水麻在修复土壤重金属镉污染中的应用

摘要

本发明涉及重金属污染土壤的植物修复技术，公开了一种荨麻科植物在修复镉污染土壤中的应用，具体为水麻在修复土壤重金属镉污染中的应用，将其种植于重金属污染的土壤中即可。利用水麻对镉的富集特性，将其种植于镉污染土壤中，可吸收积累镉重金属，并将其大部分转运到地上部分，通过最后收割植物地上部分进行灰化处理，提取重金属，以达到修复镉污染土壤的目的。在其生长过程中不需要进行特殊管理并且可以留桩发枝，因而成本较低、可操作性强；同时也为土壤中重金属污染的植物修复开发了新的植物资源品种，为植物修复技术的深入发展带来了新的进步和发展空间。

说明书

技术领域

本发明涉及环境中重金属污染的植物修复技术领域，具体地说是利用一种

荨麻科植物水麻，水麻在在修复土壤重金属镉污染中的应用。

背景技术

环境中镉重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性等特点，其污染物在介质中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解，还可经食物链传递等途径最终将影响人类健康，造成不可估量的影响。

利用重金属富集植物或超富集植物(hyperaccumulator)进行植物修复是当今环境科学的研究热点之一, 在修复重金属土壤污染中显示了极大的潜力，它具有投资少、效率高，且不造成二次污染等多种特性。富集植物或超积累植物大都以群落方式聚集于野外，主要在矿山区、成矿作用带、富含金属元素岩石风化而成土壤上。因此，对废弃的矿山或金属矿露头上自然生长的植物进行调查是寻找富集植物或超积累植物的有效途径之一。

目前已开发出可用于修复土壤重金属Cd污染的植物主要包括印度芥菜、宝山堇菜、蒲公英、龙葵、小白酒花、东南景天等，它们对镉单一及复合污染均有较强的耐性和积累能力。但是目前发现的大多数镉富集植物多为草本植物，且生长缓慢、植株矮小、地上部生物量小，在实际应用中受到限制等。因此，寻找其他镉富集植物以克服现有修复植物生长缓慢、植株矮小的缺点，培育出生长迅速、植株高、生物量大的品种，是镉污染土壤植物修复技术亟待解决的问题。

与此同时，随着工农业生产的发展，土壤镉污染呈加重的态势，尤其是农业土壤镉污染状况令人担忧。而目前可用于镉污染土壤修复的植物品种资源难以满足实际需要，急待进一步研究和扩大可用资源。另外，地球上植物资源相当丰富，要确定哪些植物是否对镉具有相应的富集特性，需要花费大量人力、物力和财力，也未必就能筛选出符合需要的植物品种，从而制约了植物修复的效率及应用。

发明内容

发明人在从事重金属污染修复的研究工作中，在发现秃疮花、野茼蒿等重金属富集植物（见中国专利ZL 20061002266 9.6及中国专利申请200810045743.5）之后，再次发现：荨麻科水麻属植物水麻（拉丁名为Debregeasia orientalis C. J. Chen），对土壤环境中的镉重金属具有显著的富集特性。因此，本发明的目的就是针对上述可用于土壤重金属污染生物修复的植物品种资源不足的问题，提供水麻在在修复土壤重金属镉污染中的应用。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

水麻在修复土壤重金属镉污染中的应用，将水麻种植于重金属镉污染的土壤中，对重金属镉污染的土壤进行修复。

所述的水麻的种植方法为直接移栽，直接移栽于重金属镉污染的土壤中。

所述的水麻的种植方法为播种，将水麻种子直播种植于重金属镉污染的土壤中。

所述的水麻栽种时需定期进行剪枝收割，留桩发枝，并对其收割枝条后进行灰化处理，提取重金属。

水麻的生命力非常旺盛，易于成活，可进行直接移栽、扦插或将种子直播生长；在自然条件下即可存活，在其整个生长过程中不需要进行特殊管理。且同常规修复所用的草本植物相比，其自然繁殖生长快速、生物量大, 属于多年生灌木植物，可留桩发枝，不需每年栽种。

作为优选，水麻应用种植步骤为：

幼苗准备：（1）采用直接移栽方式，自然条件下，将采集到的荨麻科水麻属植物水麻（Debregeasia orientalis C. J. Chen）幼苗直接移栽于有镉重金属污染的土壤当中。（2）采用扦插移栽方式，自然条件下，扦插荨麻科水麻属植物水麻（Debregeasia orientalis C. J. Chen）枝条，每枝枝长约7-10cm，待枝条长根后，移栽于有镉重金属污染的土壤当中。（3）采用自然条件下种子直播方式，将采集到的荨麻科水麻属植物水麻（Debregeasia orientalis C. J. Chen）种子直接播种于有镉重金属污染的土壤当中。

