本发明涉及土壤修复
技术领域：
，尤其涉及一种使用喷施剂提高重金属超富集植物修复效率的方法。
背景技术：
：土壤重金属污染是全球主要环境危害之一，中国首次土壤普查显示，我国有近20%的耕地存在镉、砷、汞、铅、镍、铜等重金属超标。土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性，污染物在土壤中的滞留时间长，不能通过植物或微生物自行降解，主要危害包括导致土壤退化，影响植物根叶的发育，致农作物产量和品质的降低，而且还可能通过农作物吸收进入食物链，严重影响食品安全并危及人类健康。因此，世界各国都十分重视对土壤重金属污染的治理研究。目前国内外常用的重金属污染修复技术主要包括如下。（1）工程修复，如采用措施为客土、换土、去表土和深耕翻土，但这些措施只能转移或稀释污染，重金属总量并没有较少，也没有被真正从土壤去除。或者采用电动修复技术，通过电迁移、电渗流或电泳等途径使重金属污染物被带出土壤最终使污染土壤得以清洁，该方法适合于低渗透的粘土和淤泥土，实施过程复杂，投资高，运行成本高。或者采用电热修复技术，利用高频电压产生电磁波和热量，对土壤进行加热，使污染物从土壤颗粒内解吸出来，加快一些易挥发性重金属从土壤中分离，从而达到修复的目的，该方法工艺简单，但能耗大，操作费用高，易形成不可控的二次污染。或者采用土壤淋洗措施，操作简单，投资较低，可有效的减少土壤中重金属浓度，但需要考虑淋洗液的收集和处理，避免二次污染。（2）化学修复，具体为向土壤投人改良剂或活性剂，使其改变土壤的酸碱性、氧化还原条件或离子构成情况，进而对重金属的吸附、氧化还原、拮抗或沉淀作用产生影响，最终降低重金属的污染，但是该方法要么只能改善土壤受污染程度，并没有减少重金属总量，要么只适用于轻污染土壤，还存在不好控制的不足。（3）生物修复，又分为植物修复、微生物修复和动物修复等三种。植物修复技术具有操作简便、经济有效和环境友好等优点而成为众多修复技术中的优选，其实质是借助某些植物能超常量吸收富集某种重金属元素的特性，以太阳能为驱动力，大量吸收富集土壤中的重金属，通过收割植物而使土壤相应重金属含量下降。目前已发现能够大量富集砷的植物多为凤尾蕨属植物，自从蜈蚣草（pterisvittata）被发现超量富集as以来，利用蜈蚣草（pterisvittata）修复as污染土壤以及其他超富集植物修复其他重金属元素污染土壤便受到广泛关注。然而由于重金属超富集植物普遍具有发芽率低、生长缓慢和生物量低等缺陷，使得修复周期长、效率低，因此，如何调控提高植物修复效率越来越成为研究热点。提高超富集植物的重金属累积量和生物量是提高植物修复效率的两个方面。为了提高植物修复效率，人们在土壤中施用大量的重金属活化剂，虽然促进了植物对重金属的富集量，但也对土壤生态系统和地下水构成了环境风险。很多研究表明，植物激素对超富集植物的生长和重金属吸收具有促进作用，如添加生长素既能提高植物重金属富集量，也能提高植物生物量，有报道，在叶面、土壤和二者联合，施用细胞分裂素后，镍（ni）超富集植物alyssummurale的生物量分别增加了53％、41％和75％；锌（zn）/镉（cd）超富集植物滇苦菜（picrisdivaricata）经10和100µmol·l-1吲哚乙酸（iaa）处理，叶片铅（pb）富集量分别上升了28.4%和37.3%。目前针对植物修复进行的研究多数是这类单一的植物激素，针对不同激素间的配合施用以改善超富集植物重金属提取效率的研究尚少。植物激素中，生长素可调节植物生长发育、细胞分裂和伸长，而细胞分裂素在细胞扩增和分化、种子萌发及延缓衰老中也起着关键作用。吲哚乙酸(iaa)和激动素（kt）分别是生长素和细胞分裂素的典型代表，而蜈蚣草（pterisvittata）是全球公认的as超富集植物，因此，探讨吲哚乙酸和激动素的配合施用对as提取效率的影响，对协同使用植物激素以提高超富集植物对重金属污染土壤修复效率具有重要意义。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种使用喷施剂提高重金属超富集植物修复效率的方法，提高植物对重金属的积累量，提高土壤修复效率。为实现此目的，本发明提供如下的技术方案：一种使用喷施剂提高重金属超富集植物修复效率的方法，按如下的步骤进行：所述的喷施剂是由吲哚乙酸和激动素组成，其中吲哚乙酸和激动素的配比为：25mg·l-1吲哚乙酸和20mg·l-1激动素；（1），将大叶井口边草（pteriscretical.）