利用套种作物蒜苗促进富集植物黑麦草吸收土壤中重金属铅的方法

摘要

本申请公开了一种利用套种作物蒜苗促进富集植物黑麦草吸收土壤中重金属铅的方法，针对不同程度的重金属铅污染进行不同的操作，对于铅含量大于等于80mg/kg的土壤，采用同时种植黑麦草和大蒜的套种方法，对于铅含量小于80mg/kg的土壤，采用先种植大蒜，然后再种植黑麦草的套种方法，本发明提供了一种铅污染农业耕地种植与修复综合模式；本发明套种方式能有效的提高富集植物对某些重金属的吸收。

说明书

技术领域

本申请属于植物育种领域，具体地说，涉及一种利用套种作物蒜苗促进富集植物黑麦草吸收土壤中重金属铅的方法。

背景技术

随着工农业的迅速发展和经济的全球化，含重金属的污染物通过农药与化肥的大量施用，工业废水的排放以及大气沉降等途径进入到土壤环境中，造成了严重的土壤污染；而土壤的铅污染物主是由废弃的含铅蓄电池和汽油防爆剂所导致。含铅污染物不仅影响土壤的理化性质与土壤微生物的水量水平和结构会对农产品的产量与品质造成巨大的影响，从而进一步危害人类的健康。土壤特别是农用耕地的重金属的污染是农业生产顺利进行必须面对的问题，而重金属污染土壤的修复是解决该问题的必然途径。土壤重金属污染修复技术主要包括物理修复、化学修复与生物修复。其中生物修复的一项重要措施是植物修复。植物修复技术作为一种新兴的生物修复途径已经得到人们广泛的认可与使用。对于植物修复的研究，一般集中在超富集(富集)植物的筛选方面，和研究微生物与植物的相互作用促进植物吸收方面，以及添加螯合剂促进植物对重金属的吸收等方面。现目前少有关于植物促进或者减弱植物吸收重金属方面的研究。在重度或者中度污染的栽培土壤条件下，一定的套种方式能有效的促进富集植物对重金属的吸收；在轻度污染的栽培土壤条件下，通过栽培结构的调整选择低富集特性的作物进行栽植，保证农业生产的顺利进行。对于农用土壤的修复，特别是栽培土壤的修复，如果保证最低程度影响农业生产是必须考虑的问题。这样看来，进行作物和富集植物的套种是一种有效的措施。

黑麦草为一年生禾本科单子叶植物，其再生能力强，易于种植，生物量较大，抗病虫害能力强。有报道显示黑麦草对重金属具有很强的抗性，且对重金属有蓄集作用。

大蒜，多年生草本，具强烈蒜臭气。喜温暖、耐寒力强，以春夏秋冬时节种植为宜。地理分布大蒜在我国分别较广，主要分布在华北、西北与东北等地，是重要的经济作物，并且套种大蒜也是重要的植物病害生物防治手段。

以往一般只是单独进行种植富集植物进行污染重金属污染的修复；或者施用微生物制剂或者螯合剂来促进富集植物对土壤重金属的吸收，而少利用作物来促进富集植物对重金属的吸收。微生物常常不太稳定，其定殖不具有简单的可视性；而施用螯合剂具有价格昂贵、对环境造成其他污染的缺点。

作为重要的经济作物和重要的生防作物的大蒜，以及重要的土壤重金属修复植物黑麦草，在受铅污染的栽培土壤中进行套种，二者对重金属铅的吸收的相互影响，特别是套种大蒜对富集植物黑麦草吸收重金属铅的影响是本研究关注的重点。

发明内容

有鉴于此，本申请针对上述的的问题，提供了一种利用套种作物蒜苗促进富集植物黑麦草吸收土壤中重金属铅的方法。

为了解决上述技术问题，本申请公开了一种利用套种作物蒜苗促进富集植物黑麦草吸收土壤中重金属铅的方法，该方法针对土壤中重金属铅含量大于或等于80mg/kg进行的，包括以下步骤：

