一种修复重金属Cu污染土壤的方法与流程

本发明涉及土壤修复技术领域，尤其涉及植物修复重金属Cu污染土壤的方法。

背景技术：

植物修复，即利用植物能去除、缓解或固定难以降解的污染物的功能，使受污染的土壤或水体得以净化的技术。植物提取是利用植物根系的分泌物络合土壤或水体中的重金属等污染物，将其转运到植物的茎和叶，最后通过收取积累了重金属等污染物的地上部分，达到去除土壤或水体中污染物的目的。植物地上部分的生物量大小和地上部分重金属含量的高低是影响植物修复效率的两个关键性因素，有报道称，在植物修复重金属污染土壤过程中，可通过调节土壤pH或提升土壤温度来提高植物对重金属的吸附量。在重金属污染的土壤中施加氮肥可以提升植物修复的效率，是因为氮肥能促进植物的生长和提高植物体内蛋白质的含量，两者都有助于缓解重金属对植物的毒害作用。然而在土壤溶液中，仍然存在大部分重金属的生物利用度不高的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种修复重金属Cu污染土壤的方法，利用植物激素和螯合剂增强植物对重金属Cu的生物利用度，从而更有效修复土壤中的重金属Cu污染。

具体的技术方案如下：

一种修复重金属Cu污染土壤的方法，向土壤中添加螯合剂EDTA与植物激素IAA，采用植物修复的方式修复土壤中重金属Cu。

上述修复重金属Cu污染土壤的方法，优选包括以下步骤：在重金属Cu污染的土壤中种植植物，向土壤中添加螯合剂EDTA与植物激素IAA，收获植物从而修复土壤中重金属Cu。

其中，添加的螯合剂EDTA优选为EDTA溶液的形式，使其在土壤中的浓度为2～10mmol·kg^-1，优选为3～8mmol·kg^-1，进一步优选为4～6mmol·kg^-1。

添加的植物激素IAA优选为IAA溶液的形式，使其在土壤中的浓度为5～20mmol·kg^-1，优选为8～17mmol·kg^-1，进一步优选为10～15mmol·kg^-1。

本发明并不限定添加螯合剂EDTA与植物激素IAA的时间，在植物的整个生长期都可以加入。为了保证修复重金属Cu污染土壤的效果，优选在植物的生理功能稳定期加入，如定植后20～100天，优选30～50天。

本发明中用于修复土壤中重金属Cu的植物优选为超富集植物，如香根草，蜈蚣草，鳞苔草，印度芥菜等对土壤中重金属有超富集的效果。

本发明中用于修复土壤中重金属Cu的植物也可以采用普通植物。本发明实施例中采用李氏禾，通过添加螯合剂EDTA与植物激素IAA，促进植物对重金属Cu污染土壤的修复。

优选的，植物在种植到污染的土壤中以前，需要预培养。优选在如表1所示的1/2强度的改良Hoagland营养液中进行预培养。预培养时间为1～3周，优选为2周。

本发明的方法适用于100-300mg/kg中低程度铜污染农用地土壤的修复。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明提供的修复重金属Cu污染土壤的方法，通过向土壤中添加螯合剂EDTA与植物激素IAA，采用植物修复的方式修复土壤中重金属Cu。实验表明在100mg·kg^-1Cu胁迫下，EDTA-IAA处理显著促进了李氏禾的生长发育，与对照处理相比，EDTA-IAA处理明显促进了李氏禾的向上生长。EDTA-IAA处理还有效地缓解了土壤Cu对李氏禾的胁迫作用，并显著的增加了李氏禾地上部分Cu的含量，因此，IAA和EDTA作为外源添加剂可有效地提高李氏禾对Cu污染土壤的修复效率。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1：铜胁迫下植物激素协同螯合剂对李氏禾株高的影响；

