一种利用富集型向日葵品种修复镉铅污染农田的方法
【专利摘要】本发明提供了一种利用富集型向日葵品种修复镉和/或铅污染农田的方法，包括：将向日葵播种至中度或轻度镉和/或铅污染的土壤中，通过向日葵根系吸收污染土壤中的重金属镉和/或铅并转移至地上部；以及收获吸收了重金属镉和/或铅的向日葵。在收获向日葵后，可以将其送至专属场所集中并做无害化处理。本发明利用向日葵抗逆性强、生长快速、生物量大以及对镉和/或铅的共富集特性，吸收积累污染农田土壤中的镉和/或铅重金属，并将之转运到地上部分，从而降低污染土壤中镉和/或铅含量。本发明适用于中度或轻度镉和/或铅污染农田土壤的治理修复，同时，由于向日葵抗逆性强，生长过程中管理粗放，因而成本较低，可操作性强，具有良好的应用前景。
【专利说明】
一种利用富集型向日葵品种修复镉铅污染农田的方法
技术领域
[0001]本发明涉及环境中重金属污染的植物修复技术领域，具体地涉及一种利用富集型向日葵品种修复镉和/或铅污染农田的方法。【背景技术】
[0002]土壤是人类赖以生存的自然环境和农业生产的重要资源，土壤环境健康事关农产品质量和人体健康。近年来，土壤重金属污染已成为全球面临的严重的环境问题。目前，我国农田土壤受重金属污染严重，根据全国首次土壤污染状况调查结果显示，我国耕地土壤点位超标率为19.4%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为13.7%、2.8%、 1.8%和1.1 % ;而从污染物超标情况来看，重金属镉和铅点位超标率分别为7.0 %和1.5 %。 现在我国受重金属污染的农田土壤约2500万公顷，每年被重金属污染的粮食多达1200万吨，造成的直接经济损失超过100亿元。
[0003]镉和/或铅污染土壤的传统治理方式主要是工程治理措施和物理化学修复方法， 然而其往往有成本高昂、对环境扰动大和可能造成二次污染等弊端。近年来，利用植物修复技术原位治理土壤重金属污染领域已逐渐成为主流，植物修复技术具有修复成本较低、对环境扰动小、无二次污染和可持续性等优势，同时兼有美化环境的作用，而对于中度和轻度镉和/或铅污染土壤，利用植物修复还具有修复效率高和修复时间短的优势，这些优势是工程治理措施和物理化学修复方法所不具备的。
[0004]在植物修复技术中，利用超富集植物吸收污染土壤中的镉和/或铅重金属是较为常见的技术，然而目前发现的超富集植物通常有对土壤气候适应能力差、生长缓慢、生物量小等问题，限制了其修复效率和推广价值。且超富集植物通常需要在气候环境适宜的南方春夏季生长，当其应用于北方中低度重金属污染农田时，不仅占用农田资源，并限制其推广，从而影响农田土壤环境质量的修复。
【发明内容】
[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本发明旨在提出一种利用富集型向日葵品种修复镉和/或铅污染农田的方法，利用种植大生物量镉铅富集型向日葵吸附土壤中重金属镉和/或铅，从而修复农田土壤的镉和/或铅污染。
[0007](二)技术方案
[0008]本发明提出的利用向日葵修复镉和/或铅污染农田的方法，包括:将向日葵播种至中度或轻度镉和/或铅污染的土壤中出苗并成活生长，通过向日葵根系吸收污染土壤中的重金属镉和/或铅并转移至地上部，以及收获吸收了重金属镉和/或铅的向日葵并将其送至专属场所集中并做无害化处理。
[0009]根据本发明的实施例，所述向日葵为铅镉富集型向日葵品种。
[0010](三)有益效果
[0011]本发明提出的利用富集型向日葵品种修复镉和/或铅污染农田的方法，通过将向曰葵播种至中度或轻度镉和/或铅污染的土壤中，利用向日葵抗逆性强的特点，保证其出苗和正常生长。再利用其对重金属镉和/或铅的富集能力，通过根系吸收污染土壤中的重金属镉和/或铅并将其转移至地上部分，以达到减少土壤中重金属镉和/或铅含量，修复重金属污染农田土壤的目的。本发明中向日葵品种具有分布广泛、抗逆性强、繁殖能力强和生物量较大等特性，且对土壤中重金属镉具有较强的富集能力，对土壤中重金属铅也具有一定的修复效应。用于修复中度或轻度镉和/或铅污染农田土壤，还具有投入成本较低、修复效率高、美化环境等特点，而且向日葵是中国重要的油料左右之一，兼具经济价值和观赏价值， 因而其修复潜力和应用前景广阔。【附图说明】
