中重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種利用富集型向日葵品種修復(fù)鎘和/或鉛污染農(nóng)田的方法。【背景技術(shù)】
[0002]土壤是人類賴以生存的自然環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要資源，土壤環(huán)境健康事關(guān)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和人體健康。近年來，土壤重金屬污染已成為全球面臨的嚴重的環(huán)境問題。目前，我國農(nóng)田土壤受重金屬污染嚴重，根據(jù)全國首次土壤污染狀況調(diào)查結(jié)果顯示，我國耕地土壤點位超標率為19.4%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點位比例分別為13.7%、2.8%、 1.8%和1.1 % ;而從污染物超標情況來看，重金屬鎘和鉛點位超標率分別為7.0 %和1.5 %。 現(xiàn)在我國受重金屬污染的農(nóng)田土壤約2500萬公頃，每年被重金屬污染的糧食多達1200萬噸，造成的直接經(jīng)濟損失超過100億元。
[0003]鎘和/或鉛污染土壤的傳統(tǒng)治理方式主要是工程治理措施和物理化學(xué)修復(fù)方法， 然而其往往有成本高昂、對環(huán)境擾動大和可能造成二次污染等弊端。近年來，利用植物修復(fù)技術(shù)原位治理土壤重金屬污染領(lǐng)域已逐漸成為主流，植物修復(fù)技術(shù)具有修復(fù)成本較低、對環(huán)境擾動小、無二次污染和可持續(xù)性等優(yōu)勢，同時兼有美化環(huán)境的作用，而對于中度和輕度鎘和/或鉛污染土壤，利用植物修復(fù)還具有修復(fù)效率高和修復(fù)時間短的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢是工程治理措施和物理化學(xué)修復(fù)方法所不具備的。
[0004]在植物修復(fù)技術(shù)中，利用超富集植物吸收污染土壤中的鎘和/或鉛重金屬是較為常見的技術(shù)，然而目前發(fā)現(xiàn)的超富集植物通常有對土壤氣候適應(yīng)能力差、生長緩慢、生物量小等問題，限制了其修復(fù)效率和推廣價值。且超富集植物通常需要在氣候環(huán)境適宜的南方春夏季生長，當其應(yīng)用于北方中低度重金屬污染農(nóng)田時，不僅占用農(nóng)田資源，并限制其推廣，從而影響農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量的修復(fù)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一)要解決的技術(shù)問題
[0006]本發(fā)明旨在提出一種利用富集型向日葵品種修復(fù)鎘和/或鉛污染農(nóng)田的方法，利用種植大生物量鎘鉛富集型向日葵吸附土壤中重金屬鎘和/或鉛，從而修復(fù)農(nóng)田土壤的鎘和/或鉛污染。
[0007](二)技術(shù)方案
[0008]本發(fā)明提出的利用向日葵修復(fù)鎘和/或鉛污染農(nóng)田的方法，包括:將向日葵播種至中度或輕度鎘和/或鉛污染的土壤中出苗并成活生長，通過向日葵根系吸收污染土壤中的重金屬鎘和/或鉛并轉(zhuǎn)移至地上部，以及收獲吸收了重金屬鎘和/或鉛的向日葵并將其送至專屬場所集中并做無害化處理。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述向日葵為鉛鎘富集型向日葵品種。
[0010](三)有益效果
[0011]本發(fā)明提出的利用富集型向日葵品種修復(fù)鎘和/或鉛污染農(nóng)田的方法，通過將向曰葵播種至中度或輕度鎘和/或鉛污染的土壤中，利用向日葵抗逆性強的特點，保證其出苗和正常生長。再利用其對重金屬鎘和/或鉛的富集能力，通過根系吸收污染土壤中的重金屬鎘和/或鉛并將其轉(zhuǎn)移至地上部分，以達到減少土壤中重金屬鎘和/或鉛含量，修復(fù)重金屬污染農(nóng)田土壤的目的。本發(fā)明中向日葵品種具有分布廣泛、抗逆性強、繁殖能力強和生物量較大等特性，且對土壤中重金屬鎘具有較強的富集能力，對土壤中重金屬鉛也具有一定的修復(fù)效應(yīng)。用于修復(fù)中度或輕度鎘和/或鉛污染農(nóng)田土壤，還具有投入成本較低、修復(fù)效率高、美化環(huán)境等特點，而且向日葵是中國重要的油料左右之一，兼具經(jīng)濟價值和觀賞價值， 因而其修復(fù)潛力和應(yīng)用前景廣闊?！靖綀D說明】
[0012]圖1示出根據(jù)本發(fā)明實施例利用富集型向日葵治理鎘和/或鉛污染農(nóng)田土壤修復(fù)方法的流程圖；[〇〇13]圖2示出根據(jù)本發(fā)明實施例在28種向日葵品種中初步篩選出富集能力較強的向日癸品種；