图2：铜胁迫下植物激素协同螯合剂对李氏禾干重的影响；

图3：铜胁迫下植物激素协同螯合剂对李氏禾根干重的影响；

图4：铜胁迫下植物激素协同螯合剂处理对李氏禾地上部分Cu含量的影响；

图5：铜胁迫下植物激素协同螯合剂处理对李氏禾根部Cu含量的影响；

图6：铜胁迫和植物激素协同螯合剂处理下李氏禾对Cu的生物富集系数和转运系数。

具体实施方式

下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

1实验方法

1.1植物的培养

本实验所用李氏禾采自桂林市雁山镇的田埂边，并且未受重金属污染。采集后的李氏禾首先用自来水反复冲洗植物，直到把表面的泥土冲洗干净，再用超纯水冲洗3遍，然后以20～30株为单位把李氏禾装入盛满1/2强度的改良Hoagland营养液(配方见表1)的圆柱形玻璃瓶中，玻璃瓶周围用黑色塑料袋做避光处理，以防止藻类物质的生成影响实验结果，最后把装有李氏禾的玻璃瓶整齐摆放在人工气候箱(LRH-500-GSI)中培养。通过设置人工气候箱的各项参数，控制李氏禾的生长条件。通过每天添加2次超纯水来补充因蒸发而减少的水分，每4d更换一次营养液，并用浓度为0.1mmol·L^-1NaOH或0.1mmol·L^-1HCl将营养液的pH控制在5.5左右，预培养两周。

表1改良霍格兰氏营养液配方

1.2盆栽实验土壤基本理化性质

盆栽实验所用土壤采自桂林理工大学雁山校区，经检测土壤中铜的含量为3.829mg·kg^-1，根据《土壤环境质量标准GB 15618‐1995》的规定，执行二级标准的Ⅱ类土壤，土壤中铜含量需不大于50mg·kg^-1(pH＜6.5)，盆栽实验土壤其他基本理化性质如表2。

表2盆栽实验土壤基本理化性质

1.3植物激素协同螯合剂作为外源添加剂的实验

实验在温室大棚中进行，温度25/20℃。将1.2中的盆栽实验土壤进行Cu处理，Cu处理浓度均为100mg·kg^-1。将1.1中预培养的李氏禾移栽到Cu处理后的土壤中，每天浇灌早晚各浇一次去离子水，保持土壤水量。待植株生长生理功能比较稳定了，按标记分别添加EDTA、NTA和IAA溶液，本实验在植物移栽50d后，向土壤中添加EDTA、NTA和IAA溶液。螯合剂EDTA、NTA处理量均为5mmol·kg^-1，植物激素IAA处理量为10mg·kg^-1，实验共计6个处理，每个处理重复3次，分别记为：CK(不施加螯合剂和IAA)；IAA(施加IAA)；EDTA(施加EDTA)；EDTA&IAA(同时施加EDTA和IAA)；NTA(施加NTA)；NTA&IAA(同时施加NTA和IAA)。10d后收获植物，测定生物量和Cu的含量。

表3外源添加剂的处理方式

1.4测定项目和方法

1.4.1重金属Cu污染土壤含量测定：称取过100目筛的土样0.2g放入锥形瓶中，加入10mL HNO₃，盖上弯形漏斗放置过夜，隔天进行高温消解，高温消解至1～2mL时取出锥形瓶，待冷却后加入4mL双氧水后继续消解，当第2次加双氧水消解至1mL左右时，消解结束。此后把消化液移至25mL的比色管中，移液过程超纯水冲洗锥形瓶内壁的次数不少于3次，将冲洗液一并转移到比色管中后，再用超纯水定容至25mL，最后用火焰原子吸收分光光度法测定土壤中的含铜量。

1.4.2植物生物指标的测定：植物收获后按根、茎、叶分开，首先用自来水冲洗植物表面残留的泥土，然后在超声波清洗仪里加入10mmol·L^-1EDTA-Na₂来清洗吸附在植物根系表面的Cu，重复3次(10min/次)即可。清洗3次后的植物放入盛有去离子水的盆中冲洗一遍后用吸水纸把植物表面的水吸干，最后放入烘箱，温度调至105℃杀青30min，杀青完毕将温度调至80℃，几天后待植物烘干至衡重时取出对其进行称量并计数。

