草本植物半边莲应用于富集提取污染土壤中镉的方法

专利名称：草本植物半边莲应用于富集提取污染土壤中镉的方法
技术领域：
本发明涉及一种草本植物半边莲的应用方法，特别是应用于富集提取镉污染土壤中镉的方法。
背景技术：
随着矿产资源开采、冶炼、加工等生产活动的发展，工业区周边的土壤普遍受到多种重金属复合污染，危及周边居民生产生活，环境隐患重重。尤其是镉，污染最为严重。对生物来说，镉是最毒的金属元素，不能被微生物降解，其污染为不可逆的积累过程。土壤中镉超过一定限度不仅严重影响作物的产量、品质，而且极易通过食物链在人体内积累并危害人体健康。因此，镉污染土壤的治理一直是环保领域的重大课题。土壤Cd及其它重金属污染的治理途径包括物理及工程措施、化学修复技术、微生物修复技术等。这些方法中，化学修复法在消耗大量的化学药剂的同时还产生二次污染。而物理及工程措施则需要专门的设备不仅成本太高而且还不适合大面积污染农田的修复。因此，技术人员目前需要研发的是一种镉污染土壤中的镉的回收方法，它在净化土壤的同时也可实现有价金属的回收利用且不破坏土壤生态环境和不造成二次污染。而作为植物半边莲属于桔梗科多年生草本植物，分布于我国华东、华南、西南、中南各地。以往的作用在于，全草入药，具备利尿消肿，清热解毒等功效，可用于治疗大腹水肿、面足浮肿、痈肿疔疮、蛇虫咬伤等。现有技术中从未见有关的研究报道，将其应用在土壤中污染元素镉的去除方面。

发明内容
本发明的目的在于提供一种富集镉的能力强，对土壤的修复安全环保，操作简单的生物富集提取污染土壤中重金属镉的方法。本发明的技术方案是将草本植物半边莲应用于富集提取污染土壤中镉的方法。本发明方法包括将半边莲的匍匐茎通过营养繁殖获得半边莲营养繁殖苗，移栽于镉污染土壤，采用种植一次收割多次的方式，连续富集提取污染土壤中的镉。半边莲营养繁殖苗培养过程包括将半边莲匍匐茎扦插于土壤中培养，待匍匐茎上分发出多支嫩枝后，剪下竦枝，嫩枝上的节不少于10个，使嫩枝下端浸入水中，以促进不定根生长；待不定根长出后，再采用营养液(如=Hoagland营养液或木村营养液)进行培养，即可获得半边莲的营养繁殖苗，用于移栽。半边莲营养繁殖苗的培养条件是由日光灯提供的光照，强度为280 400 μ mol光量子m-2S-l，光照时间10 14小时，昼/夜温度为25 /18 20°C，空气相对湿度为 6070% (RH)。本发明所述的种植一次收割多次的方式是将半边莲营养繁殖苗移栽至镉污染土壤，待营养生长结束，花蕾形成时，收割地上部分；收割后洒水并覆盖薄膜和遮阳网进行保湿和遮阳，以促进半边莲再生苗的生长，待再生苗生长到花蕾期再次进行收割，如此反复。
发明人研究发现种植一次，至少可收割3次，半边莲地上部亩产可以达到2000kg， 其干重可达196kg。发明人通过多年的研究和分析，其中共采集了 60多科共450多种植物和大量土壤样品，分析了植物及土壤样品中Zn、Mn、Cd、Pb、As、Hg和Cu的含量，筛选得到了地上部镉含量较高的植物——半边莲。自然条件下，半边莲能在镉含量高达455mg/kg的土壤中正常生长并繁殖，且地上部镉含量达到18aiig/kg，远远高于普通植物的镉含量，其镉的富集系数 (地上部镉含量与土壤总镉含量的比值)为2. 5。发明人还采用快速繁殖植物半边莲的方法，种植一次，收割多次来连续提取土壤中的镉，达到减少土壤镉含量、清洁污染土壤的目的。本发明具体的实施过程为将野外采回的半边莲的匍匐茎通过营养繁殖，快速获得半边莲营养繁殖苗，移栽于镉污染土壤，种植一次收割多次的方法，连续提取污染土壤中的镉。半边莲的匍匐茎直接压条于盛有菜园土花盆中，待匍匐茎分发出多支具有12 15个节的嫩枝后，再剪下嫩枝，剪下的嫩枝的节数控制在10 12个，使嫩枝下端浸入水中，促进不定根生长，然后换成用Hoagland营养液培养，获得半边莲的营养繁殖苗。半边莲营养繁殖苗的培养条件是由日光灯提供的光照，强度为280 400 μ mol光量子m-2S_l，光照时间12小时，昼/夜温度为25 /18 20°C，空气相对湿度为60 70% (RH)。将半边莲营养繁殖苗移至镉污染土壤栽培，配合适当的水肥，待植物生长到花蕾期，收割其地上部。半边莲在镉污染土壤生长过程中，由于其对镉的特殊富集能力，使其地上部积累大量的镉，含量达到81. 1205mg/kg，平均富集系数为1. 63，能有效提取土壤中的镉约20 40g。半边莲地上部收割一次后洒水并覆盖薄膜和遮阳网进行保湿和遮阳(郁闭度可以是65% )，以促进半边莲再生苗的生长，待再生苗生长到花蕾期，再次进行收割，如此反复3次。将收割的富集镉的半边莲晒干或烘干，焚烧后获得生物矿砂，进行镉的回收。也可以直接通过热解的方法回收镉。本发明的优点和积极效果(一 )为镉污染土壤的修复提供了一项安全环保的新方法本发明所述的桔梗科植物半边莲，基于其对土壤中镉的吸收和富集能力，可以利用其提取土壤中的镉，这种植物提取的土壤修复方法相比其它物理、化学修复方法而言不破坏环境、不存在二次污染，具有安全环保且适应范围广泛的特点。