步骤1、原料预处理：撒播黑麦草种子播种前，将黑麦草种子用温水及生根剂浸泡，捞起沥干，备用；播种前将大蒜浸泡一天，备用；

步骤2、种植黑麦草：将处理后的黑麦草种子拌上细砂撒播，播种方式一般采用开厢拉线条播的方式进行；

步骤3、种植大蒜：播撒黑麦草种子后，进行大蒜的栽植，播种时将浸泡后的蒜瓣插入土中，以微露尖端为宜；

步骤4、对于重金属铅污染土壤，播种后进行灌溉，保持土壤湿润促进种子发芽生长。

进一步地，步骤1中黑麦草种子浸泡时间为5～7h。

进一步地，步骤2中播种量在1.5～2kg/亩之间。

进一步地，步骤3中播种株距为40-50cm。

本发明还公开了一种利用套种作物蒜苗促进富集植物黑麦草吸收土壤中重金属铅的方法，该方法针对土壤中重金属铅含量小于80mg/kg进行的，包括以下步骤：

步骤1、种植大蒜：进行大蒜的栽植，播种时将蒜瓣插入土中，以微露尖端为宜；

步骤2、收获大蒜：在收获大蒜时，每平方米种植地中保留商品性差的蒜苗；商品性差的蒜苗为相对于收获的蒜苗长势较细的蒜苗；

步骤3、原料预处理：撒播黑麦草种子播种前，将黑麦草种子用温水及生根剂浸泡，捞起沥干，备用；

步骤4、大蒜收获后种植处理好的黑麦草种子，播种后进行灌溉，保持土壤湿润促进种子发芽生长。

进一步地，步骤2中在收获大蒜时，每平方米种植地中保留2-3株蒜苗。

进一步地，步骤3中黑麦草种子浸泡时间为5～7h。

进一步地，步骤4中播种量为1.5～2kg/亩。

与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：

1)利用作物促进富集植物吸收重金属的过程，作物的定植和生长可见；

2)避免施用螯合剂促进富集植物吸收重金属，可能因为螯合剂本身所造成的环境的污染；并且一般螯合剂较为昂贵。

3)利用作物促进富集植物吸收重金属的过程，作物一般为低富集特性的作物，该套种措施将农业生产和土壤修复过程进行了有机结合，有利于在实际过程对农业耕地进行修复。

当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请盆栽处理下的黑麦草生长情况，其中，A为大蒜套种黑麦草组，B为单独种植黑麦草组。

具体实施方式

以下将配合实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明提供一种利用套种作物蒜苗促进富集植物黑麦草吸收土壤中重金属铅的方法，包括以下步骤：

步骤1、原料预处理：撒播黑麦草种子播种前，将黑麦草种子用温水及生根剂浸泡5～7h，捞起沥干，备用；播种前将大蒜浸泡一天，备用；

步骤2、种植黑麦草：将处理后的黑麦草种子拌上细砂撒播，播种量为在1.5～2kg/亩之间，播种方式一般采用开厢拉线条播的方式进行；

步骤3、种植大蒜：播撒黑麦草种子后，进行大蒜的栽植，播种时将浸泡后的蒜瓣插入土中，以微露尖端为宜；播种株距在40-50cm左右；

步骤4、对于重度重金属铅污染土壤(土壤中铅含量大于等于80mg/kg(pH≤5.5))，播种后进行灌溉，保持土壤湿润促进种子发芽生长；在重金属铅污染土壤的修复过程中，利用黑麦草套种大蒜的方式促进黑麦草对重金属铅的吸收，增强土壤修复效果，而大蒜(蒜苗)一般并不进行收获销售，整个过程主要是植物修复过程。

