專利名稱：基于生物有效性的土壤Pb污染的植物修復的制作方法
技術領域：
本發明涉及重金屬污染土壤的植物修復技術，具體地說是一種利用大生物量非超富集蔬菜修復治理Pb污染土壤的方法。
背景技術：
土壤是人類獲取食物和其他再生資源的物質基礎[文獻1:劉秀梅，聶俊華，王仁慶.植物修復重金屬污染土壤的研究進展[J].甘肅農業大學學報，2001]，是人類賴以生存的自然環境和農業生產的重要資源。隨著世界經濟的發展，人口的增加，環境污染物的排放量與日俱增，環境污染和生態破壞給土壤帶來了嚴重的污染，其中重金屬污染的土壤面積在不斷增加，這不僅退化土壤肥力，降低農產品產量和品質，還通過食物鏈危及人類的生命健康[文獻2:丁佳紅，劉登義，儲玲，等.重金屬污染土壤植物修復的研究進展和應用前景[J] ·生物學雜志，2004，21(4) : 8-9]。
土壤Pb污染是一個全球性問題，污染具有隱蔽性、長期性和不可逆轉性，一旦進入土壤，不易分解、轉化。Pb可在作物的可食部位積累通過食物鏈傳遞給人或動物，對人體健康產生嚴重危害。據統計，過去50年中，全球排放到環境中的Pb達到7. 83X 104t [文獻 3 Singh O V, Labana S，Pandey G，et al. Phytoremediation:an overview of metallic ion decontamination from soil[J]. App1. Microbol. biotechnol, 2003，61:405-412]， 全世界平均每天排放Pb500萬t，目前我國受Pb污染的耕地面積近1000萬hm2[文獻4:韋朝陽，陳同斌.重金屬超富集植物及植物修復技術研究進展[J].生態學報，2001, 21 (7) : 1196-1204]。Pb大量排放，使土壤遭致污染，生態系統受到破壞，因此，對重金屬Pb污染的治理和修復成為一項十分緊迫的任務。
研究表明，土壤中重金屬對環境影響的大小不僅取決于重金屬的總量，還取決于重金屬的生物有效性。重金屬的生物有效性(BioavaiIabiIity)是指重金屬能被生物吸收或對生物產生毒性的性狀，可由間接的毒性或生物體濃度數據評價，不同形態的重金屬具有不同的生物有效性。重金屬在土壤中以不同的方式與各組分相聯系，因而形成了不同形態的重金屬，從而決定了重金屬的移動性和生物利用率有可能表現出不同的活性和生物毒性[文獻 5 :Kong Q X(孑L慶新).The distribution of a few heavy metals’ chemical forms in soil body. Environmental Protection of Agriculture(in Chinese)(農業環境保護)，1994，13(4) :152-157]。Tessier等將重金屬形態分為以下五種可交換的離子態、碳酸鹽結合態、鐵錳氧化物結合態、硫化物及有機結合態和殘渣態[文獻6 : Tessier A, Campbell P G C，Bisson M. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals[J] · Anal. Chem, 1979，51(7):844-851]。 重金屬在土壤中富集，會對植物產生危害，但植物體內的重金屬含量往往與土壤中重金屬總量并不相關。不同形態的重金屬被釋放的難易程度不同，生物可利用性也不同，有效性大小也不一樣。研究表明可交換態的重金屬在中性條件下最為活躍，最易被釋放也最容易發生反應轉化為其他形態，最易為生物所利用；碳酸鹽結合態重金屬在不同PH條件下能夠發生移動，可能造成對環境的二次污染。鐵錳氧化物態可在還原條件下釋放；有機物結合態釋放過程緩慢；而殘渣態的重金屬與沉積物結合最牢固，用一般的提取方法不能提取出來，它的活性最小，只能通過漫長的分化過程釋放，因而有效性也最小[文獻7 =CaoA,Crucci A, Lai T, et al. Effect of biodegradable chelating agents on heavy metals phytoextraction with Mirabilis jalapa and on its associated bacteria. Eur. J. Soil Biol, 2007,43:200-206]。因此，對土壤重金屬的治理主要是去除土壤中水溶態、可交換的離子態、碳酸鹽結合態、鐵錳氧化物結合態，而對殘渣態重金屬由于其所占含量不多，且吸收提取較難，可不被考慮。
