本發(fā)明屬于土壤重金屬污染防治技術(shù)領(lǐng)域,涉及重金屬污染土壤植物修復(fù)領(lǐng)域,具體涉及一種利用混種提高繁縷和牛繁縷對(duì)鎘污染土壤修復(fù)能力的方法。
背景技術(shù):
重金屬污染是近幾十年人類活動(dòng)和自然事件普遍存在的一個(gè)問題。據(jù)報(bào)道,超過10%的耕地受到重金屬的污染,如鎘、銣、鉻、鉛等,造成生產(chǎn)損失超過一千萬噸。鎘極易被作物的根系吸收而向籽實(shí)遷移,然后通過食物鏈進(jìn)入人體,從而對(duì)人類的生命健康構(gòu)成威脅。因此,重金屬污染土壤修復(fù)成為世界各國(guó)亟待解決的問題。
植物修復(fù)是重金屬污染土壤修復(fù)中的一種常用方法,能在不破壞土壤生態(tài)環(huán)境,保持土壤結(jié)構(gòu)和微生物的狀況下,通過植物的根系直接將重金屬直接從土壤中吸收并轉(zhuǎn)移到植物的地上部分,從而達(dá)到植物修復(fù)倍污染土壤的目的。目前已發(fā)現(xiàn)的鎘富集植物有黑麥草、繁縷等,但由于篩選出的這些植物往往生長(zhǎng)緩慢、生物量低,因而限制了其對(duì)污染土壤重金屬的移除效率,難以滿足農(nóng)田鎘污染修復(fù)的需要。因此,通過農(nóng)藝修復(fù)措施提高富集植物修復(fù)能力具有重要的實(shí)踐意義。
在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上,利用間(混)作技術(shù)能夠提高作物對(duì)土壤養(yǎng)分、水和光等資源的有效利用,從而增加作物的產(chǎn)量,提高其品質(zhì)。不同植物間作可調(diào)控植物對(duì)重金屬的吸收。蔣成愛(東南景天與不同植物混作對(duì)土壤重金屬吸收的影響[j].中國(guó)環(huán)境科學(xué).2009,29(9):985-990.)等人研究表明,與玉米和大豆間作的東南景天地上部分吸收cd、pb、zn為單作的1.68-1.87倍,并顯著降低玉米對(duì)cd、zn的吸收。黑亮(東南景天和玉米套種對(duì)zn污染污泥的處理效應(yīng)[j].環(huán)境科學(xué),2007,28(4):852-858.)等研究發(fā)現(xiàn),利用玉米與超積累植物東南景天套作對(duì)污染污泥進(jìn)行修復(fù),玉米籽粒中的zn、cd、cu濃度均符合糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),但東南景天中zn、cd濃度顯著增高。但王京文(絲瓜與伴礦景天間作對(duì)土壤cd形態(tài)及絲瓜cd吸收的影響[j].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2016,35(12):2292-2298.)等人的研究結(jié)果表明,絲瓜與伴礦景天間作一定程度上減少了絲瓜的結(jié)果數(shù)量,同時(shí)存在增大絲瓜果實(shí)中cd含量的風(fēng)險(xiǎn)。這些重金屬的吸收變化可能是由于分泌物、酶的種類、數(shù)量、功能的改變,或各種元素間和植物間的競(jìng)爭(zhēng)所致。這說明只有通過合適的植物搭配進(jìn)行間(混)種才能達(dá)到提高重金屬污染修復(fù)效率的目的,否則會(huì)使富集植物互補(bǔ)消弱,競(jìng)爭(zhēng)激化,結(jié)果適得其反。因此,需要進(jìn)一步的篩選合適的植物搭配物種來提高富集植物的修復(fù)效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn),本發(fā)明的目的在于提供一種利用混種提高繁縷和牛繁縷對(duì)鎘污染土壤修復(fù)能力的方法,其特征在于,所述方法是將繁縷、牛繁縷和豬殃殃混種于土壤中。
本發(fā)明的發(fā)明人在研究過程中發(fā)現(xiàn)豬殃殃可以提高繁縷對(duì)鎘污染土壤的修復(fù)能力,在進(jìn)一步的研究過程中,發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了將繁縷、牛繁縷和豬殃殃進(jìn)行同時(shí)混種后,繁縷和牛繁縷對(duì)鎘污染土壤修復(fù)的能力得到了同時(shí)提高。