本发明还提供一种用于吸收轻、中度重金属铅的蒜苗和黑麦草的套种方法，该方法针对于土壤中重金属铅含量小于80mg/kg进行的，包括以下步骤：

步骤1、种植大蒜：进行大蒜的栽植，播种时将蒜瓣插入土中，以微露尖端为宜；

步骤2、收获大蒜：在收获大蒜时，每平方米种植地中保留2-3株蒜苗；所保留的蒜苗为商品性差的蒜苗(相对于收获大蒜的蒜苗，较细的蒜苗)；

步骤3、原料预处理：撒播黑麦草种子播种前，将黑麦草种子用温水及生根剂浸泡5～7h，捞起沥干，备用；

步骤4、大蒜收获后种植处理好的黑麦草种子，播种量为在1.5～2kg/亩之间，播种后进行灌溉，保持土壤湿润促进种子发芽生长，利用富集植物黑麦草来进行土壤中重金属铅污染的修复。

对于农用耕地的修复，尤其是轻、中度重金属铅污染土壤(土壤中重金属铅含量小于80mg/kg)，一般要求避免或者减少对农业生产的影响，保证农民的收入，这样就要求对农业种植结构进行必要的调整，即：筛选低吸收(低富集)重金属的作物品种(例如：大蒜)。在整个操作过程中分为农业生产和植物修复两个阶段。蒜苗收获后播种黑麦草进入土壤修复阶段；在对蒜苗进行收获时，为了利用大蒜促进富集植物黑麦草对土壤中重金属的吸收，保证每平方米的有2-3株蒜苗，保留的蒜苗为保留商品性差的蒜苗；本方法整个过程是蒜苗生产和黑麦草对土壤进行修复的有机结合(农业生产和土壤修复过程的有机结合)；在修复土壤的同时，还能进行一定的农业生产。

实施例1重度重金属铅污染土壤处理(土壤中重金属铅含量大于或等于80mg/kg)：

该处理方法包括以下步骤：

步骤1、原料预处理：撒播黑麦草种子播种前，将黑麦草种子用温水及生根剂浸泡5～7h，捞起沥干，备用；播种前将大蒜浸泡一天，备用；

步骤2、种植黑麦草：将处理后的黑麦草种子拌上细砂撒播，播种量为在1.5～2kg/亩之间，播种方式一般采用开厢拉线条播的方式进行；

步骤3、种植大蒜：播撒黑麦草种子后，进行大蒜的栽植，播种时将浸泡后的蒜瓣插入土中，以微露尖端为宜；播种株距在40-50cm左右；

步骤4、对于重金属铅污染土壤，播种后进行灌溉，保持土壤湿润促进种子发芽生长；在重金属铅污染土壤的修复过程中，利用黑麦草套种大蒜的方式促进黑麦草对重金属铅的吸收，增强土壤修复效果，而大蒜(蒜苗)一般并不进行收获销售，整个过程主要是植物修复过程。

实施例2轻度、中度重金属铅污染土壤处理(土壤中重金属铅含量小于80mg/kg)：

该处理方法包括以下步骤：

步骤1、种植大蒜：进行大蒜的栽植，播种时将蒜瓣插入土中，以微露尖端为宜；

步骤2、收获大蒜：在收获大蒜时，每平方米种植地中保留2-3株蒜苗；所保留的蒜苗为商品性差的蒜苗；

步骤3、原料预处理：撒播黑麦草种子播种前，将黑麦草种子用温水及生根剂浸泡5～7h，捞起沥干，备用；

步骤4、大蒜收获后种植处理好的黑麦草种子，播种量为在1.5～2kg/亩之间，播种后进行灌溉，保持土壤湿润促进种子发芽生长。

对比例1单独种黑麦草

将处理后的黑麦草种子拌上细砂撒播，播种量为在1.5～2kg/亩之间，播种方式一般采用开厢拉线条播的方式进行。

为了防止其它植物对本实验的影响，本试验以盆栽实验的方式进行(图1)。栽培土为镉污染栽培土壤。种植30d后，分别收割不同处理组黑麦草和大蒜的地上部分，将收割后的黑麦草和大蒜苗用牛皮纸包好，放在105℃的干燥箱中进行30min的杀青处理，待杀青处理后将生黑麦草和大蒜苗再放置在75℃的干燥箱干燥24h。