[0012]图1示出根据本发明实施例利用富集型向日葵治理镉和/或铅污染农田土壤修复方法的流程图；[〇〇13]图2示出根据本发明实施例在28种向日葵品种中初步筛选出富集能力较强的向日癸品种；
[0014]图3示出筛选出的向日葵品种地上部富集重金属镉的含量；
[0015]图4示出筛选出的向日葵品种地上部富集重金属铅的含量。
[0016]具体实施方法
[0017]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0018]考虑到【背景技术】部分所述的技术问题，有必要筛选一种生长快速、生物量较大具有一定经济价值同时镉和/或铅富集能力较强的植物品种修复中度和轻度镉和/或铅污染农田土壤，这不但有利于镉和/或铅污染土壤的修复治理，而且不影响污染农田资源的合理利用。
[0019]发明人注意到，向日葵作为中国重要的油料作物之一，可与粮食或其他经济作物进行复种轮作，在我国东北、西北和华北地区均有广泛种植。且向日葵对土壤重金属镉和/ 或铅有较强的富集能力，因此筛选出生物量大、富集性强的向日葵品种在治理中轻度镉和/ 或铅污染农田土壤上具有一定的修复潜力和应用价值。
[0020]图1示出根据本发明实施例利用富集型向日葵治理镉和/或铅污染农田土壤修复方法的流程图。该方法通过如下步骤完成:
[0021]S1:首先通过比较28种不同品种向日葵地上部分镉、铅含量，通过分析，筛选出对镉、铅富集系数较高的向日葵品种;然后对筛选出的富集型向日葵品种地上部生物量进行比较分析，进一步筛选出镉和/或铅富集型且生物量较大的向日葵品种作为修复材料。 [〇〇22]S2:将筛选出的富集型向日葵播种至中度或轻度镉和/或铅污染的农田土壤中成活出苗并生长，播种方式为点播，播种深度为5cm，株距为40cm，行距为40cm〇[〇〇23]S3:通过向日葵根系吸收污染土壤中的重金属镉和/或铅，并将其转移至地上部。[〇〇24]S4:收获成熟的向日葵地上部，并将其送至专属场所集中并做无害化处理。
[0025]以下通过实施例对本发明做进一步说明。[〇〇26]实施例地点设在河南省某冶炼厂附近中低度镉和/或铅污染农田土壤，通过田间小区试验将28种不同的向日葵品种种植于土壤中，测定其土壤中和向日葵地上部的镉和/ 或铅重金属含量以及向日葵的生物量。[〇〇27]根据本发明的实施例，利用地积累指数法选取中度或轻度镉和/或铅污染农田土壤，其表达式为1@。= 1呢2[(:11/〇^11)]，其中〇1是元素11在污染土壤中的含量瓜是污染土壤中该元素的地球化学背景值;k为考虑不同土壤差异可能会引起的背景值的变动而取的系数，用来表征土壤特征及其他影响，当1幻％。<2时，为中度污染土壤;当0<Igeci<l时，为轻度污染土壤。根据本发明的实施例，k等于1.5。[〇〇28] 实验设28个小区，小区面积均为4mX4m，分别种植28种不同向日葵品种，通过对不同品种向日葵地上部对镉和/或铅重金属的富集量，筛选出对镉、铅富集能力较强的向日葵品种(图2);然后在通过比对不同品种向日葵地上部生物量，筛选出适宜当地种植的富集能力强且生物量较大的向日葵品种。本试验通过以上步骤筛选出金色莫妮卡、欢乐火炮竹和出水芙蓉3种适宜作为修复材料的品种。[〇〇29]然后比较其重金属镉和/或铅的富集能力，污染土壤中镉含量为2.22mg/kg，铅含量为173.0Gmg/kgJ种向日葵地上部锦含量如图3所不，由图可知3种向日葵地上部锦含量没有显著差异，金色莫妮卡品种的向日葵对镉的富集量略高于欢乐火炮竹和出水芙蓉;3种向日葵地上部铅含量如图4所示，由图可知金色莫妮卡品种的向日葵其地上部重金属铅含量要显著高于欢乐火炮竹和出水芙蓉品种。[0〇3〇] 生物富集系数，又称生物富集因子(B1-concentrat1n Factor，BCF)，其可以反映植物对土壤中重金属的富集特征，富集系数大于1是判断超富集植物的标准之一。本实施例通过重金属富集系数来表征不同品种向日葵对土壤中镉和/或铅的富集能力，重金属富集系数可以通过以下公式计算:[〇〇31]重金属富集系数=植物体内重金属含量/ 土壤中重金属含量
