专利名称：一种利用矿业废弃地筛选重金属超积累植物的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用矿业废弃地筛选重金属超积累植物的方法。属污染生态学、 植物修复技术领域。
背景技术：
土壤重金属污染已经成为一个世界性的环境问题，重金属污染土壤对农作物的影响，不仅表现在减少作物产量和降低农产品品质，更为严重的是这些污染物可以在土壤中存在几十年、甚至数百年都不会被降解，并且通过食物链进入动植物和人体危害人畜健康。 长期以来，人们都在致力于重金属污染土壤的治理与修复，先后发明了物理修复、化学修复和生物修复等技术。植物修复技术属生物修复的范畴，是以植物忍耐和超积累某些污染物的理论为基础，利用超积累植物根系吸收污染土壤中的有毒有害物质并运输至植物的地上部分，通过收割植株并集中处理移除土壤中污染物的技术，其核心是筛选合适的超积累植物。由于植物修复具有物理、化学修复所无法比拟的费用低廉、不破坏场地结构、不造成地下水二次污染以及能进行大规模治污等优势，被国际上列入未来非常有前途的土壤重金属污染治理技术。目前，筛选重金属超积累植物的途径主要有三条，即野外找寻、室内盆栽筛选和植物育种。野生型超积累植物生态适应性好，重金属超富集能力强，但植株矮小，生长速度慢， 生物量小，不利于机械收获和大规模的工程治理；室内盆栽试验易于控制，重复性好，结果比较精确，但筛选出的重金属超积累植物生态适应性较差，影响大田种植效果；传统的植物育种周期长，种质资源有限，实际应用很少；采用基因工程技术，可使重金属超积累植物的生物学性状得到较大的改善和提高，但受条件和技术所限，其应用受到极大的限制。迄今， 全世界大约发现了 500种重金属超积累植物，但主要停留在理论研究阶段，大田修复试验成功的报道还不多，筛选生物量大、生长快、适应性强的重金属超积累植物，是植物修复领域的重要课题。矿业废弃地是指废弃矿址、尾矿堆、洗选厂址等土壤重金属含量背景值高的地区。 矿业废弃地多为重金属复合污染，随着土壤特性的改善和重金属对植物毒性的降低，经过自然演替，这些原本植被严重退化或寸草不生的重金属异常污染区也会形成独特的自然植被，其中包括一些重金属超积累植物。因此，在矿业废弃地引种或种植特定植物，可以筛选到理想的对重金属超积累植物。
发明内容
本发明的目的是为重金属超积累植物提供一种结果稳定精确的筛选技术，该技术具有实验周期短、操作简便、成本低廉的特征。实现本发明目的的技术方案一种利用矿业废弃地筛选重金属超积累植物的方法，其特征是以矿业废弃地为种植地，选择矿业废弃地所在区域的本土植物为筛选植物， 在种植地种植筛选植物后，测定植株体内的重金属含量，同时测定株高和生物量，对照重金属超积累植物的评价标准，评价其超积累特性，由此筛选出重金属超积累植物。所述的测定植株体内的重金属含量时，采用干灰化-原子吸收分光光度法测定。所述的利用矿业废弃地筛选重金属超积累植物的方法，其筛选步骤依次为步骤1、选择复合重金属污染、自然条件较好的矿业废弃地为种植地，调查种植地的环境条件和自然植被，采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法测定土壤金属含量；步骤2、选择适应种植地所在地区气候环境条件的本土植物为筛选植物，所选植物具有生长速度快、生物量大、耐瘠薄的特点；步骤3、根据筛选植物的类别和种植材料的要求，整理种植地，使之土壤深度适宜， 土壤颗粒细小，无杂草生长；步骤4、选择取材和栽种易的种植材料栽种，栽种后及时中耕管理；步骤5、用干灰化-原子吸收分光光度法测定所栽种的种植材料植株体内的重金属含量，同时测定株高和生物量，对照重金属超积累植物的标准，评价其超积累特性，筛选出重金属超积累植物；重金属超积累植物的评价标准植株叶片或地上部分含Au达到Img/ kg, Cd 达到 100mg/kg，Co、Cu、Ni、Pb、As 达到 1000mg/kg，Mn、Si 达到 10000mg/kg 以上，且同时满足S/R > 1的植物，S和R分别指植物地上部分和根部重金属的含量。其筛选步骤1中种植地土壤金属含量测定，采用二乙烯三胺五乙酸(DTPA)浸提-原子吸收分光光度法测定。本发明筛选重金属超积累植物所用试验材料及仪器设备植物材料蓖麻(Ricinus communis)种子；化学试剂(1)DTPA[二乙烯三胺五乙酸]；(2) HNO3 ； (3) HCl ； (4) HClO4 ；主要仪器马弗炉、分光光度计、电热干燥箱、生物培养箱。本发明筛选重金属超积累植物的操作步骤依次为第一步、选择种植地种植地位于湖北大冶铜绿山铜矿露采场附近的废弃开采区，试验前调查自然概况，测定土壤的金属元素含量。第二步、确定筛选植物选择大冶铜绿山自然散生的野生蓖麻为筛选植物。蓖麻株型高大，根系发达，耐瘠薄，适应性强，在我国各地均有栽培，是理想的环保植物和经济价值较高的油料作物。第三步、种植地整理采用机械加人工的方法整理种植地。种植地用机械深翻后，进行人工平整，使之适合蓖麻播种和生长。第四步、种植与管理以野生蓖麻种子为种植材料。播种前进行种子发芽试验，检验种子的质量；播种时进行药剂消毒和催芽，提高播种的成苗率；播种出苗后及时间苗、定苗和中耕管理。第五步、评价与筛选测定蓖麻成株的株高、生物量和体内重金属含量，评价蓖麻的重金属超积累特性。 重金属超积累植物的标准为植株叶片或地上部分(DW，干重)含Au达到lmg/kg，Cd达到 100mg/kg，Co、Cu、Ni、Pb、As 达到 1000mg/kg，Mn、Zn 达到 10000mg/kg 以上，且同时满足 S/ R > 1的植物(Brooks，1977)，其中S和R分别指植物地上部分和根部重金属的含量。