[0014]圖3示出篩選出的向日葵品種地上部富集重金屬鎘的含量；
[0015]圖4示出篩選出的向日葵品種地上部富集重金屬鉛的含量。
[0016]具體實施方法
[0017]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0018]考慮到【背景技術(shù)】部分所述的技術(shù)問題，有必要篩選一種生長快速、生物量較大具有一定經(jīng)濟價值同時鎘和/或鉛富集能力較強的植物品種修復(fù)中度和輕度鎘和/或鉛污染農(nóng)田土壤，這不但有利于鎘和/或鉛污染土壤的修復(fù)治理，而且不影響污染農(nóng)田資源的合理利用。
[0019]發(fā)明人注意到，向日葵作為中國重要的油料作物之一，可與糧食或其他經(jīng)濟作物進行復(fù)種輪作，在我國東北、西北和華北地區(qū)均有廣泛種植。且向日葵對土壤重金屬鎘和/ 或鉛有較強的富集能力，因此篩選出生物量大、富集性強的向日葵品種在治理中輕度鎘和/ 或鉛污染農(nóng)田土壤上具有一定的修復(fù)潛力和應(yīng)用價值。
[0020]圖1示出根據(jù)本發(fā)明實施例利用富集型向日葵治理鎘和/或鉛污染農(nóng)田土壤修復(fù)方法的流程圖。該方法通過如下步驟完成:
[0021]S1:首先通過比較28種不同品種向日葵地上部分鎘、鉛含量，通過分析，篩選出對鎘、鉛富集系數(shù)較高的向日葵品種;然后對篩選出的富集型向日葵品種地上部生物量進行比較分析，進一步篩選出鎘和/或鉛富集型且生物量較大的向日葵品種作為修復(fù)材料。 [〇〇22]S2:將篩選出的富集型向日葵播種至中度或輕度鎘和/或鉛污染的農(nóng)田土壤中成活出苗并生長，播種方式為點播，播種深度為5cm，株距為40cm，行距為40cm〇[〇〇23]S3:通過向日葵根系吸收污染土壤中的重金屬鎘和/或鉛，并將其轉(zhuǎn)移至地上部。[〇〇24]S4:收獲成熟的向日葵地上部，并將其送至專屬場所集中并做無害化處理。
[0025]以下通過實施例對本發(fā)明做進一步說明。[〇〇26]實施例地點設(shè)在河南省某冶煉廠附近中低度鎘和/或鉛污染農(nóng)田土壤，通過田間小區(qū)試驗將28種不同的向日葵品種種植于土壤中，測定其土壤中和向日葵地上部的鎘和/ 或鉛重金屬含量以及向日葵的生物量。[〇〇27]根據(jù)本發(fā)明的實施例，利用地積累指數(shù)法選取中度或輕度鎘和/或鉛污染農(nóng)田土壤，其表達式為1@。= 1呢2[(:11/〇^11)]，其中〇1是元素11在污染土壤中的含量瓜是污染土壤中該元素的地球化學(xué)背景值;k為考慮不同土壤差異可能會引起的背景值的變動而取的系數(shù)，用來表征土壤特征及其他影響，當1幻％。<2時，為中度污染土壤;當0<Igeci<l時，為輕度污染土壤。根據(jù)本發(fā)明的實施例，k等于1.5。[〇〇28] 實驗設(shè)28個小區(qū)，小區(qū)面積均為4mX4m，分別種植28種不同向日葵品種，通過對不同品種向日葵地上部對鎘和/或鉛重金屬的富集量，篩選出對鎘、鉛富集能力較強的向日葵品種(圖2);然后在通過比對不同品種向日葵地上部生物量，篩選出適宜當?shù)胤N植的富集能力強且生物量較大的向日葵品種。本試驗通過以上步驟篩選出金色莫妮卡、歡樂火炮竹和出水芙蓉3種適宜作為修復(fù)材料的品種。[〇〇29]然后比較其重金屬鎘和/或鉛的富集能力，污染土壤中鎘含量為2.22mg/kg，鉛含量為173.0Gmg/kgJ種向日葵地上部錦含量如圖3所不，由圖可知3種向日葵地上部錦含量沒有顯著差異，金色莫妮卡品種的向日葵對鎘的富集量略高于歡樂火炮竹和出水芙蓉;3種向日葵地上部鉛含量如圖4所示，由圖可知金色莫妮卡品種的向日葵其地上部重金屬鉛含量要顯著高于歡樂火炮竹和出水芙蓉品種。[0〇3〇] 生物富集系數(shù)，又稱生物富集因子(B1-concentrat1n Factor，BCF)，其可以反映植物對土壤中重金屬的富集特征，富集系數(shù)大于1是判斷超富集植物的標準之一。本實施例通過重金屬富集系數(shù)來表征不同品種向日葵對土壤中鎘和/或鉛的富集能力，重金屬富集系數(shù)可以通過以下公式計算:[〇〇31]重金屬富集系數(shù)=植物體內(nèi)重金屬含量/ 土壤中重金屬含量
[0032]計算可知，金色莫妮卡、歡樂火炮竹和出水芙蓉3種向日葵鎘富集系數(shù)分別為 3 ? 04、2 ? 84和2 ? 83，這說明所選向日葵品種對重金屬鎘都具有較強的富集能力，其富集能力由強到弱為:金色莫妮卡>歡樂火炮竹> 出水芙蓉;金色莫妮卡、歡樂火炮竹和出水芙蓉3 種向日葵鉛富集系數(shù)分別為〇.23、0.16和0.17,可知所選向日葵品種對污染土壤中重金屬鉛具有一定的修復(fù)潛力，其吸收能力由強到弱為:金色莫妮卡> 出水芙蓉>歡樂火炮竹，綜合來看，金色莫妮卡對重金屬鎘、鉛的富集能力均較強，可作為中輕度鎘鉛污染農(nóng)田土壤較為理想的修復(fù)材料。