對于重金屬污染土壤的修復，使其恢復土壤原有功能，一直是學術界重點研究的課題。近年來，世界各國都非常重視對污染土壤的修復技術的研究。目前可用于修復治理土壤污染的技術很多，主要包括各種物理、化學、物理化學修復技術和生物修復技術。其中， 生物修復技術由于其自身優勢，經常被運用到土壤修復中。廣義的生物修復，指一切以利用生物為主體的環境污染的治理技術。它包括利用植物、動物和微生物吸收、降解、轉化土壤和水體中的污染物，使污染物的濃度降低到可接受的水平，或將有毒有害的污染物轉化為無害的物質，也包括將污染物穩定化，以減少其向周邊環境的擴散。一般分為植物修復、動物修復和微生物修復三種類型。
在生物修復技術中，常用于修復治理重金屬污染土壤的方法主要是植物修復技術。植物修復(phytoremediation)是以植物忍耐和超量積累某種或某些化學元素的理論為基礎，利用植物及其共存微生物體系清除環境中污染物的一門環境污染治理技術[文獻7: 唐世榮，B. M. Wilke.植物修復技術與農業生物環境工程.農業工程學報，1999，15(2) :21-24]。研究表明，通過植物的吸收、揮發、根濾、降解、穩定等作用，可以凈化土壤或水體中的污染物，達到凈化環境的目的。
植物修復的優勢(I)實用范圍廣，在清除土壤中重金屬污染物的同時，可清除污染土壤周圍的大氣、水體中的污染物。
(2)污染物在原地去除，不破壞土壤生態環境。可通過傳統農業措施種植植物，且可回收重金屬，減少造成二次污染的機會。
(3)植物本身對環境的凈化和美化作用。
(4)植物修復過程也是土壤有機質含量和土壤肥力增加的過程，被修復過的土壤適合多種農作物的生長。發明內容
本發明的目的是提供一種利用大生物量非超富集蔬菜芥菜(Brassica juncea), 修復治理Pb污染土壤的方法。
為實現上述目的，本發明技術內容為在Pb污染土壤中種植大生物量非超富集蔬菜芥菜，從而實現去除土壤中有效態Pb的目的。
在Pb污染土壤中連續種植芥菜，第一季，在Pb污染土壤中種植芥菜，當芥菜生長至成熟期時將植株整體移除收獲。所述在Pb污染土壤中種植的芥菜是指將高2-4cm或含 2-3片展開真葉的芥菜幼苗移栽到Pb污染土壤中。重復以上種植過程。
根據待修復土壤肥力狀況，在生長期內伴隨澆水追肥2-3次，使用氮磷鉀復合肥。在Pb污染土壤中種植的芥菜采用室外栽培，適時澆水，使土壤含水量保持在田間持水量的 6(Γ80%。在Pb污染土壤中種植芥菜，芥菜從污染土壤中吸收Pb并向地上部轉移，當芥菜成熟時，將植物從污染土壤上移除，并將耕層O-1Ocm進行翻土，再種植第二季芥菜，重復以上操作，直至土壤中的Pb含量達到《土壤環境質量安全》標準。
本發明所采用的芥菜，原產于我國，屬十字花科蕓薹屬。薺菜的主側根分布在約 30cm的土層內，莖為短縮莖。葉片著生短縮莖上，有橢圓、卵圓、披針等形狀。葉色綠、深綠或紫紅等。葉面平滑或皺縮。葉緣鋸齒或波狀等。實驗表明，芥菜對Pb的吸收、累積能力均較好。
本發明基于重金屬生物有效性，種植蔬菜作物芥菜，通過芥菜從土壤中帶走有效態Pb，使Pb污染土壤得到修復，同時，生產符合我國食品衛生標準的芥菜作物。
本發明所具有的優點
(I)該方法與傳統的污染土壤治理方法相比，具有投資少、工程量小、技術要求不聞等優點。
(2)作為一種綠色原位修復技術，通過芥菜多季種植，可大大減少Pb對土壤造成的污染，進而延長土壤的使用壽命，在合理調控的基礎上，提高土壤肥力，促進蔬菜作物的增產增收，并降低肥料的投入成本。(3)另外，以Pb的生物有效性為基礎，通過種植芥菜吸收累積其有效態，將土壤中有效態Pb充分去除。
具體實施方式
實施例1:盆栽梯度Pb大生物量非超富集芥菜作物的確認與模擬應用