或蜈蚣草（pterisvittata）种植到砷污染土壤，按照每隔10~20cm种植一株的方式种植，或者将滇白前（cynanchumanthonyanumhand.-mazz）或龙葵（solanumnigruml.）种植到铅、镉污染土壤，按照每隔15~30cm种植一株的方式种植，或者将羽叶鬼针草（bidensmaximowiczianaoett.）种植到铅污染土壤，按照每隔15~30cm种植一株的方式种植；（2），每隔一个月进行适量的施肥，按需浇水灌溉，并且配合向植物叶片和根际周围土壤浇灌喷施剂，叶片和根部使用比例为1：1；（3），当植物生长到40~70cm高度时进行首次收割，留茬8cm以下，之后每当植物生长到40~70cm高度时进行收割，留茬8cm以下，每次收割后在叶面施用所述喷施剂。其中，大叶井口边草（pteriscretical.）或蜈蚣草（pterisvittata）种植是通过孢子繁殖，滇白前（cynanchumanthonyanumhand.-mazz）或龙葵（solanumnigruml.）、羽叶鬼针草（bidensmaximowiczianaoett.）种植是通过分苗方式直接移栽或通过种子繁殖手段长成幼苗后移栽。进一步地，收割大叶井口边草（pteriscretical.）的生长高度为40～50cm，留茬3~5cm；收割蜈蚣草（pterisvittata）的生长高度为50～60cm，留茬3~5cm；收割滇白前（cynanchumanthonyanumhand.-mazz）或龙葵（solanumnigruml.）的生长高度为50～60cm，留茬3~5cm；收割羽叶鬼针草（bidensmaximowiczianaoett.）的生长高度为50～60cm，留茬3~5cm。进一步地，一种使用喷施剂提高重金属超富集植物修复效率的方法，按如下的步骤进行：所述的喷施剂是由吲哚乙酸和激动素组成，其中吲哚乙酸和激动素的配比为：25mg·l-1的吲哚乙酸和20mg·l-1的激动素；（1）所述大叶井口边草或蜈蚣草、滇白前或龙葵的种植是分条带混合种植，每种植物依次相间排列，种若干行，每行内部均以20cm左右的间距种植蜈蚣草和龙葵，滇白前种子均匀撒播在各植物行之间；（2）每隔半个月在行间均匀进行一次松土和施肥，进行基质的疏松，并且配合向植物叶片和根际周围土壤浇灌喷施剂，叶片和根部使用比例为1：1；（3）当混作植物长到50cm进行首次收割，留茬4cm，收割后，在叶面施用所述喷施剂。本发明的原理在于利用大叶井口边草（pteriscretical.）或蜈蚣草（pterisvittata）对砷的超积累特性，利用滇白前（cynanchumanthonyanumhand.-mazz）或龙葵（solanumnigruml.）对铅、镉的超积累特性及利用羽叶鬼针草（bidensmaximowiczianaoett.）对铅的超积累特性，通过根系大量吸收富集土壤中的砷，提高其向上输送和转移到地上部的含量，再通过收割地上部而除去土壤的相应的重金属，经过多次收割或者多年的治理降低土壤重金属含量，从而完成对土壤的净化处理，提高修复效率。同时，针对受到多种重金属污染的土壤，采用混合种植的方式，可同时治理而除去土壤的相应的重金属。与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明方法投资和维护成本低，是一种环境友好型方法，可以广泛用于含重金属较高的土壤修复中，不影响后续土壤的耕种使用。本方法提高植物修复效率见效快，针对中低污染土壤，只需很短的几个生长周期就可将重金属污染将至理想状态，如首次收割可将土壤中的砷含量减少25%，1年之后可减少50%；通过2次收割后土壤中的铅镉含量可分别下降18%和27%，效果显著。具体实施方式为了验证本发明结论，分别设计了如表2至表4所示的正交实验。实验中，a因子为吲哚乙酸，b因子为激动素，各数值对应值分别如表1所示，以下试验数据均是首次收割后分析测定的数值。