利用三七景天修復(fù)鎘污染農(nóng)田土壤的方法與流程

本發(fā)明屬于環(huán)境污染治理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種土壤中重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)，特別是關(guān)于一種利用三七景天修復(fù)鎘污染農(nóng)田土壤的方法。

背景技術(shù)：

土壤是人類(lèi)賴(lài)以生存的自然環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要資源，土壤環(huán)境健康事關(guān)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和人體健康。近年來(lái)，土壤重金屬污染已成為全球面臨的嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。目前，我國(guó)農(nóng)田土壤受重金屬污染嚴(yán)重，根據(jù)全國(guó)首次土壤污染狀況調(diào)查結(jié)果顯示，我國(guó)耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率為19.4％，其中輕微、輕度、中度和重度污染點(diǎn)位比例分別為13.7％、2.8％、1.8％和1.1％；而從污染物超標(biāo)情況來(lái)看，重金屬鎘點(diǎn)位超標(biāo)率為7.0％?，F(xiàn)在我國(guó)受重金屬污染的農(nóng)田土壤約2500萬(wàn)公頃，每年被重金屬污染的糧食多達(dá)1200萬(wàn)噸，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)100億元。

鎘污染土壤的傳統(tǒng)治理方式主要有工程治理措施和物理化學(xué)修復(fù)方法，物理修復(fù)技術(shù)主要通過(guò)改土法、玻璃化法、電動(dòng)法和熱解吸法等來(lái)修復(fù)土壤；化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要包括化學(xué)固化法、化學(xué)淋洗法等，然而其往往有成本高昂、對(duì)環(huán)境擾動(dòng)大和可能造成二次污染等弊端。近年來(lái)，利用植物修復(fù)技術(shù)原位治理土壤重金屬污染在本領(lǐng)域已逐漸成為主流，植物修復(fù)技術(shù)具有修復(fù)成本較低、對(duì)環(huán)境擾動(dòng)小、無(wú)二次污染和可持續(xù)性等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)兼有美化環(huán)境的作用，這些優(yōu)勢(shì)是工程治理措施和物理化學(xué)修復(fù)方法所不具備的。

在植物修復(fù)技術(shù)中，利用超富集植物吸收污染土壤中的重金屬是較為常見(jiàn)的技術(shù)，然而目前發(fā)現(xiàn)的超富集植物通常有對(duì)土壤氣候適應(yīng)能力差、生長(zhǎng)緩慢、生物量小等問(wèn)題，限制了其修復(fù)效率和推廣應(yīng)用價(jià)值，成為植物修復(fù)技術(shù)中亟待突破的瓶頸。因此，尋求適應(yīng)能力強(qiáng)、生物量大、生長(zhǎng)周期短、對(duì)重金屬富集能力強(qiáng)、修復(fù)效率高的植物，并研究開(kāi)發(fā)配套的修復(fù)技術(shù)成為本領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種利用三七景天修復(fù)鎘污染農(nóng)田土壤的方法，以期解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的至少一項(xiàng)技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種利用三七景天修復(fù)鎘污染農(nóng)田土壤的方法，包括步驟：

(1)在鎘污染農(nóng)田土壤中栽植三七景天；

(2)刈割并移除三七景天的地上植株部分，即可。

本發(fā)明中，所述三七景天，其是景天科景天屬植物，為多年生肉質(zhì)草本，喜生于山坡巖石上或草叢中，也稱(chēng)費(fèi)菜(Sedum aizoon L.)。

所述鎘污染農(nóng)田土壤是指被鎘污染的農(nóng)田土壤，其中鎘的濃度為本領(lǐng)域的一般水平，通常在0.6～2.0mg/kg之間，也有個(gè)別污染特別嚴(yán)重的地方，其濃度可高達(dá)100mg/kg左右。本發(fā)明優(yōu)選農(nóng)田土壤中鎘的濃度為1～2mg/kg，在該優(yōu)選的范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)更佳的移除修復(fù)效果。

步驟(1)中，所述栽植的方法為本領(lǐng)域常規(guī)，如種子播種、分根繁殖、扦插栽植等，優(yōu)選扦插栽植。

步驟(1)中，所述栽植優(yōu)選按行株距30×15cm挖穴坐水栽植，栽植深度為5cm，覆土后踩實(shí)。其中，挖穴坐水栽植是本領(lǐng)域常規(guī)的術(shù)語(yǔ)，其是一種流傳比較久遠(yuǎn)的抗旱種植技術(shù)，最早在北方旱區(qū)應(yīng)用，可有助于度過(guò)干旱時(shí)期，按時(shí)完成播種季節(jié)的栽植作業(yè)。