盆栽試驗地點在常州市武進區水稻研究所的網室內，該場地在武進區農場，實驗場地周圍沒有污染源，是重金屬未污染區。盆栽試驗土壤采自常州市武進區水稻研究所內無污染區的表層土壤((T20cm)。
本實驗共設5個處理，每個處理重復3次。投加的Pb濃度(mg/kg)分別為0 (對照，未投加)、100、300、500和1000。實驗投加的Pb以Pb(AC)2 · 3H20固體形式溶于丙酮溶劑(分析純)，并施入一定濃度的氮、磷、鉀肥作為底肥0. 16g/kgN、0. 05g/kg P和O. 115g/ kg K。將供試土壤風干過4mm篩后，拌入Pb和底肥，充分混勻后裝入塑料盆(直徑20cm，深 15cm)中，每盆裝土 2. 5kg (以烘干土計)，置于陰涼處讓丙酮自然揮發干凈，平衡一個月待用。供試作物為包心芥菜。一月后播種，出苗后定株為10株/盆，每日根據盆中土壤水分狀況，澆入適當自來水，使土壤含水量經常保持在田間持水量的6(Γ80%左右，50d后收獲。
收獲后的芥菜樣品分為地上部和地下部(根部)，分別用自來水充分沖洗以去除粘附于蔬菜樣品上的泥土和污物，然后再用去離子水沖洗，浙去水分，在85°C殺青I小時，然后在65°C下烘干至衡重，稱量干重后粉碎備用。樣品采用HNO3-HClO4法消化(二者體積比為3:1)，用原子吸收分光光度計測定其中的Pb含量。植物分析測定芥菜干物重及其地上部、地下部(根部)各形態Pb含量。土壤風干后，分別制取過Imm和O. 25mm尼龍篩的土樣， 測定每盆土壤中Pb的總量及各個形態的含量。
實驗結果如下
由表I可知，在試驗土壤中，各形態Pb含量呈現不同增長趨勢，，碳酸鹽結合態、水溶態Pb含量增幅較大，可交換離子態的含量變化很小。隨Pb添加量的增加，碳酸鹽結合態、水溶態在土壤中所占的比例增加，其余3態卻有減少趨勢。其中碳酸鹽結合態、水溶態占絕對優勢，兩者之和達709Γ90%，其次為可交換的離子態，殘渣態幾乎沒有。可見，土壤中Pb具有生物有效性，碳酸鹽結合態、水溶態、可交換的離子態占Pb總量最大，且隨添加濃度增加其量總體呈現增加趨勢。治理土壤中Pb，主要考慮其有效態含量，重點富集碳酸鹽結合態、 水溶態、可交換的離子態Pb。
表I 土壤中各形態Pb的分布
權利要求
1.一種基于生物有效性的土壤Pb污染的植物修復，其特征在于在Pb 土壤中輪作種植芥菜，從而實現去除土壤中有效態Pb的目的。
2.根據權利要求1所述的基于生物有效性的土壤Pb污染的植物修復，其特征在于所述在Pb污染土壤中輪作種植芥菜，當成熟后整體移除。
3.根據權利要求1所述的基于生物有效性的土壤Pb污染的植物修復，其特征在于所述在Pb污染土壤中種植芥菜是指將含2 4片展開真葉的芥菜幼苗移栽到Pb、污染土壤中。
4.根據權利要求1所述的基于生物有效性的土壤Pb污染的植物修復，其特征在于 在Pb污染土壤中種植的芥菜采用室外栽培，定期澆水，使土壤含水量保持在田間持水量的 60% 80%。
5.根據權利要求1所述的基于生物有效性的土壤Pb污染的植物修復，其特征在于在 Pb污染土壤中輪作種植芥菜，芥菜從Pb污染土壤中吸收Pb并向地上部轉移，當芥菜長至成熟期時，將芥菜從污染土壤上移除，再種植第二季，重復以上操作，再種植第三季，重復以上操作，直至土壤中Pb含量達到環境安全標準。
全文摘要
本發明涉及污染環境的植物修復技術，具體地說是一種利用大生物量非超富集蔬菜芥菜修復治理Pb污染土壤的方法。本發明利用大生物量非超富集蔬菜芥菜吸收富集Pb污染土壤中有效態Pb，并向上轉運到地上部，當芥菜生長到成熟期將芥菜整體移除并作為日常食用蔬菜使用，從而達到保證蔬菜品種的同時治理污染土壤；通過芥菜的種植，重復上述過程，就可以連續提取污染土壤中的Pb，直到其含量達到環境安全標準。該方法具有工程量小，不破壞土壤理化性質，無二次污染，且可以在治理復合污染土壤的同時保證蔬菜的品種等優點。
文檔編號A01B77/00GK102986442SQ20121054848
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月17日 優先權日2012年12月17日
發明者楊彥, 李定龍, 唐琳, 尹芳華, 趙潔 申請人:常州大學, 常州水木環保科技有限公司