表1：正交实验方案中数值换算变实验号a因子b因子10mg·l-10mg·l-1225mg·l-120mg·l-1350mg·l-140mg·l-14100mg·l-160mg·l-1表2：提取as的正交实验方案表实验号a因子b因子as提取效率%1111.372124.393133.354143.345213.126226.497232.228244.889313.0810324.411332.5112341.3513415.2314422.9115433.1516442.51表3：提取cd的正交实验方案表实验号a因子b因子cd提取效率%1111.672123.393133.354144.345215.126226.897232.928244.689314.0810324.9411333.5112342.3513414.2314423.1115433.1516443.01表4：提取pb的正交实验方案表实验号a因子b因子pb提取效率%1111.072123.393133.054142.845213.026226.097233.228243.889313.0810324.4111332.5112341.0513414.2314422.9115432.9516442.91试验结论：在一定浓度下，吲哚乙酸和激动素联合添加能够提高超富集植物的重金属累积量和生物量，达到提高植物修复效率的目的。从成本效益和效果分析，最佳地，可使用25mg·l-1的吲哚乙酸+20mg·l-1的激动素配比形成喷施剂施用。本发明通过试验所达到的结论：用25mg·l-1的吲哚乙酸+20mg·l-1的激动素配比形成的喷施剂对提高植物修复效率的效果最好，其中对as的提取效率最大达到6.49%，对pb、cd的提取效率最大达到6.89%，对pb的提取效率最大达到6.09%。下面结合实施例对本发明作进一步说明。实施例1：某砷污染土壤的as含量平均值为189mg·kg-1左右，在该土壤上以每隔15cm左右种植一株大叶井口边草（pteriscretical.）或者蜈蚣草（pterisvittata）。每隔一个月进行适量的施肥，按需浇水灌溉，并辅助浇灌叶面及根际微肥，具体为25mg·l-1吲哚乙酸和20mg·l-1激动素配成的喷施剂，目的是促进其成活、加强光合作用，并且可以通过延长叶片寿命，来增加植物生物量。当大叶井口边草（pteriscretical.）长到40~50cm，蜈蚣草（pterisvittata）长到50~60cm，一般为5个月后，进行首次收割其地上部位，留茬5cm左右。经分析测定，土壤中的as含量由原来的189mg·kg-1，降低到142mg·kg-1，相当于使土壤中的as含量减少了25%。首次收割及之后每次收割后，在叶面施用所述喷施剂。之后每当大叶井口边草（pteriscretical.）长到40~50cm，或蜈蚣草（pterisvittata）的生长高度达到50～60cm时进行收割，并留茬3~5cm，一般生长4个月可收割一次，土壤中的as含量则不断减少，最终通过3次收割后土壤的as降至90mg·kg-1。这样就比较经济有效地达到了净化土壤砷污染的目的。收割物送废物填埋场安全填埋，或进行砷的回收处理。实施例2：某铅污染土壤的pb含量为924.5mg·kg-1，在该土壤上以20cm左右的间距种植羽叶鬼针草（bidensmaximowiczianaoett.），在种植期间每隔半个月进行一次基质的松动和翻耕，并且适当引入蚯蚓等动物进行基质的疏松，同时向植物叶片和根系喷洒25mg·l-1吲哚乙酸和20mg·l-1激动素配成的喷施剂，促进羽叶鬼针草（bidensmaximowiczianaoett.）生长的同时，促进铅的移动，加速植物对铅的吸收累积。当羽叶鬼针草（bidensmaximowiczianaoett.）的生长高度达到50～60cm时，进行首次收割，一般为种植9个月后，收割留茬4cm。经分析测定，种羽叶鬼针草前后，土壤中的铅含量从924.5mg·kg-1降低到801.1mg·kg-1，羽页鬼针草（bidensmaximowiczianaoett.）对土壤铅的去除效率达到13%。表明收割植物地上部，能有效地带走土壤中的铅实现净化效果。收割物送废物填埋场安全填埋。实施例3：某土壤的pb、cd含量分别为1876.4mg·kg-1和136.7mg·kg-1。把土壤破碎成小于1mm、3mm和6mm的粒径，并且三种粒径以1：2：1的比例组合后平铺30cm左右的厚度，以每隔20cm左右种植一株滇白前（cynanchumanthonyanumhand.-mazz）。