一种利用EDTA和芸苔素内脂联合诱导黑麦草修复铅污染土壤的方法与流程

本发明属于土壤重金属修复领域，具体涉及一种利用螯合剂和植物生长调节剂联合诱导黑麦草修复铅污染土壤的方法。

背景技术：

据2014年环境保护部和国土资源部发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示：在调查的70个矿区的1672个土壤点位中，超标点位占33.4％，主要污染物为镉、铅、砷和多环芳烃；有色金属矿区周边土壤镉、砷、铅等污染较为严重；在调查的81块工业废弃地的775个土壤点位中，超标点位占34.9％，主要污染物为锌、汞、铅、砷和多环芳烃，主要涉及化工业、矿业、冶金业等行业。全国土壤环境状况总体不容乐观，工矿地废弃地土壤环境问题突出。寻找经济、环保和有效的措施修复重金属污染土壤成为热点研究问题。

铅(Pb)，作为质量最大的稳定元素，一旦排入环境无法再降解，很长时间会保持其毒性。研究表明，过量Pb对人体的中枢神经、红血球细胞、肾脏、心血管及男女的生殖系统等多种器官有毒害作用。对于儿童而言，即使血液中铅浓度保持可接受水平，仍然影响到儿童的智力发育和表现行为异常。此外，铅还能通过影响酶和细胞代谢，使人产生胃疼、头痛、颤抖和神经性烦躁，严重情况下，直至死亡。目前要开发的工矿业废弃地当中，铅污染十分严重，若要让这些废弃地成为可以利用的商业用地，甚至是适宜人居住的住宅用地，亟需低成本、高效的土壤修复措施。

乙二胺四乙酸(EDTA)，是一种重要的络合剂，可以络合重金属离子和分离金属。由于它具有活化重金属的性能，可将稳定态金属转化为游离态的金属与EDTA络合物，因此，它常被用于土壤化学淋洗修复以及植物修复污染土壤等领域中。

近年来，许多研究学者们利用植物生长调节剂，分别通过植物浸种、叶面喷施等方式修复污染土壤。植物生长调节剂主要分为5大类：生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸和乙烯。而芸苔素内酯(Brassinolide，BR)经过科学家十余年研究，证明它是不同于已知五大激素的一种植物激素，早在1987年，就被学术界公认为是第六类植物激素。BR作为一种高效植物激素，主要有以下几个方面的作用：(1)促进细胞分裂，增大果实；(2)延缓叶片衰老，促进叶片持久保绿；(3)促进侧芽生长，提高作物产量；(4)提高作物品质，增加商业价值。

黑麦草由于其本身生长气候条件宽广和可多次刈割等特点，因而被广泛引种为优良牧草、饲料以及草坪等方面。杨明琰研究不同铅胁迫条件下，黑麦草对铅的富集特性发现，黑麦草在污染土壤中铅含量低于1000mg/kg时，其地上部干重没有明显变化，说明黑麦草对铅有较好的耐性。因而，黑麦草被广泛运用于重金属污染土壤植物修复领域。

植物对土壤重金属的富集能力除了与植物本身对土壤重金属的富集与转移能力有关外，还很大程度上取决于土壤重金属的生物有效性。许多研究通过往土壤施加螯合剂来提高重金属的活性，改善土壤重金属的可利用性，强化植物对土壤重金属的吸收，提高植物体内尤其是地上部重金属浓度。然而，螯合诱导条件下植物体内重金属的大量积累也提高了重金属对植物生长的胁迫作用，可能影响植物的正常生长，导致植物生物量的降低，抵消了部分因重金属浓度增加产生的强化效应，从而形成了植株体内重金属浓度与植物生物量之间的消长关系。基于螯合剂对土壤重金属的活化作用和植物激素对植物重金属耐性与积累的促进作用，采用外源重金属螯合剂联合植物激素共同诱导植物修复重金属污染土壤，调控植物生物量与植物体内重金属浓度之间的消长关系，从而提高植物修复效率，是一个值得探索的研究方向。

本发明在申请人多年研究的基础上，公开了一种利用EDTA和芸苔素内脂联合诱导黑麦草修复铅污染土壤的方法。

技术实现要素：

本发明提供了一种矿区铅污染土壤的EDTA和芸苔素内脂联合诱导黑麦草的植物修复方法，解决了以铅矿区为代表的高铅含量土壤抑制黑麦草生长而引起的植株矮小、生物量低、叶片发黄以及生长速度缓慢等问题。具有修复效率高、修复周期短、修复效果显著以及可多次刈割等特点。

本发明为一种提高铅污染土壤植物修复效率的方法，具体技术方案如下：首先在铅污染的土壤中种植黑麦草，结合农艺措施管理黑麦草，在黑麦草生长期间定期叶面喷洒外源芸苔素内酯以及向种植的土壤中施加少量螯合剂EDTA，待黑麦草成熟后进行一次性刈割和集中处理，例如作为固废焚烧或者进行专业的重金属铅回收，完成植物修复周期为2个月。植物收获后，根据需要可进行下一轮黑麦草培育。

所述的黑麦草选用多年生黑麦草。

所述的农艺措施是指浇水、光照、温度控制等。

所述的定期叶面喷洒外源芸苔素内酯是黑麦草发芽后每隔10天喷洒一次。

所述的定期向土壤中施加少量螯合剂EDTA是黑麦草发芽后第30天和第45天向土壤中施加低浓度EDTA溶液。

优选地，芸苔素内酯的用量是5～10mL·150株，含量是0.5～1mg/L。

优选地，低浓度的EDTA用量是100～200mL·kg^-1，含量是1.25～2.5mmol·kg^-1。

本发明中，黑麦草的主要作用是可以耐浓度较高的铅污染土壤和可进行多次刈割。

本发明中，芸苔素内酯的主要作用是延缓黑麦草叶片衰老，促进叶片持久保绿；促进植株细胞分裂，提高地上部生物量；强化黑麦草对矿区高浓度铅的耐性，促进地下部铅向地上部转移，从而提高黑麦草修复铅的效率。

