专利名称：一种利用三种铜耐性花卉植物修复铜污染土壤的方法
一种利用三种铜耐性花卉植物修复铜污染土壤的方法技术领域
本发明属于污染土壤的植物修复技术领域，涉及一种利用三种铜耐性花卉植物修复铜污染土壤的方法。
背景技术：
植物修复是解决铜污染土壤问题的有效途径之一，超积累植物或富集植物的筛选是植物修复技术得以实施的前提条件。目前虽已发现400余种超积累植物，但根据野外采集样品并鉴定的Cu超积累植物却只有25种，种类非常有限，而且这些Cu超积累植物主要分布在非洲扎伊尔和赞比亚的铜矿带。因此，发现和筛选新的Cu超积累植物或富集植物， 是Cu污染土壤植物修复研究中亟待解决的问题之一。以前，筛选超积累植物主要是到重金属污染较为严重的矿区及周围地区采样分析来确定，因而不在其它超积累植物被发现时的生长环境中寻找超积累植物是理论上的一种突破；同时，以前寻找的超积累植物很少像花卉植物一样具有观赏价值和经济效益，因而从花卉植物中寻找超积累植物将为植物修复开辟一条新的途径。目前，重金属污染土壤的花卉植物修复技术研究尚处于起步阶段，且没有关于Cu超积累花齐植物的相关报道。
随着铜的开采和冶炼、含Cu杀虫剂的长期使用和污水污泥灌溉的增多，土壤铜污染程度日益加剧，严重威胁生态系统的稳定和人类的安全。植物修复是解决铜污染土壤问题的有效途径之一，超积累植物或富集植物的筛选是植物修复技术得以实施的前提条件。
国内外已有许多研究报道了海州香薷，酸模、小头寥、紫花香薷、鸭跖草和密毛蕨等植物对Cu具有不同程度的忍耐和积累能力。但没有关于Cu超积累花卉植物的相关报道。我国幅员辽阔，花卉植物资源丰富，如果能从不被重金属污染严重的矿区且物种繁多的花卉资源中筛选出对铜污染土壤修复有重要意义和作用的超积累花卉植物，则将为植物修复开辟一条新的途径。
目前，重金属污染土壤的花卉植物修复技术研究尚处于起步阶段。如马利民等研究了污泥中的重金属元素铅在几种花卉植物中的富集、迁移情况，探讨用花卉植物修复重金属污染土壤的可能性。实际上，以花卉植物为筛选超积累植物对象具备以下特殊优势I)花卉资源相当丰富、潜力巨大，这就使筛选工作有了坚实的基础；2)进行土壤修复的同时，能够美化环境，一举两得；3)花卉属观赏性植物，不会进入食物链，可减少对人体的危害；4)花卉对人类健康也有着一定的作用，如花卉芳香油可抗菌，提高人体免疫力，可作为保健食品或用于治疗疾病；5)人类在长期的生产实践中积累了丰富的品种选育、花卉栽培以及病虫害防治等经验。6)许多花卉植物对污染物具有相当的耐性和积累性，这为花卉植物应用于污染土壤修复的可能性提供了依据。如王晓飞和刘家女等对花卉超积累植物的初步筛选研究表明，凤仙花科的凤仙花、菊科的金盏菊、紫茉莉、锦葵科的蜀葵4种花卉植物对重金属Cd、Pb单一污染和Cd-Pb复合污染表现出很强的耐性和积累性。综上所述，从花卉中筛选修复植物是完全可行的。应用花卉植物修复重金属污染的环境，应该具有重要的理论与实践意义。
现有技术中也有利用超积累植物如鸭趾草、海州香薷等修复铜污染土壤，虽然超积累植物的修复效果比非超积累花卉植物要好，但孔雀草、凤仙花、肾蕨经实验验证在800 mg kg—1铜污染土壤均能正常生长并完成其生命周期，其地上部生物量与对照间不存在显著差异，说明其具有较高耐性；实验还显示孔雀草、凤仙花和肾蕨3种花卉植物的地上部和根部均累积了较大量铜元素，显示它们具有一定的铜富集能力，这些都表明它们具有较大的修复铜污染的潜力。