一般而言,在間作種間的相互作用主要有兩個(gè)方面,一是種間促進(jìn)作用,二是種間競(jìng)爭(zhēng)作用。兩種作用總是同時(shí)存在,當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)作用大于促進(jìn)作用時(shí)表現(xiàn)為間作劣勢(shì),當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)作用小于促進(jìn)作用時(shí)表現(xiàn)為間作優(yōu)勢(shì)。
本發(fā)明驚喜的發(fā)現(xiàn),將本發(fā)明所述三種植物進(jìn)行混種后,繁縷和牛繁縷的生物量、葉綠素a含量得到了同時(shí)提升,更為重要的是,兩者對(duì)于鎘的吸收能力得到了顯著的提高。造成這種現(xiàn)象的原因可能在于繁縷、牛繁縷和豬殃殃的根系間的相互作用促進(jìn)了磷、鉀等微量元素的吸收和利用。
作為本發(fā)明可行的一個(gè)實(shí)施方案,進(jìn)行混種時(shí),繁縷、牛繁縷和豬殃殃按植株數(shù)目比1:1:1的比例關(guān)系均勻的混種于土壤中。
在本發(fā)明可行的一個(gè)實(shí)施方案中,所述繁縷、牛繁縷和豬殃殃均為3片真葉展開的植株。
為了更好的實(shí)施本發(fā)明,根據(jù)一般的作物種植模式,在進(jìn)行種植時(shí),需適時(shí)澆水,使得土壤水分保持在田間持水量的80%。
根據(jù)本發(fā)明所記載的內(nèi)容,本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易知曉,本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了將豬殃殃與繁縷和牛繁縷進(jìn)行混種后,可以增強(qiáng)繁縷和牛繁縷對(duì)鎘污染土壤中鎘的吸收,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鎘污染土壤的修復(fù)。本發(fā)明實(shí)質(zhì)上并不對(duì)鎘污染程度的高低作何限定,只要是鎘污染土壤,利用本發(fā)明方法均可以實(shí)現(xiàn)對(duì)繁縷和牛繁縷鎘污染修復(fù)能力的增強(qiáng)。
一般而言,鎘污染土壤中鎘濃度不低10mg/kg。在本發(fā)明可行的一個(gè)實(shí)施方案中,鎘污染土壤中鎘濃度為10mg/kg。
本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明顯著提高了繁縷和牛繁縷根系對(duì)鎘的吸收,提高了繁縷和牛繁縷對(duì)鎘污染土壤的修復(fù)能力。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述,有必要在此指出的是以下實(shí)施例只是用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明,不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制,該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員根據(jù)上述發(fā)明內(nèi)容所做出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整,仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1
供試土壤為紫色土,取自四川農(nóng)業(yè)大學(xué)雅安校區(qū)農(nóng)場(chǎng)農(nóng)田(29°59′n,102°59′e),其基本理化性質(zhì)詳見參考文獻(xiàn)的記載(不同生態(tài)型繁縷對(duì)鎘脅迫砧木櫻桃植株磷鉀吸收的影響[j].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2013,21(12):1565-1568.)。