将样本寄送到第三方检测中心进行植物中重金属(铅)含量的测定。测试项目：铅，本研究也对植物中的镉含量进行了测定；测试设备：ICP-OES；测试依据：DB53/T 288-2009食品中铅、砷、铁、钙、锌、铝、钠、镁、硼、锰、铜、钡、钛、锶、锡、镉、铬、钒含量的测定。

1.3统计分析

采用Excel2010软件进行数据处理与分析。

2结果与分析

在大蒜与黑麦草的套种实验中，不同处理组黑麦草地上部分的干重和镉铅含量如表1所示。

表1两种处理下的干重与镉含量

结果表明：对实施例2和对比例1的黑麦草地上部分干重进行对比，实施例2(大蒜套种黑麦草)比对比例1(单独种植黑麦草)减少了0.068mg，降低率为12.62％；对地上部分干物质中镉的含量进行对比，实施例2(大蒜套种黑麦草)比对比例1(单独种植黑麦草)减少了1.1437×10^-3mg，降低率为23.92％；对地上部分干物质中铅的含量进行对比，实施例2(大蒜套种黑麦草)比对比例1(单独种植黑麦草)增加了1.1371×10^-3mg，增加率为133.15％。从实验的结果看，大蒜套种黑麦草对黑麦草吸收重金属镉和铅的作用是不同的，其能在一定程度上抑制黑麦草对镉的吸收，但能极大的促进黑麦草对铅的吸收。

实验进一步对栽培土壤和大蒜(套种)中重金属镉和铅进行了测定，测定结果如表2所示。从实验的结果看，在本实验中对于重金属镉而言，黑麦草单独种植时具有最大的地上部分富集系数(0.75)；对于重金属铅而言，黑麦草套种大蒜时具有最大的地上部分富集系数(0.54)。实验结果表明，可以根据土壤不同的污染情况来选择不同的种植方式。

表2土壤和大蒜中重金属镉和铅的含量

在一定的种植环境中，大蒜套种黑麦草，一方面存在大蒜与黑麦草竞争营养以及空间的现象，从而导致黑麦草生长量的减少，也就是说套种可能会导致富集植物生长的减少。但套种增加了物种的多样性，多样性的物种使植物结构(植物修复系统)更稳定；另一方面一定的套种方式促进了富集植物对重金属的吸收，能抵消因为生长量的减少对重金属的吸收总量的影响，从而保证修复效果。

植物根系的分泌物能影响根际微生物的数量与结构，其也必定对土壤中重金属的活性或者存在状态产生一定的影响，从而也影响植物对重金属的吸收。可见，植物与植物之间互相作用(直接和间接作用)，会在一定程度上影响植物对重金属的吸收。在实际的修复过程中，很难实现在一个区域单一的生长一种植物，并且较丰富的植物结构有利于植物的生长与生态体系的健康发展。一定的套种方式可能会减少富集植物的生长量，但富集能力的提高能有效的抵消因生长量减少对重金属吸收总量的影响，从而保证良好的修复效果。所以有必要研究在一个特定的植物修复场地内，植物对植物吸收重金属的影响。

套种作物是一种常用的栽种措施，在农业生产中具有重要的作用。在本研究中，大蒜套种富集植物黑麦草能有效地减低黑麦草对重金属镉的吸收，降低率为23.92％，但是其能较强地提高黑麦草对重金属铅的吸收，增加率为133.15％。在本实验中对于重金属镉而言，黑麦草单独种植时具有最大的地上部分富集系数(0.75)；对于重金属铅而言，黑麦草套种大蒜时具有最大的地上部分富集系数(0.54)。从研究的结果看一定的套种方式能有效的提高富集植物对某些重金属的吸收。

实验证明大蒜套种黑麦草能极大地提高黑麦草对土壤中重金属铅的吸收。大蒜具有较好的商品价值，并且也是常用于生物防治的植物。

上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。