此外，它们还是观赏花卉植物，在修复土壤中铜污染的同时能美化环境，能以成品销售或资源化利用而具有一定的经济效益。发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用三种铜耐性花卉植物修复铜污染土壤的方法。本发明是通过以下技术方案实现的在铜污染土壤上种植孔雀草、凤仙花和肾蕨，由孔雀草、凤仙花和肾蕨三种花卉的根系从污染土壤吸收大量铜并向地上部分转移，收获植株并将其销售或资源化利用，重复上述若干修复周期的操作清除土壤中的铜污染。
进一步的，所述种植孔雀草、凤仙花和肾蕨的步骤如下在春季3、4月份，孔雀草和凤仙花分别进行播种，播种宜采用疏松的育苗基质，穴盘育苗，经消毒处理，播种后稍稍覆盖，待真叶5-6片时移植到铜污染土壤中；肾蕨采用分株繁殖，分株时间与前两种花卉相同，分株方法把母株从花盆内取出，抖掉多余的盆土，把盘结在一起的根系尽可能地分开， 用锋利的小刀把它剖开成两株或两株以上，分出来的每一株都要带有相当的根系，并对其叶片进行适当地修剪，装盆消毒把分割下来的小株在百菌清1500倍液中浸泡五分钟后取出凉干后，移植到铜污染土壤中，分株后的管理分株后灌根或浇一次透水，分株后的3 4 周内要节制浇水，以免烂根。
进一步的，根据待修复土壤肥力状况施用促进孔雀草、凤仙花和肾蕨3种花卉生长的复合肥。
本发明的有益效果是具有投资少、工程量小、技术要求不高等优点；而且作为一种绿色原位修复技术，所收获植株通过集中处理不会造成二次污染；同时修复进程不仅不会破坏土壤生态环境，还有助于改善因重金属污染而引起的土壤退化和生产力下降，恢复并提高其生物多样性。作为一种观赏花卉和经济植物，种植孔雀草、凤仙花和肾蕨在治理环境铜污染的同时还可起到美化环境的作用，所收获植株通过销售到异地或集中进行植物材料资源化利用而获得一定的经济效益。
图I为本发明的Cu耐性较强但积累能力弱的花卉的地上部生物量(g/株)；图2为本发明的3种花卉的Cu积累特征。
具体实施方式
盆栽实验地点设在山东省济宁市曲阜师范大学实验温室内，该实验场地周围没有污染源，是重金属未污染区，属暖温带季风性大陆气候气候。实验用土壤采自山东省济宁市曲阜师范大学(地理位置为东经116° 96'、北纬35° 59')西边的农地(为无污染区)表土(O-20 cm)，土壤类型为褐土，其基本理化性质为pH值7. 5，有机质含量O. 99%，全N量为 O. 0875%,总 Cu 含量 19. 73 mg · kg'
2010年3月初进行花卉育苗，在育苗基质中点播孔雀草和凤仙花种子，保持土壤湿润，待苗高8cm左右，含5-6片真叶，挑选长势一致的孔雀草和凤仙花幼苗移栽入塑料盆 (直径Φ=20 cm, H=15 cm)中；肾蕨则采用分株繁殖的方法，分株方法把母株从花盆内取出，抖掉多余的盆土，把盘结在一起的根系尽可能地分开，用锋利的小刀把它剖开成两株或两株以上，分出来的每一株都要带有相当的根系，并对其叶片进行适当地修剪，装盆消毒 把分割下来的小株在百菌清1500倍液中浸泡五分钟后取出凉干后，移植到铜污染土壤中。 塑料盆此前已装土 Ikg/盆,并混入固态CuSO4. 5H20,且Cu污染处理浓度设为800 mg kg-1, 相当于国家土壤Cu环境质量三级标准的2倍，平衡一个月。
孔雀草、凤仙花和肾蕨生长到开花期或成熟期后收获。将收获样品分为根、茎和叶3部分，分别用自来水充分冲洗以去除粘附于植物样品上的泥土和污物，然后再用去离子水冲洗，浙去水分，在105°C杀青30min;然后在70°C下烘至恒重，用电子分析天平称出每种植物各部分的干重，称重后的植物样品粉碎备用。植物样品中Cu元素含量的测定用其 HNO3-HClO4混合液消煮[31]，HCl溶解、定容，原子吸收分光光度计(AAS)测定Cu元素的含量。