[0032]计算可知，金色莫妮卡、欢乐火炮竹和出水芙蓉3种向日葵镉富集系数分别为 3 ? 04、2 ? 84和2 ? 83，这说明所选向日葵品种对重金属镉都具有较强的富集能力，其富集能力由强到弱为:金色莫妮卡>欢乐火炮竹> 出水芙蓉;金色莫妮卡、欢乐火炮竹和出水芙蓉3 种向日葵铅富集系数分别为〇.23、0.16和0.17,可知所选向日葵品种对污染土壤中重金属铅具有一定的修复潜力，其吸收能力由强到弱为:金色莫妮卡> 出水芙蓉>欢乐火炮竹，综合来看，金色莫妮卡对重金属镉、铅的富集能力均较强，可作为中轻度镉铅污染农田土壤较为理想的修复材料。
[0033]向日葵是我国重要的油料作物之一，其茎枝直立生长，株体高达，光合作用和生长效率较高，其花朵明亮大方，具有观赏价值，更可作为能源植物种植，成熟期干生物产量可达1000kg/亩，根据实施例所测得的数据，所筛选出的镉和/或铅富集型向日葵(金色莫妮卡)地上部镉含量平均可以达到6.76mg/kg，铅含量平均可以达到39.04mg/kg，即每亩每种植一茬向日葵可以从土壤中移除6.76g镉和39.04g铅，能有效减少土壤中的重金属镉和/或铅的含量，达到修复土壤镉和/或铅重金属污染的效果。
[0034]以上所述，仅为本发明中的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。
【主权项】
1.一种利用向日葵修复镉和/或铅污染土壤的方法，其特征在于，包括:将向日葵播种至中度或轻度镉和/或铅污染的土壤中出苗并成活生长，通过向日葵根 系吸收污染土壤中的重金属镉和/或铅并转移至地上部；以及收获吸收了重金属镉和/或铅的向日葵。2.根据权利要求1所述利用向日葵修复镉和/或铅污染的方法，其特征在于，所述向日 葵品种是镉铅富集型向日葵品种，所述镉铅富集型向日葵品种是通过以下步骤筛选的:以中度和轻度镉和/或铅污染的土壤为向日葵生长介质，记录并分析不同品种向曰葵 地上部分的相应镉和/或铅含量，同时记录不同向日葵品种的生物量；通过对不同品种向日葵地上部富集镉和/或铅含量的分析，筛选出对镉和/或铅富集系 数较高的向日葵品种，然后对筛选出的富集型向日葵品种地上部生物量进行比较，进一步 筛选出镉和/或铅富集型且生物量较大的向日葵品种。3.根据权利要求1所述利用向日葵修复镉和/或铅污染土壤的方法，其特征在于，所述 向日葵包括以下之一:金色莫妮卡、欢乐火炮竹和出水芙蓉。4.根据权利要求1所述利用向日葵修复镉和/或铅污染的方法，其特征在于，所述向日 葵播种方式为直播，采用点播方式，播种深度为5cm，株距为40cm，行距为40cm〇5.根据权利要求1所述利用向日葵修复镉和/或铅污染的方法，其特征在于，所述镉和/ 或铅污染土壤为中度或轻度污染土壤，利用地积累指数法选取中度或轻度镉和/或铅污染 农田土壤，其表达式为Ige〇= log2[Cn/(k*Bn)]，其中Cn是元素n在污染土壤中的含量;Bn是污 染土壤中该元素的地球化学背景值;k为考虑不同土壤差异可能会引起的背景值的变动而 取的系数，用来表征土壤特征及其他影响，当时，为中度污染土壤；当0<Igeci<l 时，为轻度污染土壤。6.根据权利要求5所述选取中度或轻度镉和/或铅污染农田的方法，其特征在于，k等于 1.5〇7.根据权利要求1所述利用向日葵修复镉和/或铅污染的方法，其特征在于，所述向日 葵具有如下特性:当污染土壤重金属镉含量为2.22mg/kg时，向日葵地上部镉含量达到 6.76mg/kg ;当污染土壤重金属铅含量为173.06mg/kg时，向日葵地上部铅含量达到 39?04mg/kg。8.根据权利要求1所述利用向日葵修复镉和/或铅污染的方法，还包括:在收获向日葵 后，将其送至专属场所集中并做无害化处理。9.根据权利要求8所述利用向日葵修复镉和/或铅污染的方法，其特征在于，所述无害 化处理包括焚烧或压缩后作无害化填埋。
【文档编号】B09C1/00GK106077055SQ201610603385
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月27日 公开号201610603385.X, CN 106077055 A, CN 106077055A, CN 201610603385, CN-A-106077055, CN106077055 A, CN106077055A, CN201610603385, CN201610603385.X
【发明人】杨俊兴, 雷梅, 陈同斌, 杨军, 郭俊娒, 万小铭, 顾松圃, 施娴
【申请人】中国科学院地理科学与资源研究所