1.4.3植物重金属含量测定：称取约0.3g植物的根、茎、叶放入干净的锥形瓶中，加入10mL HNO₃，盖上弯形漏斗放置过夜，隔天进行高温消解，高温消解至1～2mL时取出锥形瓶，待冷却后加入4mL双氧水后继续消解，当第2次加双氧水消解至1mL左右时，消解结束。此后把消化液移至25mL的比色管中，移液过程超纯水冲洗锥形瓶内壁的次数不少于3次，将冲洗液一并转移到比色管中后，再用超纯水定容至25mL，最后用火焰原子吸收分光光度法测定植物的含铜量。

采用三个平行样测定值的算术平均值±标准差(SD)表示实验所得数据，连续收割对李氏禾修复土壤Cu污染效率影响中的数据用双因素方差分析进行统计检验(ɑ＝0.05)。土壤Cu的污染修复效率可用去除率或修复效率来评价。

2结果与分析

2.1植物激素协同螯合剂对李氏禾修复土壤Cu污染的影响

由图1可知，在100mg·kg^-1Cu胁迫下，施用植物激素(IAA)、螯合剂EDTA和植物激素协同螯合剂EDTA(E&I)处理的李氏禾株高显著高于对照组。相同植物激素处理下，施用IAA和E&I处理的李氏禾株高显著高于施用植物激素协同螯合剂NTA(N&I)处理组。施用N&I处理的株高相比于对照组没有显著差异，而单独施用螯合剂NTA处理的株高显著低于对照组。与未施用植物激素和螯合剂的对照处理相比，IAA、EDTA和E&I处理明显促进了李氏禾的向上生长，分别比对照组增加了16.25％、18.73％和17.23％。

由图2可知，与未施用植物激素和螯合剂的对照处理相比，IAA和EDTA处理使李氏禾干重明显增加，分别比对照增加了72.18％和61.48％。除此之外，其他处理与对照处理间没有显著差异。螯合剂处理的影响表现为：不同螯合剂处理下，EDTA处理明显高于NTA处理。

由图3可知，植物激素协同螯合剂处理促进了李氏禾根系的生长，特别是IAA和EDTA处理最为明显，与未施用植物激素和螯合剂的对照处理相比分别增加了23.46％和70.47％。其他处理如NTA和N&I处理均高于对照，而E&I处理低于对照，但处理间都无显著差异。

图4表明了铜胁迫下植物激素协同螯合剂处理对李氏禾地上部分Cu含量的影响，可以看出，在100mg·kg^-1Cu胁迫下，植物激素协同螯合剂处理均有助于提高李氏禾地上部Cu含量，但是不同种类处理的提高水平有所不同，效果较好的IAA、EDTA和N&I处理使李氏禾地上部分Cu含量由对照的182.92mg·kg^-1分别提高到223.03mg·kg^-1、250.60mg·kg^-1和239.56mg·kg^-1，提高率分别达到21.93％、37.00％和30.97％。

由图5可以看出，在100mg·kg^-1铜浓度胁迫下，施用IAA、EDTA和N&I处理有效提高了李氏禾根部的Cu含量，分别使李氏禾根部的Cu含量从对照处理的608.88mg·kg^-1提升至702.47mg·kg^-1、875.21mg·kg^-1和721.20mg·kg^-1，提高率分别达15.37％、43.74％和18.47％。

由图6可以看出，在不同外源添加剂单独或者结合处理下，李氏禾对Cu的富集系数有不同程度的提高。在100mg·kg^-1铜浓度胁迫下，施用IAA、EDTA和E&I的处理明显高于施用NTA和N&I的处理，与对照组相比，富集系数分别提升了48.96％、58.26％和54.85％。

2.2分析

吲哚乙酸(IAA)，作为生长素低浓度时能刺激植物地下部分和地上部分的生长，EDTA和NTA作为螯合剂，能有效的活化和络合重金属，促进植物对重金属的吸收。本发明中，在100mg·kg^-1Cu胁迫下，IAA和EDTA处理显著促进了李氏禾的生长发育，与对照处理相比，IAA和EDTA处理明显促进了李氏禾的向上生长，分别比对照处理增加了16.25％和18.73％。IAA和EDTA处理还有效地缓解了土壤Cu对李氏禾的胁迫作用，并显著的增加了李氏禾地上部分Cu的含量，比对照处理平均增加了29.47％，因此，IAA和EDTA作为外源添加剂可有效地提高李氏禾对Cu污染土壤的修复效率。

上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。