白花草木犀在修复重金属污染土壤中的应用的制作方法

1.本技术属于环境修复技术领域，尤其涉及白花草木犀在修复重金属污染土壤中的应用。


背景技术：

2.矿产资源的开发和利用，在给社会带来巨大经济效益的同时，因历史发展的局限，尾矿长期大量露天粗放式堆存，在雨水冲刷、淋溶等作用下，尾矿中的有害重金属会逐渐浸出并进入土壤，造成严重的土壤重金属污染，进而导致土壤退化、农作物产量和品质下降，直接毒害植物或通过食物链途径危害人体健康等一系列问题的发生。因此，修复重金属污染土壤，恢复土壤原有功能，一直是国际上广泛关注的问题。
3.重金属进入土壤后一般多呈现复合污染，会以离子交换、络合-螯合等方式吸附于土壤胶体上，污染作用机理较为复杂。随着土壤中重金属富集量逐步升高，一些重金属还会转化为毒性更强的甲基化合物，表现出蓄积性和不可逆性。尤其是铅(pb)、铬(cr)、砷(as)等具有多个化合价态的重金属元素与其他物质结合时，会表现出更为复杂的环境行为及环境效应，使重金属污染土壤的修复过程更为艰难。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供了白花草木犀在修复重金属污染土壤中的应用，通过白花草木犀将重金属污染土壤中的重金属吸收富集和转运逐步移出土壤。
5.本技术第一方面公开了白花草木犀在修复重金属污染土壤中的应用。
6.白花草木犀(melilotusalbusmedic.ex desr.)是豆科草木犀属草本植物，高可达2米，多分枝，生长年限短，耐寒。白花草木犀主要分布于中国东北、华北、西北及西南等地，是优良的饲料植物与绿肥植物，各地广为栽培。
7.具体的，所述白花草木犀为未出现任何受毒害现象，长势良好的白花草木犀。
8.更具体的，所述白花草木犀来源于地理位置为东经103.281178
°
，北纬23.396524
°
，海拔高度为1296.58m的白花草木犀。
9.可选的，所述重金属为铅、铬和砷中的一种或多种。
10.本技术第二方面提供了一种重金属污染土壤的修复方法，包括以下步骤：将白花草木犀的种子拌匀撒播或将白花草木犀幼苗移植于重金属污染土壤中；定期对栽种的白花草木犀进行留茬收割植物的地上部分，或对所述白花草木犀整株植物回收，再播种白花草木犀的种子或移植白花草木犀幼苗，直至所述重金属污染土壤的重金属含量降低至预置含量。
11.可选的，所述留茬收割具体包括：所述白花草木犀在开花之前，且不迟于现蕾期进行留茬收割植物的地上部分，使得所述白花草木犀刈割后新枝更易萌发。
12.可选的，所述留茬收割保留白花草木犀2～3个茎节，所述白花草木犀刈割高度为10～15厘米。
13.可选的，所述重金属为铅、铬和砷中的一种或多种。
14.可选的，所述白花草木犀的种子为没有病变、腐烂和干瘪的健康种子。
15.可选的，所述白花草木犀幼苗为没有病变、干叶和腐叶的健康植株幼苗。
16.可选的，所述白花草木犀的种子来源于复合多金属矿选矿集中区域的白花草木犀。
17.可选的，所述白花草木犀幼苗为复合多金属矿选矿集中区域的白花草木犀幼苗。
18.本技术采用白花草木犀对重金属污染土壤进行修复，是一种植物修复技术，与传统的物理和化学修复技术相比，植物修复技术具有修复面积广，成本低廉，对土壤扰动小，操作方便，管理简单，无二次污染等特点，同时兼具控制水土流失、恢复植被景观、丰富生物多样性等优势，对重金属污染土壤的修复及生态恢复具有重要的现实意义。本技术将白花草木犀种植至重金属污染土壤，本技术发现白花草木犀是一种对重金属污染土壤中一种或多种重金属具有特殊富集、转运能力的植物(自然生长或者遗传工程培育)，白花草木犀可同时对重金属pb、cr、as具有较好的转运能力，且具有一定的积累特性和耐受性。通过留茬收割植物地上部分或整株收获的方法，将其吸收富集的重金属移出土壤，以达到污染治理与生态恢复的目的。
具体实施方式
19.本技术提供了白花草木犀在修复重金属污染土壤中的应用，采用白花草木犀将重金属污染土壤中的重金属吸收富集和转运移出土壤，达到修复重金属土壤的目的。
20.下面将对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
21.其中，以下实施例所用原料或试剂均为市售或自制。
22.本技术实施例提供了一种利用白花草木犀修复铅、铬、砷复合污染土壤的方法，具体内容为：