具体实施例方式利用矿业废弃地筛选超积累植物的操作步骤依次为1、种植地概况①面积种植地分为3个小区，每个小区400m2，共计1200m2。②自然条件种植地所在矿区地质属岩浆期后矽卡岩型接触交代含铜磁铁矿，土体较疏松，长期的强烈风化侵蚀和开采过程中遗存的矿渣，成为重要的土壤污染物。本区年均气温17°C，年均降雨量1632. 5mm，雨量充沛，降水季节明显，多集中在3 8月；植被为由 ^31 (Cynodon dactylon) > (Imperata cylindrgicEi)、里予古月胃卜(Deiucus carota)
草(Echinochlon crusgalli)、酸模叶蓼(Polygonum sp.)等构成的草丛。③土壤重金属元素含量于种植地随机采集深O 15cm 土层的混合土样，经室内风干，磨碎，过100目筛，混合酸(HN03+HC1+HC104，三种酸的摩尔比例为1 3 1)消化，定容，DTPA浸提(PH7. 3，土样与DTPA质量比=2 1) _原子吸收分光光度法测定土壤金属含量，结果表明(见表1)，种植地土壤含有Cu、Fe、Zn、Mn、Pb等金属元素，其中Cu、Zn、Mn等重金属元素的平均含量依次为5829. 33mg · kg4、214. 78mg · kg"1和1424. 48mg · kg、远大于土壤中植物Cu、Zn、Mn的中毒临界值，属于复合重金属污染土壤。土壤中植物中毒临界值Cu 为 IOOmg · kg人 Zn 为 50mg · kg-1, Mn 为 300mg · kg人上述情况表明，种植地的自然条件和土壤重金属含量，符合本发明筛选重金属超积累植物的要求。表1试验区土壤的金属元素含量(mg · kg—1)
权利要求
1.一种利用矿业废弃地筛选重金属超积累植物的方法，其特征是以矿业废弃地为种植地，选择矿业废弃地所在区域的本土植物为筛选植物，在种植地种植筛选植物后，测定植株体内的重金属含量，同时测定株高和生物量，对照重金属超积累植物的评价标准，评价其超积累特性，由此筛选出重金属超积累植物。
2.根据权利要求1所述的利用矿业废弃地筛选重金属超积累植物的方法，其特征是 所述的测定植株体内的重金属含量时，采用干灰化-原子吸收分光光度法测定。
3.根据权利要求1所述的利用矿业废弃地筛选重金属超积累植物的方法，其特征是筛选步骤依次为步骤1、选择复合重金属污染、自然条件较好的矿业废弃地为种植地，调查种植地的环境条件和自然植被，采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法测定土壤金属含量；步骤2、选择适应种植地所在地区气候环境条件的本土植物为筛选植物，所选植物具有生长速度快、生物量大、耐瘠薄的特点；步骤3、根据筛选植物的类别和种植材料的要求，整理种植地，使之土壤深度适宜，土壤颗粒细小，无杂草生长；步骤4、选择取材和栽种易的种植材料栽种，栽种后及时中耕管理； 步骤5、用干灰化-原子吸收分光光度法测定所栽种的种植材料植株体内的重金属含量，同时测定株高和生物量，对照重金属超积累植物的标准，评价其超积累特性，筛选出重金属超积累植物；重金属超积累植物的评价标准植株叶片或地上部分含Au达到lmg/kg， Cd 达到 10011^/1^，(0、01、附、？13、48达到 1000mg/kg，Mn、Si 达到 10000mg/kg 以上，且同时满足S/R > 1的植物，S和R分别指植物地上部分和根部重金属的含量。
4.根据权利要求2所述的利用矿业废弃地筛选重金属超积累植物的方法，其特征是 筛选步骤1中种植地土壤金属含量测定，采用二乙烯三胺五乙酸浸提-原子吸收分光光度法测定。
全文摘要
本发明涉及植物修复技术，具体地说是一种利用矿业废弃地筛选重金属超积累植物的方法。具体方法为以受重金属复合污染的矿业废弃地为种植地，选择本土植物为筛选植物，在矿业废弃地上种植筛选植物，通过测定植物的金属元素含量、生长速度和生物量，对照重金属超积累植物的标准，评价植物的超积累特性，筛选出重金属超积累植物。本发明精确性和稳定性高、实验周期短、实验成本低和操作简单，采用本发明的筛选方法筛选出的重金属超积累植物具有生长速度快、生物量大、适应性好和积累性强等优势，植物修复的潜力较大。
文档编号A01B79/02GK102246642SQ20111008935
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月11日 优先权日2011年4月11日
发明者康薇, 郑进 申请人:黄石理工学院