[0033]向日葵是我國重要的油料作物之一，其莖枝直立生長，株體高達，光合作用和生長效率較高，其花朵明亮大方，具有觀賞價值，更可作為能源植物種植，成熟期干生物產(chǎn)量可達1000kg/畝，根據(jù)實施例所測得的數(shù)據(jù)，所篩選出的鎘和/或鉛富集型向日葵(金色莫妮卡)地上部鎘含量平均可以達到6.76mg/kg，鉛含量平均可以達到39.04mg/kg，即每畝每種植一茬向日葵可以從土壤中移除6.76g鎘和39.04g鉛，能有效減少土壤中的重金屬鎘和/或鉛的含量，達到修復(fù)土壤鎘和/或鉛重金屬污染的效果。
[0034]以上所述，僅為本發(fā)明中的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種利用向日葵修復(fù)鎘和/或鉛污染土壤的方法，其特征在于，包括:將向日葵播種至中度或輕度鎘和/或鉛污染的土壤中出苗并成活生長，通過向日葵根 系吸收污染土壤中的重金屬鎘和/或鉛并轉(zhuǎn)移至地上部；以及收獲吸收了重金屬鎘和/或鉛的向日葵。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用向日葵修復(fù)鎘和/或鉛污染的方法，其特征在于，所述向日 葵品種是鎘鉛富集型向日葵品種，所述鎘鉛富集型向日葵品種是通過以下步驟篩選的:以中度和輕度鎘和/或鉛污染的土壤為向日葵生長介質(zhì)，記錄并分析不同品種向曰葵 地上部分的相應(yīng)鎘和/或鉛含量，同時記錄不同向日葵品種的生物量；通過對不同品種向日葵地上部富集鎘和/或鉛含量的分析，篩選出對鎘和/或鉛富集系 數(shù)較高的向日葵品種，然后對篩選出的富集型向日葵品種地上部生物量進行比較，進一步 篩選出鎘和/或鉛富集型且生物量較大的向日葵品種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用向日葵修復(fù)鎘和/或鉛污染土壤的方法，其特征在于，所述 向日葵包括以下之一:金色莫妮卡、歡樂火炮竹和出水芙蓉。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用向日葵修復(fù)鎘和/或鉛污染的方法，其特征在于，所述向日 葵播種方式為直播，采用點播方式，播種深度為5cm，株距為40cm，行距為40cm〇5.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用向日葵修復(fù)鎘和/或鉛污染的方法，其特征在于，所述鎘和/ 或鉛污染土壤為中度或輕度污染土壤，利用地積累指數(shù)法選取中度或輕度鎘和/或鉛污染 農(nóng)田土壤，其表達式為Ige〇= log2[Cn/(k*Bn)]，其中Cn是元素n在污染土壤中的含量;Bn是污 染土壤中該元素的地球化學(xué)背景值;k為考慮不同土壤差異可能會引起的背景值的變動而 取的系數(shù)，用來表征土壤特征及其他影響，當時，為中度污染土壤；當0<Igeci<l 時，為輕度污染土壤。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述選取中度或輕度鎘和/或鉛污染農(nóng)田的方法，其特征在于，k等于 1.5〇7.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用向日葵修復(fù)鎘和/或鉛污染的方法，其特征在于，所述向日 葵具有如下特性:當污染土壤重金屬鎘含量為2.22mg/kg時，向日葵地上部鎘含量達到 6.76mg/kg ;當污染土壤重金屬鉛含量為173.06mg/kg時，向日葵地上部鉛含量達到 39?04mg/kg。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用向日葵修復(fù)鎘和/或鉛污染的方法，還包括:在收獲向日葵 后，將其送至專屬場所集中并做無害化處理。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述利用向日葵修復(fù)鎘和/或鉛污染的方法，其特征在于，所述無害 化處理包括焚燒或壓縮后作無害化填埋。
【文檔編號】B09C1/00GK106077055SQ201610603385
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月27日 公開號201610603385.X, CN 106077055 A, CN 106077055A, CN 201610603385, CN-A-106077055, CN106077055 A, CN106077055A, CN201610603385, CN201610603385.X
【發(fā)明人】楊俊興, 雷梅, 陳同斌, 楊軍, 郭俊娒, 萬小銘, 顧松圃, 施嫻
【申請人】中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所