23.1)将所述白花草木犀植物种子拌匀撒播或者将其幼苗移植于重金属污染土壤中；2)对栽种的白花草木犀在开花之前(不迟于现蕾期)进行留茬收割植物的地上部分(白花草木犀刈割后新枝由茎叶腋处萌发，因此要注意留茬高度，一般应保持2-3个茎节，刈割高度10～15厘米为宜)，或种植一定年限后，将整株植物回收，再播种或移植幼苗，利用白花草木犀吸收污染土壤中重金属含量，直至所述污染土壤的重金属含量达到修复目标。
24.实施例1
25.本技术实施例提供了验证白花草木犀修复重金属土壤效果的实验，包括以下步骤：
26.本实验分析野生白花草木犀植株对重金属土壤修复的效果，该野生白花草木犀植株(株高30～40cm)采集在云南省个旧市大屯镇含重金属尾矿上。
27.1)白花草木犀植株样品和尾矿样品(生长基质)的采集：在尾矿堆上采集4株整株完全、生长良好、没有病变和干叶的白花草木犀植株，完全清除根部的残渣后，将采集到的白花草木犀植株样品用塑料样品袋密封备用；在采集白花草木犀植株样品的同时采取植株
生长处尾矿(距地表5～30cm)，并把多点采集的尾矿混匀，密封备用。
28.2)白花草木犀植株样品的预处理：先用自来水冲洗白花草木犀植株表面泥土及其他粘附物，再用去离子水冲洗干净，将地下部分和地上部分分开，在100℃下杀青30min，然后在50℃下恒温干燥至恒重，用研钵将干燥样品粉碎，密封备用。
29.3)尾矿样品的预处理：先挑除采集尾矿样品中大的石砾和可能存在的植物残体，然后在室温条件下阴干至恒重，然后通过球磨机将干燥的样品粉碎，过10目筛网，密封备用。
30.4)白花草木犀植株样品的消化和测定：准确称取白花草木犀植株地上部分和地下部分各0.5g(精确至0.0001g，设置3组平行样)。将试料置于专用微波消解罐中，用加入5ml优级纯浓硝酸，置于智能控温电加热器上预消解，温度设定在90℃加热约1h至黄烟冒尽，冷却约10min后将消解罐放入微波消解仪中，设定程序进行消解(120℃恒温2min
→
150℃恒温2min
→
180℃恒温2min
→
200℃恒温20min)。反应结束后冷却约30min至室温，取出消解罐，用少量水冲洗内盖，冲洗液直接进入消解罐中。将消解罐放入智能控温电加热器上，温度设定在90℃加热约1h至黄烟冒尽，冷却10min后用水将溶液转移至洁净干燥的50ml聚丙烯塑料管中，用超纯水稀释至25ml刻度，摇匀。此溶液直接用于测定。通过icp-ms、原子荧光光度计、icp-oes法测定白花草木犀植物中的pb、cr、as、cd、sn、ni、hg等7种重金属的含量，数据见表1。
31.5)尾矿样品(生长基质)的消化和测定：准确称取处理好的尾矿样品1g(精确至0.0001g，设置3组平行样)，置于聚四氟乙烯坩埚中(设置3组平行样)，加入5ml的王水，加盖，置于智能控温电加热器上恒温120℃进行消化，视消解情况，反复添加王水至液体性状不再发生变化，开盖，适当降温，然后反复加入1ml优级纯氢氟酸，期间反复要摇晃杯体，达到飞硅的目的，最后加入1ml优级纯高氯酸进一步消化只溶解澄清无色，升温至165℃赶酸至近干。将消化好的样品用超纯水完全转移至50ml容量瓶中定容。此溶液直接用于测定。通过icp-ms、原子荧光光度计、aas法测定白花草木犀植物生长基质中的pb、cd、cr、as、sn、ni、hg等7种重金属的含量，数据见表1。
32.植物体富集系数(baf)是白花草木犀植株地上部分某种重金属含量与所生长基质中该种重金属含量的比值，其数值越大，表明该植物体对该种重金属富集能力越强，富集系数大于1是界定超富集植物的标准。植物转运系数(tf)是植物地上部分与根部的某种重金属含量的比值，该数值可以反映植物体中重金属的分布情况，转运系数越高，越有利于地上部分对重金属的富集，且因为地上部分更容易获取的原因，更能通过地上部分的收获修复重金属污染土壤，所以，地上部分富集系数较高的植物更适合应用在重金属污染土壤修复中。浓缩系数(bcf)是植物根部和生长基质中某种重金属的含量的比值，当baf、tf都较低，而bcf较高时，说明植物体对该种重金属具有较好的耐性。
33.表1白花草木犀不同部位的重金属含量(mg
·
kg-1
)及baf、tf、bcf
[0034] pbcrascdsnnihg地上部分1903.5
±