步驟(1)中，在栽植三七景天后，優(yōu)選地，還向鎘污染農(nóng)田土壤中施以檸檬酸(CA)溶液，所述檸檬酸溶液的施用量更優(yōu)選1mmol/kg土壤。

步驟(2)中，所述刈割為本領(lǐng)域常規(guī)的操作。優(yōu)選地，待三七景天地上植株部分生長(zhǎng)至30-50cm時(shí)進(jìn)行所述刈割，并移除刈割得到的地上植株部分，即可。

更優(yōu)選地，在刈割時(shí)保留三七景天地上植株部分4-5cm。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，步驟(2)中，在對(duì)三七景天地上植株部分進(jìn)行刈割后，按植物的生長(zhǎng)規(guī)律，三七景天地上植株部分可以繼續(xù)生長(zhǎng)，待再次生長(zhǎng)至30-50cm時(shí)可以再次進(jìn)行刈割，因此，步驟(2)可以是一個(gè)循環(huán)進(jìn)行的操作。

優(yōu)選地，本發(fā)明還包括步驟(3)：對(duì)刈割收獲的三七景天植株進(jìn)行無(wú)害化處理。優(yōu)選地，所述無(wú)害化處理為焚燒或壓縮后作無(wú)害化填埋。

因此，本發(fā)明一般的操作是，將刈割收獲的三七景天地上植株部分從被鎘污染的農(nóng)田土壤上移走，以移除污染土壤中的鎘；而三七景天剩余部分可繼續(xù)生長(zhǎng)并通過(guò)根系繼續(xù)吸收土壤中的鎘并將其轉(zhuǎn)移至植株的地上部分，當(dāng)植株的地上部分再次生長(zhǎng)到30-50cm時(shí)進(jìn)行再次刈割，可持續(xù)降低土壤中的鎘含量。收獲的三七景天地上植株部分，可以將其送至專(zhuān)屬場(chǎng)所集中并做無(wú)害化處理。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了下述有益效果：

本發(fā)明提出的利用三七景天修復(fù)鎘污染農(nóng)田土壤的方法，通過(guò)將三七景天栽植到鎘污染的農(nóng)田土壤中，三七景天在土壤中快速成活生長(zhǎng)，利用其對(duì)土壤中重金屬鎘的富集能力，通過(guò)根系吸收污染土壤中的鎘并轉(zhuǎn)移至植株的地上部分，以達(dá)到減少土壤中重金屬鎘的含量，修復(fù)鎘污染農(nóng)田土壤的目的。

本發(fā)明技術(shù)方案中所用的三七景天具有耐旱、耐寒、耐瘠薄、適應(yīng)能力強(qiáng)、生長(zhǎng)快速、生物量大等特性，且對(duì)土壤中重金屬鎘具有較強(qiáng)的富集能力，利用三七景天修復(fù)鎘污染農(nóng)田土壤還具有投入成本低、管理粗放、冬季可防止土壤裸露等特點(diǎn)，同時(shí)由于花色艷麗，花期較長(zhǎng)，具有較好的觀(guān)賞價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，因此其修復(fù)潛力和推廣應(yīng)用的前景廣闊。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明利用三七景天治理鎘污染農(nóng)田土壤修復(fù)方法的流程示意圖；

圖2為河南中度鎘污染農(nóng)田的土壤中鎘含量和種植60天后三七景天地上部鎘含量；

圖3為廣西輕度鎘污染農(nóng)田的土壤中鎘含量和種植60天后三七景天地上部鎘含量；

圖4為云南重度鎘污染農(nóng)田的土壤中鎘含量和種植60天后三七景天地上部鎘含量；

圖5為以河南中度鎘污染農(nóng)田土壤為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，種植三七景天并輔以施用檸檬酸溶液的實(shí)驗(yàn)組(CA組)和僅種植三七景天植株的對(duì)照組(CK組)的地上植株部分的鎘含量比較圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

考慮到背景技術(shù)部分所述的技術(shù)問(wèn)題，有必要篩選一種適應(yīng)能力強(qiáng)、生物量大、生長(zhǎng)周期短且對(duì)重金屬富集能力強(qiáng)的植物，這不僅有利于鎘污染農(nóng)田土壤的修復(fù)治理，同時(shí)有利于提高植物修復(fù)效率，減少修復(fù)年限，使農(nóng)田資源盡快回歸正常使用。

