显著促进镉富集植物修复镉污染土壤能力的方法

摘要

本发明属于土壤重金属污染防治技术领域，本发明提供了一种显著促进镉富集植物修复镉污染土壤能力的方法，其方法为将繁缕和牛繁缕进行混种栽培。本发明同时显著提高了繁缕根系和牛繁缕根系对镉的吸收，提高了繁缕和牛繁缕对镉污染土壤的修复能力。

说明书

技术领域

本发明属于土壤重金属污染防治技术领域，涉及重金属污染土壤植物修复领域，具体涉及一种显著促进镉富集植物修复镉污染土壤能力的方法。

背景技术

重金属污染是近几十年人类活动和自然事件普遍存在的一个问题。据报道，超过10％的耕地受到重金属的污染，如镉、铷、铬、铅等，造成生产损失超过一千万吨。镉极易被作物的根系吸收而向籽实迁移,然后通过食物链进入人体,从而对人类的生命健康构成威胁。因此，重金属污染土壤修复成为世界各国亟待解决的问题。

植物修复是重金属污染土壤修复中的一种常用方法，能在不破坏土壤生态环境，保持土壤结构和微生物的状况下，通过植物的根系直接将重金属直接从土壤中吸收并转移到植物的地上部分，从而达到植物修复倍污染土壤的目的。目前已发现的镉富集植物有黑麦草、繁缕等，但由于筛选出的这些植物往往生长缓慢、生物量低，因而限制了其对污染土壤重金属的移除效率，难以满足农田镉污染修复的需要。因此，通过农艺修复措施提高富集植物修复能力具有重要的实践意义。

在农业生产上，利用间(混)作技术能够提高作物对土壤养分、水和光等资源的有效利用，从而增加作物的产量，提高其品质。不同植物间作可调控植物对重金属的吸收。蒋成爱(东南景天与不同植物混作对土壤重金属吸收的影响[J].中国环境科学.2009,29(9):985-990.)等人研究表明，与玉米和大豆间作的东南景天地上部分吸收Cd、Pb、Zn为单作的1.68-1.87倍，并显著降低玉米对Cd、Zn的吸收。黑亮(东南景天和玉米套种对Zn污染污泥的处理效应[J].环境科学，2007，28(4)：852-858.)等研究发现，利用玉米与超积累植物东南景天套作对污染污泥进行修复，玉米籽粒中的Zn、Cd、Cu浓度均符合粮食卫生标准，但东南景天中Zn、Cd浓度显著增高。但王京文(丝瓜与伴矿景天间作对土壤Cd形态及丝瓜Cd吸收的影响[J].农业环境科学学报,2016,35(12)：2292-2298.)等人的研究结果表明，丝瓜与伴矿景天间作一定程度上减少了丝瓜的结果数量，同时存在增大丝瓜果实中Cd含量的风险。这些重金属的吸收变化可能是由于分泌物、酶的种类、数量、功能的改变，或各种元素间和植物间的竞争所致。这说明只有通过合适的植物搭配进行间(混)种才能达到提高重金属污染修复效率的目的，否则会使富集植物互补消弱，竞争激化，结果适得其反。因此，需要进一步的筛选合适的植物搭配物种来提高富集植物的修复效率。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种显著促进镉富集植物修复镉污染土壤能力的方法，该方法为将繁缕和牛繁缕进行混种栽培。

在进行混种时，同时显著提高混种植物的镉吸收能力是不容易的。在间作种间的相互作用主要有两个方面，一是种间促进作用，二是种间竞争作用。两种作用总是同时存在，当竞争作用大于促进作用时表现为间作劣势，当竞争作用小于促进作用时表现为间作优势。本发明发明人惊喜的发现，当将繁缕和牛繁缕混种后，繁缕和牛繁缕对于镉的吸收能力均得到了大幅度的提升。

在本发明可行的一个实施方案中，混种栽培时，将繁缕和牛繁缕进行均匀的混种并使得繁缕与牛繁缕的植株数目比为1:1。

在本发明可行的一个实施方案中，所述繁缕和牛繁缕均为3片真叶展开的植株。

在本发明可行的一个实施方案中，在进行种植时，使得土壤水分保持在田间持水量的80％。

在本发明可行的一个实施方案中，所述镉污染土壤中镉浓度不低10mg/kg。

根据本发明所记载的内容，本领域的技术人员容易知晓，本发明发现了将繁缕与牛繁缕进行混种后，可以同时增强繁缕和牛繁缕对镉污染土壤中镉的吸收，从而实现对镉污染土壤的修复。本发明实质上并不对镉污染程度的高低作何限定，只要是镉污染土壤，利用本发明方法均可以实现繁缕和牛繁缕对镉污染修复能力的增强。