51.74.1
±
1.31142.0
±
22.21.8
±
1.215.3
±
2.91.4
±
1.10.1
±
0.1地下部分941.0
±
43.32.5
±
1.1509.0
±
20.33.3
±
1.915.6
±
2.31.7
±
0.60.3
±
0.1生长基质5890.0
±
333.127.0
±
6.76440.0
±
298.950.0
±
24.6306.0
±
41.124.0
±
11.34.5
±
0.7baf0.480.240.260.100.100.130.09tf2.021.652.240.550.980.820.33
bcf0.160.090.080.070.050.070.07
[0035]
由表1可以看出，白花草木犀对于不同重金属的富集效果和耐性不同，且植物体不同部位的富集效应也不同。白花草木犀地上部分pb含量为1903.5
±
51.7mg
·
kg-1
，地下部分pb含量为941.0
±
43.3mg
·
kg-1
，其生长基质对应pb含量为5890.0
±
333.1mg
·
kg-1
，相应其富集系数baf为0.48，转运系数tf为2.02，根系浓缩系数bcf为0.16，表明白花草木犀对pb有一定的富集效果；另外，白花草木犀地上部分cr含量为4.1
±
1.3mg
·
kg-1
，地下部分cr含量为2.5
±
1.1mg
·
kg-1
，其生长基质对应cr含量为27.0
±
6.7mg
·
kg-1
，其baf、tf、bcf分别为0.24、1.65和0.09，对cr也具备一定的富集效果；此外，白花草木犀地上部分as含量为1142.0
±
22.2mg
·
kg-1
，地下部分as含量为509.0
±
20.3mg
·
kg-1
，其生长基质对应as含量为6440.0
±
298.9mg
·
kg-1
，其baf、tf、bcf分别为0.26、2.24和0.08，对as也具备一定的富集效果；且白花草木犀对重金属sn、ni、cd、hg没有表现出明显的富集效应和耐受性。
[0036]
显然，白花草木犀对pb、cd、cr、as、sn、ni、hg等7种重金属的吸收和积累特性存在差异，虽然未达到超富集植物的标准，但对于重金属元素pb、cr、as仍然表现出一定的富集能力和较高的转运能力，
[0037]
可见，本技术可通过收获白花草木犀地上部分植株，对pb、cr、as污染土壤具有较好的修复效果。可采用白花草木犀植株进行植物修复技术既可以稳定和钝化土壤中的重金属，还可以通过反复收割植物地上部分等措施，降低植物体内富集量较高的几种重金属在土壤中的含量，以达到重金属污染土壤修复的目的。
[0038]
实施例2
[0039]
本实施例公开了采集特定地方的重金属污染土壤进行的种植的试验，包括以下步骤：
[0040]
1)将所述白花草木犀种子拌匀撒播或移植幼苗于重金属污染土壤中。本实施例的土壤选自云南省个旧市大屯镇尾矿堆周边土壤(地理坐标：23.396508
°
n，103.281338
°
e)，不定期浇水使土壤含水量保持在35～50％。
[0041]
2)生长10个月后收割检测，选取4株未出现被重金属毒害的性状，无枯叶腐叶且长势良好的白花草木犀，整株收割后分为地上部分和地下部分，进行重金属pb、cr、as、cd、sn的检测，检测结果如表2所示：
[0042]
表2白花草木犀不同部位的重金属含量(mg
·
kg-1
)及baf、tf、bcf
[0043]
[0044][0045]
由表2可以看出，白花草木犀对pb、cr、as、cd、sn等5种重金属的吸收和积累特性存在差异。对于重金属元素pb、cr、as具有一定的富集能力和较高的转运能力，富集系数分别为0.93、0.33、0.34，转运系数tf分别为2.21、1.86、2.09，说明通过收获白花草木犀地上部分植株，对pb、cr、as污染土壤具有较好的修复效果。白花草木犀对重金属元素sn、cd没有表现出明显的富集效应和耐受性。
[0046]
本技术可利用留茬收割白花草木犀地上部分或种植一定年限后整株回收的方法，减少污染土壤中重金属含量，并通过反复种植和收割的方式达到重金属污染土壤修复目标。
[0047]
以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。