(二)富集能力强在同一样区内，半边莲地上部的平均镉含量高于其它植物的平均镉含量。多点单株调查采样中，10个样点的所有半边莲样品镉含量都超过50mg/kg，平均含量达141mg/kg。 半边莲对镉的富集系数平均为3，最高可达4，有60%的样品富集系数大于1。温室水培条件下，当营养液的镉浓度为200 μ M时，半边莲地上部的镉含量可达350mg/kg，而污染区普通植物镉平均含量仅为16. Omg/kg。半边莲对镉的富集能力远远大于矿区的其它常见植物。(三)回收土壤中的镉半边莲在镉污染土壤生长的过程中，由于其对镉的特殊富集能力，使其地上部积累大量的镉，能有效提取土壤中的镉，将收割的半边莲地上部，然后晒干或烘干，焚烧后可获得生物矿砂，进行镉的回收，也可以直接通过热解的方法进行回收。(四)操作简单全过程不需要专门的设备，只需普通的农作物栽培技术，而且栽培一次可收获多次，从而达到对土壤中镉进行连续提取的目的。
具体实施例方式以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。实施例1发明人于自然条件下，分别于夏季和秋季在铅锌矿区采用多点单株采样法采集不同地点的半边莲地上部及其对应土壤的样品。分析半边莲地上部和土壤的镉含量，计算出半边莲对镉的富集系数(富集系数=植物地上部镉含量/ 土壤镉含量)。结果表明，夏季半边莲地上部的镉含量平均为IMmg/kg，平均富集系数为1.21 ；秋季半边莲地上部的镉含量平均为137mg/kg，平均富集系数为2. 05。实施例2将野外采回的半边莲匍匐茎扦插于土盆里(采用普通菜园土)培养，待匍匐茎上分发出足够的嫩枝后，剪下具有10 12个节的小枝，使枝条下端浸入水中，以促进不定根生长。待不定根长出后，再换成用Hoagland营养液进行培养，获得半边莲的营养繁殖苗。将半边莲营养繁殖苗移至添加镉的营养液中培养。表1显示了镉处理15天对半边莲生物量及镉含量的影响。可见，当镉处理浓度为5 50 μ M时，对半边莲生长没有影响，地上部干重跟对照相比没有明显差异，镉处理浓度彡100 μ M时，生长开始减弱。镉处理浓度为5μΜ， 半边莲地上部镉含量为62. lmg/kg，根为3030mg/kg，地上部镉的提取量为4. 59 μ g/株；随着镉处理浓度增加，地上部的镉含量增加，当镉处理浓度达到500 μ M时，地上部镉含量达 4Hmg/kg，根为6320mg/kg，地上部镉的提取量为11. 1 μ g/株。表1水培条件下半边莲的生物量和镉含量
权利要求
1.将草本植物半边莲应用于富集提取污染土壤中镉的方法。
2.根据权利要求1所述的方法，包括将半边莲的匍匐茎通过营养繁殖获得半边莲营养繁殖苗，移栽于镉污染土壤，采用种植一次收割多次的方式，连续富集提取污染土壤中的镉。
3.根据权利要求2所述的方法，半边莲营养繁殖苗培养过程包括将半边莲匍匐茎扦插于土壤中培养，待匍匐茎上分发出多支嫩枝后，剪下嫩枝，嫩枝上的节不少于10个，使嫩支下端浸入水中，以促进不定根生长；待不定根长出后，再采用营养液进行培养，获得半边莲的营养繁殖苗，用于移栽。
4.根据权利要求3所述的方法，半边莲营养繁殖苗的培养条件是由日光灯提供的光照，强度为280 400μπιΟ1光量子m-2S-l，光照时间10 14小时，昼/夜温度为25280C /18 20°C，空气相对湿度为60 70% RH。
5.根据权利要求2所述的方法，所述的种植一次收割多次的方式是将半边莲营养繁殖苗移栽至镉污染土壤，待营养生长结束，花蕾形成时，收割地上部分；收割后洒水并覆盖薄膜和遮阳网进行保湿和遮阳，以促进半边莲再生苗的生长，待再生苗生长到花蕾期再次进行收割，如此反复。
6.根据权利要求4所述的方法，所述的种植一次收割多次的方式是将半边莲营养繁殖苗移栽至镉污染土壤，待营养生长结束，花蕾形成时，收割地上部分；收割后洒水并覆盖薄膜和遮阳网进行保湿和遮阳，以促进半边莲再生苗的生长，待再生苗生长到花蕾期再次进行收割，如此反复。
7.根据权利要求1-6任一项所述的的方法，其特征在于收割的富集有镉的半边莲晒干或烘干，焚烧后获得生物矿砂，进行镉的回收；或者是直接通过热解回收镉。
全文摘要
草本植物半边莲应用于富集提取污染土壤中镉的方法，通过本发明的应用方法能在镉污染严重的土壤上生长，不仅能富集大量的镉于其地上部，还能通过收割其地上部提取和回收土壤中的镉，在不改变土壤使用性质及土壤质地的条件下，对镉污染土壤进行原位植物修复。该方法可用于冶炼厂周围涉镉的多重金属复合污染土壤以及用含重金属污水灌溉而导致镉含量超标的农田土壤的植物修复。
文档编号A01G1/00GK102277502SQ20111010829
公开日2011年12月14日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者彭克俭, 马超 申请人:彭克俭