一般而言，镉污染土壤中镉浓度不低10mg/kg。在本发明可行的一个实施方案中，镉污染土壤中镉浓度为10mg/kg。

本发明的有益效果：

本发明同时显著提高了繁缕根系和牛繁缕根系对镉的吸收，提高了繁缕和牛繁缕对镉污染土壤的修复能力。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只是用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

供试土壤为紫色土，取自四川农业大学雅安校区农场农田(29°59′N，102°59′E)，其基本理化性质详见参考文献的记载(不同生态型繁缕对镉胁迫砧木樱桃植株磷钾吸收的影响[J].中国生态农业学报,2013,21(12):1565-1568.)。

镉富集植物繁缕和牛繁缕幼苗于2015年3月采自四川农业大学雅安校区农场农田，采集区土壤未被重金属污染。

试验方法

栽培处理方式

将土壤风干、压碎、过5mm筛后，分别称取3.0kg装于20cm×27cm(高×直径)的塑料盆内，加入分析纯CdCl₂·2.5H₂O溶液，使其镉浓度为10mg/kg，并与土壤充分混匀，保持淹水状态，自然放置平衡4周后再次混合备用。

各处理的植株个数和重复数

选择长势一致，约3片真叶展开的繁缕和猪殃殃幼苗移栽至盆中。试验设置3个处理，分别为：繁缕单种、牛繁缕单种、繁缕混种牛繁缕。单种处理每盆种植植物6株，混种处理每盆种植每种植物各3株每个处理重复5次。

培养条件：

将盆栽的植物置于透明遮雨棚内，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。

采收及材料预处理：

30天后测定三种植物的光合色素含量。之后，整株收获，将植物根系和地上部分分别封装，用自来水洗净，再用去离子水冲洗3次后，于110℃杀青15min，75℃烘干至衡重，称重，粉碎，过100目筛。

原子吸收光谱法测定镉含量：

称取0.500g植物样品，加入硝酸-高氯酸(体积比为4:1)放置12h后消化至溶液透明，过滤，定容至50ml，用iCAP 6300型ICP光谱仪测定(Thermo Scientific,USA)镉含量。土壤样品风干后，过1mm筛，采用pH计测定土壤pH(土水比为1:2.5)，采用DTPA-TEA浸提法提取土壤有效态镉，并用iCAP 6300型ICP光谱仪测定土壤有效镉含量。地上部分富集系数(BCF)＝地上部分镉含量/土壤镉含量，转运系数(TF)＝植物地上部分镉含量/根系镉含量，转运量系数(TAF)＝(地上部镉含量×地上部分生物量)/(根系镉含量×根系生物量)。

数据处理方法

数据采用SPSS系统进行方差分析(Duncan新复极差法进行多重比较)。

结果与分析：

如表1所示，将牛繁缕和繁缕进行混种后，显著的提高了牛繁缕和繁缕的生物量。

表1混种对植物单株生物量的影响

如表2所示，与单种相比，本发明对于植物叶绿素含量的影响并不显著。

表2混种对植物光合色素含量的影响

如表3所示，与单种繁缕和单种牛繁缕相比，本发明显著的提高了繁缕和牛繁缕根系的镉含量。本发明降低了繁缕和牛繁缕的转运系数，这说明本发明抑制了镉从繁缕根系和牛繁缕根系向地上部分的转化。

表3混种对植物镉含量的影响

植物镉含量受组织镉含量和生物量的影响。如表4所示，与单种相比，本发明显著的提高了繁缕和牛繁缕根系部分的镉积累量，对于地上部分的影响较小。综合起来，本发明显著的提高了繁缕整株植物对镉污染土壤中镉的吸收积累，增强了繁缕修复镉污染土壤的能力。

表4混种对植物单株镉积累量的影响

如表5所示，较单种而言，本发明显著的提高了繁缕和牛繁缕整株的单盆镉累积量。

表5混种对三种植物单盆镉积累量的影响