实验结果如下实验表明孔雀草、凤仙花和肾蕨在铜污染浓度800 mg kg—1均能完成其生命周期，即能到达开花期；图I表明孔雀草、凤仙花和肾蕨3种花卉作物的地上部生物量(干重)与对照之间都无明显(P>0. 05)差异，表现出较强的耐性。
研究显示(图2)虽然孔雀草、凤仙花和肾蕨3种花卉植物的富集系数和转移系数均小于1，且地上部铜含量也没有超过超积累植物所要求的临界含量1000 mg kg—1的标准， 即不符合超积累植物的标准，但植物吸收量系数(AC)(指在生长期内，植物地上部分吸收的污染元素总量与土壤中该元含量之比)分别为O. 744,0. 516和O. 496，如果算到根部的吸收量系数会更高，表明孔雀草、凤仙花和肾蕨这3种花卉植物对铜仍有比较大的富集能力，属铜富集植物，从而说明它们对铜污染也存在较大的修复潜力。
以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围，即凡依本发明所作的均等变化与修饰，皆为本发明权利要求范围所涵盖，这里不再一一举例。
权利要求
1.一种利用三种铜耐性花卉植物修复铜污染土壤的方法，其特征在于在铜污染土壤上种植孔雀草、凤仙花和肾蕨，由孔雀草、凤仙花和肾蕨三种花卉的根系从污染土壤吸收大量铜并向地上部分转移，收获植株并将其销售或资源化利用，重复上述若干修复周期的操作清除土壤中的铜污染。
2.根据权利要求I所述的利用三种铜耐性花卉植物修复铜污染土壤的方法，其特征在于所述种植孔雀草、凤仙花和肾蕨的步骤如下在春季3、4月份，孔雀草和凤仙花分别进行播种，播种宜采用疏松的育苗基质，穴盘育苗，经消毒处理，播种后稍稍覆盖，待真叶5-6片时移植到铜污染土壤中；肾蕨采用分株繁殖，分株时间与前两种花卉相同，分株方法把母株从花盆内取出，抖掉多余的盆土，把盘结在一起的根系尽可能地分开，用锋利的小刀把它剖开成两株或两株以上，分出来的每一株都要带有相当的根系，并对其叶片进行适当地修剪，装盆消毒把分割下来的小株在百菌清1500倍液中浸泡五分钟后取出凉干后，移植到铜污染土壤中，分株后的管理分株后灌根或浇一次透水，分株后的3 4周内要节制浇水， 以免烂根。
3.根据权利要求I所述的利用三种铜耐性花卉植物修复铜污染土壤的方法，其特征在于根据待修复土壤肥力状况施用促进孔雀草、凤仙花和肾蕨3种花卉生长的复合肥。
全文摘要
本发明公开了一种利用三种铜耐性花卉植物修复铜污染土壤的方法，属于污染土壤的植物修复技术领域。它是在铜污染土壤上种植孔雀草、凤仙花和肾蕨，由孔雀草、凤仙花和肾蕨三种花卉的根系从污染土壤吸收大量铜并向地上部分转移，收获植株并将其销售或资源化利用，重复上述若干修复周期的操作清除土壤中的铜污染。本发明的有益效果是该方法具有技术工艺简单，成本低；不破坏土壤的理化性质，无二次污染；针对铜污染土壤修复效果好，适用于大面积铜污染的土壤，在治理环境铜污染的同时还可起到美化环境的作用，所收获植株通过销售到异地或集中进行植物材料资源化利用而获得一定的经济效益。
文档编号B09C1/00GK102935446SQ20121039847
公开日2013年2月20日 申请日期2012年10月19日 优先权日2012年10月19日
发明者荆延德 申请人:荆延德