發(fā)明人在進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)探索后發(fā)現(xiàn)，使用三七景天能夠達(dá)到理想的修復(fù)效果，同時(shí)在不斷實(shí)踐的過(guò)程中，還驚喜地發(fā)現(xiàn)，如果再輔以一定的輔助措施，將達(dá)到更為理想的效果。

三七景天為景天科、景天屬多年生肉質(zhì)草本植物，根狀莖短，粗莖高20-50cm，有1-3條莖，直立，無(wú)毛，不分枝。葉互生，狹披針形、橢圓狀披針形至卵狀倒披針形，長(zhǎng)3.5-8cm，寬1.2-2cm，先端漸尖，基部楔形，邊緣有不整齊的鋸齒；葉堅(jiān)實(shí)，近革質(zhì)。聚傘花序有多花，水平分枝，平展，花色為黃色，色澤艷麗。

三七景天適應(yīng)性強(qiáng)，不擇土壤、氣候，全國(guó)各地都可種植，且易活、易管理。一般采用分株扦插繁殖，春夏與早秋及冬季大棚扦插即活，成活率高達(dá)99％。當(dāng)年定植，當(dāng)年豐收，次年便進(jìn)入盛產(chǎn)期。一次定植，可連續(xù)收獲20年新鮮莖葉，就像韭菜一樣隨割隨長(zhǎng)，地下塊根是難得的中藥材。

此外，因三七景天所具有的耐旱、耐寒、耐瘠薄、適應(yīng)能力強(qiáng)和生長(zhǎng)快速，使其能夠在更為廣泛的地域栽培，粗放管理則使其易于推廣。而大量的生物量、多次刈割、持續(xù)吸收土壤中的重金屬鎘，可以更高效的修復(fù)鎘污染土壤。同時(shí)三七景天作為觀(guān)賞植物，常被用作花壇建設(shè)和地被植物，使鎘污染農(nóng)田在利用三七景天修復(fù)的期間，也可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此，三七景天用作鎘污染土壤的植物修復(fù)具有廣闊的應(yīng)用前景。

具體地，請(qǐng)參考圖1所示，本發(fā)明利用三七景天修復(fù)鎘污染農(nóng)田土壤的方法包括如下步驟：

S1：于清明時(shí)節(jié)即四月初，將三七景天母株挖出根部，按根芽多少，將其分切成若干株，每株帶2個(gè)以上根芽，然后按行株距30×15cm挖穴坐水栽植，種植深度為5cm，覆土后踩實(shí)。

S2：三七景天通過(guò)根系吸收土壤中的鎘并轉(zhuǎn)移至地上部，待其株高達(dá)到30-50cm時(shí)，從地上部4-5cm處進(jìn)行刈割，收獲的地上部分執(zhí)行步驟S4操作。

S3：步驟S2刈割后，剩余地上部分會(huì)繼續(xù)生長(zhǎng)并吸收土壤中的鎘，待其再次長(zhǎng)至30-50cm左右時(shí)，按照步驟S2的方法進(jìn)行第二次刈割，收獲的地上部分執(zhí)行步驟S4操作。

S4：對(duì)收獲的三七景天地上部分送至專(zhuān)屬場(chǎng)所集中做無(wú)害化處理。

以下通過(guò)具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1

本實(shí)施例采用盆栽模擬試驗(yàn)方法，選取河南中度鎘污染農(nóng)田(HN)、廣西輕度鎘污染農(nóng)田(GX)和云南重度鎘污染農(nóng)田(YN)三種0-20cm耕層土壤，將其自然風(fēng)干、搗碎、剔除雜物，過(guò)5mm篩，首先測(cè)定其土壤中重金屬鎘的含量。然后稱(chēng)取1kg土壤裝入直徑與高分別為19cm×16cm的塑料盆中，加水澆透。將10cm高的幼苗母株按照自然紋理分成3芽移栽到塑料盆中，根據(jù)缺水情況，不定期澆水，保證土壤濕潤(rùn)但不漬水。每種土壤設(shè)3個(gè)重復(fù)。