2.日常管理：植物栽培期，根据土壤水分实际情况不定期浇水确保土壤水分保持在田间持水量的80%左右。

3.收割处理：90天后留桩收割植物的地上部分，并对收割的地上部分进行灰化处理，留桩部分可继续发枝，不需每年栽种。

待地上部分形成一定生物量时进行定期收割，并对收割的地上部分进行灰化处理，提取重金属，能有效降低污染土壤中的Cd的含量，从而修复污染土壤。

本发明中的水麻，为荨麻科水麻属多年生灌木植物（拉丁名为Debregeasia orientalis C. J. Chen），经试验研究，证明其主要对镉（Cd）等重金属具有富集特性。本发明充分利用了水麻对Cd等重金属的富集特性，将其幼苗移栽或将其种子直播至被重金属污染的土壤中，吸收积累污染土壤中的Cd等重金属，并将其大部分转运到地上部分，降低土壤中Cd等的含量，待地上部分形成一定生物量时，可留桩收割进行连续提取重金属，从而达到减少污染土壤中Cd含量的目的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

发明人通过试验研究发现，水麻对镉等重金属具有显著的富集特性。本发明正是利用水麻对镉等重金属的这种富集特性，将其种植于土壤中，可吸收积累镉等重金属，并将其大部分转运到地上部分，通过对定期收割的地上部分进行灰化处理，以达到修复污染土壤的目的。由于水麻的生命力非常旺盛，易于成活，且其自然繁殖生长快速，在其整个生长过程中均不需要进行特殊管理，水麻属多年生灌木植物，可留桩发枝，因而成本较低、可操作性强；同时也为土壤中重金属污染的植物修复开发了新的植物资源品种，为植物修复技术的深入发展带来了新的进步和发展空间。并且，水麻属于绿色灌木植物，对污染土壤还有绿化覆盖,减少水土流失和重金属污染扩散的功能。

附图说明

图1为本发明实施例中不同Cd浓度处理条件下水麻地上部生物量。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。

实施例1  盆栽浓度梯度试验

试验地点设在四川农业大学教学科研农场土壤肥料试验站。

采用盆栽模拟土壤重金属污染的方法，将荨麻科水麻属植物水麻（Debregeasia orientalis C. J. Chen）幼苗移栽于投加梯度浓度重金属镉污染过的盆栽土壤中。本试验于5月开始，移栽水麻幼苗为采自四川省雅安市石棉县石棉矿区的幼苗，每盆3棵，3次重复。试验共设5个处理，分别为CK（不投加Cd）和4个不同投加浓度试验，投加浓度为5 mg kg^-1（T1）、30 mg kg^-1 （T2）、60 mg kg^-1 （T3）和90 mg kg^-1 （T4），投加的重金属形态为CdCl₂·2.5H₂O，为分析纯试剂，以固态加入到土壤中，充分混匀，平衡四周后待用。植物于网室内栽培，根据土壤水分实际情况不定期浇水确保土壤水分保持在田间持水量的80%左右。90天后留桩收割植物的地上部分，测定成熟水麻地上部分对重金属Cd的累积量、富集系数和迁移系数，并对收割的地上部分进行灰化处理。

试验结果如下：

图1为不同Cd浓度下水麻地上部生物量。最小显著差数法差异显著性分析显示，Cd投加浓度为5 mg kg^-1的处理中，地上部生物量与对照相比，显著上升（P<0.05），在较高的Cd污染处理水平下，即投加浓度为30、60mg kg^-1时，地上部生物量与对照相比，无显著性差异（P>0.05），但其生物量都比对照高，表明水麻耐性强。但在Cd投加浓度为90 mg kg^-1时，地上部生物量比对照低，说明水麻有较强的耐性，但还是有一定限度，在Cd浓度大于90 mg kg^-1以后，植物的生长会受到抑制，但与对照差异不显著（P>0.05）。

植物体内Cd累积量测定结果表明（表1），土壤中镉投加浓度在CK～T4浓度时，水麻地上部均大于0.5，且在CK、T2和T3浓度时转移系数大于1，水麻地上部富集系数除在T3浓度时为0.95，在其他浓度时其富集系数均大于1。在土壤中投加浓度为30和60 mg kg^-1时，植株地上部累积量大于1000μg，且植株地上部分镉的累积量在T1～T3浓度时随投加浓度的增高而增高。

表1.不同处理浓度下水麻对镉的富集特征

TF为转移系数，BCF为富集系数

综合水麻对镉的耐性和富集特征来看，水麻对Cd污染土壤具有较强的修复能力，并且水麻属于绿色灌木植物，对污染土壤还有绿化覆盖,减少水土流失和重金属污染扩散的功能。