鎘富集植物繁縷、牛繁縷和豬殃殃幼苗于2015年3月采自四川農(nóng)業(yè)大學(xué)雅安校區(qū)農(nóng)場(chǎng)農(nóng)田,采集區(qū)土壤未被重金屬污染。
試驗(yàn)方法
栽培處理方式
將土壤風(fēng)干、壓碎、過5mm篩后,分別稱取3.0kg裝于20cm×27cm(高×直徑)的塑料盆內(nèi),加入分析純cdcl2·2.5h2o溶液,使其鎘濃度為10mg/kg,并與土壤充分混勻,保持淹水狀態(tài),自然放置平衡4周后再次混合備用。
各處理的植株個(gè)數(shù)和重復(fù)數(shù)
選擇長(zhǎng)勢(shì)一致,約3片真葉展開的繁縷、牛繁縷和豬殃殃幼苗移栽至盆中。試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)處理,分別為:繁縷單種、牛繁縷單種、豬殃殃單種、三者混種(繁縷、牛繁縷和豬殃殃)。單種處理每盆種植植物6株,混種處理每盆種植每種植物各3株每個(gè)處理重復(fù)5次。
培養(yǎng)條件:
將盆栽的植物置于透明遮雨棚內(nèi),根據(jù)土壤水分實(shí)際情況不定期澆水確保土壤水分保持在田間持水量的80%左右。
采收及材料預(yù)處理:
30天后測(cè)定三種植物的光合色素含量。之后,整株收獲,將植物根系和地上部分分別封裝,用自來水洗凈,再用去離子水沖洗3次后,于110℃殺青15min,75℃烘干至衡重,稱重,粉碎,過100目篩。
原子吸收光譜法測(cè)定鎘含量:
稱取0.500g植物樣品,加入硝酸-高氯酸(體積比為4:1)放置12h后消化至溶液透明,過濾,定容至50ml,用icap6300型icp光譜儀測(cè)定(thermoscientific,usa)鎘含量。土壤樣品風(fēng)干后,過1mm篩,采用ph計(jì)測(cè)定土壤ph(土水比為1:2.5),采用dtpa-tea浸提法提取土壤有效態(tài)鎘,并用icap6300型icp光譜儀測(cè)定土壤有效鎘含量。地上部分富集系數(shù)(bcf)=地上部分鎘含量/土壤鎘含量,轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(tf)=植物地上部分鎘含量/根系鎘含量,轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù)(taf)=(地上部鎘含量×地上部分生物量)/(根系鎘含量×根系生物量)。數(shù)據(jù)處理方法
數(shù)據(jù)采用spss系統(tǒng)進(jìn)行方差分析(duncan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較)。
結(jié)果與分析:
如表1所示,將豬殃殃、繁縷和牛繁縷進(jìn)行混種后,顯著的提高了繁縷和牛繁縷的生物量,但對(duì)于豬殃殃而言,差異不顯著。
表1混種對(duì)植物單株生物量的影響
如表2所示,與單種相比,本發(fā)明提高了植物葉綠素a的含量。
表2混種對(duì)植物光合色素含量的影響
如表3所示,與單種繁縷和單種牛繁縷相比,本發(fā)明顯著的提高了繁縷和牛繁縷根系的鎘含量。本發(fā)明降低了繁縷和牛繁縷的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù),這說明本發(fā)明抑制了鎘從繁縷和牛繁縷根系向地上部分的轉(zhuǎn)化。不過,對(duì)于豬殃殃而言,混種后,并沒有提高其對(duì)土壤中鎘的吸收,反而出現(xiàn)小幅的抑制。
表3混種對(duì)植物鎘含量的影響
植物鎘含量受組織鎘含量和生物量的影響。如表4所示,與單種相比,本發(fā)明顯著的提高了繁縷和牛繁縷根系部分的鎘積累量,對(duì)于地上部分的影響較小。綜合起來,本發(fā)明顯著的提高了繁縷和牛繁縷整株植物對(duì)鎘污染土壤中鎘的吸收積累,增強(qiáng)了繁縷和牛繁縷修復(fù)鎘污染土壤的能力。
表4混種對(duì)植物單株鎘積累量的影響