河南中度鎘污染農(nóng)田(HN)、廣西輕度鎘污染農(nóng)田(GX)和云南重度鎘污染農(nóng)田(YN)土壤種植兩月后，株高已長(zhǎng)至30-50cm高，刈割(刈割時(shí)保留地上植株4-5cm)收獲地上部分，用去離子水沖洗干凈、烘干并粉碎過(guò)100目。植物樣用硝酸—高氯酸消解法進(jìn)行消解，用石墨爐AAS法測(cè)定鎘含量。

圖2為河南中度鎘污染農(nóng)田的土壤中鎘含量和種植60天后三七景天地上植株部分的鎘含量，由圖2可知，河南中度鎘污染農(nóng)田土壤中鎘的含量為1.95mg/kg，種植60天后三七景天地上部的鎘含量達(dá)到33.12mg/kg。

圖3為廣西輕度鎘污染農(nóng)田的土壤中鎘含量和種植60天后三七景天地上植株部分的鎘含量，由圖3可知，廣西輕度鎘污染農(nóng)田土壤中鎘的含量為1.06mg/kg，種植60天后三七景天地上部的鎘含量達(dá)到2.70mg/kg。

圖4為云南重度鎘污染農(nóng)田的土壤中鎘含量和種植60天后三七景天地上部鎘含量，云南重度鎘污染農(nóng)田土壤中鎘的含量為97.97mg/kg，種植60天后三七景天地上部的鎘含量達(dá)到85.08mg/kg。

同時(shí)，本實(shí)施例通過(guò)重金屬富集系數(shù)來(lái)表征三七景天對(duì)不同鎘污染土壤中鎘的富集能力。生物富集系數(shù)，又稱(chēng)生物富集因子(Bio-concentration Factor，BCF)，其可以反映植物對(duì)土壤中重金屬的富集特征，富集系數(shù)大于1是判斷超富集植物的標(biāo)準(zhǔn)之一，重金屬富集系數(shù)可以通過(guò)以下公式計(jì)算：

重金屬富集系數(shù)＝植物體內(nèi)重金屬含量/土壤中重金屬含量

計(jì)算可知，在河南中度鎘污染農(nóng)田的土壤中種植60天后，三七景天富集系數(shù)為16.98；在廣西輕度鎘污染農(nóng)田的土壤中種植60天后，三七景天富集系數(shù)為2.55；在云南重度鎘污染農(nóng)田的土壤中種植60天后，三七景天富集系數(shù)為0.87。

以上實(shí)施例說(shuō)明，三七景天在河南中度鎘污染農(nóng)田土壤中的富集系數(shù)最高，在云南重度鎘污染農(nóng)田土壤中地上部吸收鎘的含量最大，而在廣西輕度鎘污染農(nóng)田土壤中其富集系數(shù)也超過(guò)了1，表現(xiàn)出了較強(qiáng)的富集能力和較好的修復(fù)效果。

實(shí)施例2

同實(shí)施例1一樣地，本實(shí)施例也采用盆栽模擬試驗(yàn)方法，且所有操作均同實(shí)施例1，不同之處僅在于，在栽植三七景天后，在植株的生長(zhǎng)過(guò)程中，還向鎘污染農(nóng)田土壤中施以檸檬酸(CA)溶液，施用量為1mmol/kg土壤。

待植株株高長(zhǎng)至30-50cm高時(shí)，刈割(刈割時(shí)保留地上植株4-5cm)收獲地上部分，用去離子水沖洗干凈、烘干并粉碎過(guò)100目。植物樣用硝酸—高氯酸消解法進(jìn)行消解，用石墨爐AAS法測(cè)定植株中的鎘含量。結(jié)果表明，如果配合施以檸檬酸溶液，還能夠大幅度提高三七景天對(duì)鎘的富集能力，具體請(qǐng)參見(jiàn)圖5(圖中僅示出河南中度鎘污染農(nóng)田土壤，云南重度和廣西輕度鎘污染農(nóng)田土壤的具體數(shù)據(jù)未示出)。圖5顯示以實(shí)施例1中的河南中度鎘污染農(nóng)田土壤為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，種植三七景天并輔以施用檸檬酸溶液的實(shí)驗(yàn)組(CA組)和僅種植三七景天植株的對(duì)照組(CK組)的地上植株部分的鎘含量比較圖，從圖5中可以看出，CA組比CK組所吸附的鎘含量要高出27.8％，該結(jié)果表明，在施用檸檬酸溶液后，可以明顯提高三七景天對(duì)鎘的吸收效率。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。