每隔一个月进行适量的施肥，按需浇水灌溉，并且配合向植物页面和根际周围土壤浇灌喷洒25mg·l-1吲哚乙酸和20mg·l-1激动素配成的喷施剂。当滇白前（cynanchumanthonyanumhand.-mazz）长到50～60cm时，进行首次收割，一般为种植后5个月。经分析测定，土壤铅镉含量分别下降18%和27%。待继续生长4个月，达到50～60cm时再次收割，通过2次收割后土壤中的铅镉含量不断减少。收割物送废物填埋场安全填埋，或进行重金属的回收处理。实施例4：某砷、铅、镉复合污染的水稻土as、pb、cd含量分别为234.6mg·kg-1、716mg·kg-1、6.73mg·kg-1，在该土壤上以20cm左右的间距种植蜈蚣草（pterisvittata），在种植期间每隔半个月进行一次基质的松动和翻耕，并且适当引入蚯蚓等动物进行基质的疏松，并向植物叶片及根茎喷洒25mg·l-1吲哚乙酸和20mg·l-1激动素配成的喷施剂，促进蜈蚣草（pterisvittata）生长的同时，促进砷、铅、镉的移动，加速植物对砷、铅、镉的吸收累积。当蜈蚣草（pterisvittata）被两种激素配制的喷施剂施用2个月后，进行首次收割，留茬4cm。经分析测定，种植蜈蚣草（pterisvittata）前后，土壤中的砷含量从234.6mg·kg-1降低到181.5mg·kg-1，蜈蚣草（pterisvittata）对土壤砷的去除效率达到22.6%。土壤中的铅含量从716mg·kg-1降低到668mg·kg-1，蜈蚣草（pterisvittata）对土壤铅的去除效率达到6.7%。土壤中的镉含量从6.73mg·kg-1降低到5.24mg·kg-1，蜈蚣草（pterisvittata）对土壤镉的去除效率达到22.1%。表明收割植物地上部，能有效地带走土壤中的砷、铅、镉实现净化效果。收割物送废物填埋场安全填埋。实施例5：某红壤的as、cd含量分别为155.4mg·kg-1和2.29mg·kg-1。把土壤破碎成小于1mm、3mm和6mm的粒径，并且三种粒径以1：2：1的比例组合后平铺30cm左右的厚度，以每隔20cm左右种植一株蜈蚣草（pterisvittata）。每隔一个月进行适量的施肥，按需浇水灌溉，并且向植物叶面及根茎喷施25mg·l-1吲哚乙酸和20mg·l-1激动素配成的喷施剂。当蜈蚣草（pterisvittata）长到50~60cm，进行首次收割，留茬4cm左右，收割后，在叶面施用所述喷施剂。经分析测定，土壤砷、镉含量分别下降8.1%和16.2%。之后每当或蜈蚣草（pterisvittata）的生长高度达到50～60cm时进行收割，并留茬3~5cm，一般生长4个月可收割一次。收割物送废物填埋场安全填埋，或进行重金属的回收处理。实施例6：某尾矿库周边复合污染的土壤as、pb、cd含量分别为426.1mg·kg-1、689.4mg·kg-1、12.15mg·kg-1，在该土壤上分条带混合种植，每种植物依次相间排列，种三行，每行内部均以20cm左右的间距种植蜈蚣草和龙葵，滇白前种子均匀撒播在各植物行之间。期间每隔半个月在行间均匀进行一次松土和施肥，并且适当引入蚯蚓等动物进行基质的疏松，并向植物叶片及根茎喷洒25mg·l-1吲哚乙酸和20mg·l-1激动素配成的喷施剂，促进三种植物生长的同时，促进砷、铅、镉的移动，加速植物对砷、铅、镉的吸收累积。当混作（间作）植物长到50cm，进行首次收割，留茬4cm左右，收割后，施用所述喷施剂。经分析测定，混作（间作）植物前后，土壤中的砷含量从426.1mg·kg-1降低到351.3mg·kg-1，混合种植植物对土壤砷的去除效率达到17.5%。土壤中的铅含量从689.4mg·kg-1降低到638.5mg·kg-1，植物对土壤铅的去除效率达到7.38%。土壤中的镉含量从12.15mg·kg-1降低到9.46mg·kg-1，植物对土壤镉的去除效率达到22.1%。表明收割植物地上部，能有效地带走土壤中的砷、铅、镉实现净化效果。之后每当混作（间作）植物长到50cm左右进行收割，并留茬4cm左右，收割后，施用所述喷施剂。收割物送废物填埋场安全填埋。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，仍然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。当前第1页12