本发明中，低浓度EDTA的主要作用是通过溶液的形式进入铅污染土壤，促进稳定态铅向游离态和络合态转变，提高了重金属的活性，使得铅更利于黑麦草吸收。

本发明的有益效果：

种植后叶面喷洒的植物生长调节剂芸苔素内酯可以促进黑麦草生长，缓解黑麦草体内重金属铅的毒性，强化黑麦草对高浓度铅的耐性，从而提高了黑麦草在短周期内对铅的吸收效率，在植物修复领域具备良好的应用前景；低剂量的EDTA配合适量无毒害作用的生长调节剂芸苔素内酯叶面喷施在保障铅污染土壤地区黑麦草正常长久生长的条件下，同步提高了黑麦草地上部对铅的提取效率；此外，利用黑麦草连续收割的特点，实现了对矿区铅污染土壤的连续修复，同时也避免EDTA过量使用带来的潜在二次污染风险。

附图说明

图1不同处理对黑麦草地上部和地下部干重的影响

图中：M—500mg/kgPb污染土壤；B1—叶面喷施0.025mg/LBR；B2—叶面喷施0.05mg/L BR；B3—叶面喷施0.1mg/L BR；E—单独向土壤中施加2.5mmol/kg EDTA；EB1—土施2.5mmol/kg EDTA+叶面喷施0.025mg/L BR；EB2—土施2.5mmol/kg EDTA+叶面喷施0.05mg/LBR；EB3—土施2.5mmol/kgEDTA+叶面喷施0.1mg/LBR。

图2：不同处理对黑麦草地上部和地下部铅含量的影响

具体实施方式

以下结合具体实例来对本发明作进一步的说明。

实施例1

1供试植物

选用多年生黑麦草。

2供试土壤

供试土壤来自常州科教城周边菜地，其基本理化性质(背景值)为：pH值为7.2，有机质含量为7.48g/kg，速效氮、速效磷、速效钾和土壤全Pb含量分别为：35.54、24.77、121.42和30.62mg/kg。

3盆栽试验

重金属Pb以分析纯Pb(NO₃)₂溶液形式喷施到土壤，经过搅拌机充分混匀，平衡6个月，模拟矿区Pb污染土壤(Pb含量均为500mg/kg)，用原有洁净土壤作为对照。每个塑料盆25cm(直径)×17cm(高)装土2.5kg。种子经4％NaClO消毒30min，并用去离子水清洗后播种，每盆250粒(以保证发芽后每盆大于150株)。温室白天/夜晚温度为25/15℃，每天浇水200mL，以保持土壤含水率为最大持水量的70％。按照下列方案，在种子发芽后每隔10天叶面喷施5mL芸苔素内酯，第30天和第45天向土壤中施加100mL EDTA，60天后收获黑麦草。

处理：

M处理—500mg/kg Pb污染土壤(对照)。

B1处理—叶面喷施0.025mg/L BR。

B2处理—叶面喷施0.05mg/L BR。

B3处理—叶面喷施0.1mg/L BR。

E处理—单独向土壤中施加2.5mmol/kg EDTA。

EB1处理—土施2.5mmol/kg EDTA+叶面喷施0.025mg/L BR。

EB2处理—土施2.5mmol/kg EDTA+叶面喷施0.05mg/L BR。

EB3处理—土施2.5mmol/kg EDTA+叶面喷施0.1mg/L BR。

4黑麦草各器官干重测定

用自来水将植株冲洗干净后，用20mmol/L的EDTA-Na₂浸泡30min，去除根系表面吸附的Pb，再用自来水冲洗3～4次，最后用去离子水润洗，吸干表面水分，分成地上部和地下部，于105℃下杀青0.5h，75℃烘干至恒重，用电子天平称取地上部和地下部干重。

5黑麦草地上部和地下部铅含量测定

测定重金属Pb时，称取200mg粉碎烘干样品，加入65％HNO₃8mL和30％H₂O₂1mL，采用微波消解仪(上海新仪，MDS-8G)进行消解，消解液各种金属含量采用原子吸收分光光度计(德国耶拿novAA300)测定并换算成植物地上部和地下部单位干重的含量。

试验共设计8个处理，每个处理3次重复，其结果如表1和表2所示。

表1不同处理对黑麦草地上部和地下部干重的影响

本实例实施表明，相对M处理，单独叶面喷施芸苔素内酯不同程度上提高了黑麦草地上部和地下部干重；而单独施加EDTA，黑麦草地上部和地下部干重并没有降低；而芸苔素内酯与EDTA混施，黑麦草各器官干重亦没有显著变化。

表2不同处理对黑麦草地上部和地下部铅含量的影响

本实例实施表明，单施一定浓度的芸苔素内酯在促进了黑麦草地上部和地下部铅含量的同时，促进了铅向地上部转移，但不显著；单独施加EDTA，显著提高了黑麦草地上部和地下部铅含量，分别为M处理的4.70和1.89倍；随着芸苔素内酯浓度的升高，其与EDTA配施显著提高了地上部铅含量，促进了铅由地下部向地上部转移，大大提高了铅的修复效果。

综上，本实例实施表明，EDTA与芸苔素内酯配施后，在保证因EDTA施入土壤而黑麦草干重没有显著变化的条件下，EB1、EB2和EB3地上部铅含量分别显著提高了171％、528％和655％(相对M)。因此，结合以上特点，本发明同时利用黑麦草可多次刈割的特点，实现了对矿区铅污染土壤的连续地环保型修复。