CN111530918A - 一种橡树-龙葵共植修复镉锌重污染土地的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉一种橡树‑龙葵共植修复镉锌重污染土地的方法，其特征在于包括以下步骤：以共植模式的方式将橡树与龙葵种植在镉、锌重污染土壤中进行培养，以进行修复，所述共植模式包括单一橡树‑龙葵，多种橡树‑龙葵的共植模式。所述橡树与龙葵保持适宜的植株间间距，具体为20‑100cm。本发明给出所筛选得更高修复效率的植物修复配置模式，可以实现景观造林与修复并行的效果。橡树和龙葵的协同作用既可以促进植株生长，提高植株体内重金属含量，又能够在一定程度绿化美观裸露重污染土壤，产生生态收益。

Description

一种橡树-龙葵共植修复镉锌重污染土地的方法

技术领域

本发明涉及重金属重污染土地的植物修复方法，尤其是利用乔木-超积累植物共植的修复方法，具体是一种橡树-龙葵共植修复镉锌重污染土地的方法。

背景技术

我国是全球矿产资源消耗大国，对矿产资源的需求和实际开采力度也在逐年增加。开采矿产资源过程中会直接对周围环境造成水土流失、植被减少、土壤裸露和土壤地质结构被破坏等不利影响。金属冶炼及采矿废水、废渣的随意排放等也会致使大量重金属进入到土壤，造成矿区周边土壤重金属超标。土壤重金属污染会导致土壤质量下降、农作物减产、农产品品质降低，甚至威胁到人类健康和生态安全，给社会的可持续发展造成严重威胁。

植物修复是利用植物对污染物的积累能力进行环境修复的方法，具有新颖、经济、高效、环保、原位修复等特点，被认为是一种绿色的重金属污染修复方式。利用超积累植物进行植物修复是目前应用较广泛的植物修复方式，但是自然的重金属超积累植物对单一金属具有特异性积累、生物量较小、根系短小，只能修复土壤表层的污染物。另外，目前的许多植物修复强化技术，例如基因工程培育转基因植物的应用、物理化学辅助植物修复、生物炭的添加、微生物的协助植物修复以及合适的农业管理措施等，其中大部分强化技术存在成本高、产生二次污染以及***方面的问题。

重金属重度污染度区域由于重金属毒性高植物难以存活，往往存在植 被破坏、土壤裸露等问题。针对重金属污染程度超过风险管控值的严格管 控用途类土地，重度污染土壤修复需要修复与造林并行，在实现土壤修复 的同时形成公众接受度较高的景观效果。

间作是一种古老的耕作方法，其定义为将两种或两种以上作物品种同时种植在一起，近年来环境学者将此技术用于植物修复中并称之为共植，是农业管理措施的一种，它是指在同一土地区域内同时种植多种植物，在中国农业历史中有着悠久的历史，它比单一物种更能有效的利用光照、土壤肥力以及空间，不影响土壤结构，无二次污染，多物种可以同时实现多重金属修复互补以及达到绿色美观的效果。已有部分国内外学者尝试通过共植进行土壤重金属污染修复，但是对于共植对于植物体内重金属累积的影响结果却不尽相同。例如：伴矿景天与雷竹共植于锌镉治理区可以稳步降低锌镉复合污染土壤中锌、镉含量，又能够在一定程度上增加农作物产量，保证农民具有一定的经济收益（CN 108326022 A）。Ashrafi等人将马齿苋（Portulaca Oleracea L.）与向日葵共植在镉污染土壤中，发现马齿苋虽然能改变共根区的土壤条件，但对向日葵对镉的吸收无显著影响（Ashrafi, A.,Zahedi, M., Soleimani, M., 2015. Effect of Co-planted Purslane (Portulaca Oleracea L.) on Cd Accumulation by Sunflower in Different Levels of CdContamination and Salinity: A Pot Study. INT J PHYTOREMEDIAT 17, 853-860.）。可供选择的修复重污染重金属土壤的共植模式较少，且效果不一限制了共植技术在重金属重污染土地的植物修复中的应用，因此，如何全面改善上述问题，获得一种修复效果好、景观效果好的的修复重金属污染土地的方法，对于提高共植技术在重金属污染土壤修复领域的应用具有重要意义。

发明内容

为了克服重金属超积累植物对单一金属具有特异性积累、生物量较小、根系较浅，只能修复土壤表层污染物以及物理化学等强化植物修复技术存在成本高、产生二次污染以及***方面的问题，提供了一种镉锌复合重度污染土壤的植物修复方法，结合我国重度污染耕地种植结构调整或退耕还林还草的政策要求，提出以高价值的景观用材兼用乔木树种橡树-龙葵共植的植物修复模式。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种橡树-龙葵共植修复镉锌重污染土地的方法，其特征在于包括以下步骤：以共植模式的方式将橡树与龙葵种植在镉、锌重污染土壤中进行培养，以进行修复，所述共植模式包括单一橡树-龙葵，多种橡树-龙葵的共植模式。

所述的橡树-龙葵共植修复镉锌重污染土地的方法，其特征在于所述橡树与龙葵保持植株间间距为20~100cm。

所述的橡树-龙葵共植修复镉锌重污染土地的方法，其特征在于所述共植模式包括纳塔栎-龙葵共植、樱皮栎-龙葵共植和纳塔栎-樱皮栎-龙葵三种共植模式。

所述的橡树-龙葵共植修复镉锌重污染土地的方法，其特征在于所述橡树为冬季苗圃育种后于春季进行移栽。

所述的橡树-龙葵共植修复镉锌重污染土地的方法，其特征在于所述龙葵是2%~3%的盐酸浸种24小时后，在人工气候培养箱中进行萌发，所述人工气候培养箱的温度为25℃±2℃、湿度为75%±2%，待幼苗生长至7cm±0.5cm，进行移苗，分别与两种栎树共植，或者同时与两种橡树共植。

所述的橡树-龙葵共植修复镉锌重污染土地的方法，其特征在于所述橡树和龙葵为春季种植；按照植物自然生长方式进行培养；培养过程中保持重金属污染土壤含水量为最大持水量的65％～75％；培养过程中还包括植物防病害农药的施用。

所述的橡树-龙葵共植修复镉锌重污染土地的方法，其特征在于修复的污染土壤包括亚热带地区重度重金属镉、锌污染的水稻耕种地或旱地。

该橡树-龙葵共植修复镉锌重污染土地的方法具有以下有益效果：

（1）与单作相比，单一橡树与龙葵共植处理提高了橡树的生物量，共植提高了龙葵的生物量，且三者共植模式下龙葵生物量提高的最高。

（2）与单作相比，两种栎树分别与龙葵共植处理提高了橡树植株镉、锌、铜和铅的平均浓度。

（3）与单作相比，两种栎树分别与龙葵共植处理提高了橡树对镉、锌、铜和铅单株积累量。

（4）重度污染土壤中将橡树与龙葵共植可以在修复的同时形成良好的景观效果，具有一定的景观效益。

综上，相比单作，共植处理，特别是栎树和龙葵两者共植能够起到促进植物生长，增加两种植株中镉、锌、铜和铅的平均浓度和单株积累量，可以在提高其对重金属的修复能力的同时也做到了重污染土壤的植被修复。

附图说明

图1：为本发明单作及共植模式示意图；

图2：为本发明对比例1以及实施例1-3中纳塔栎、樱皮栎和龙葵的生物量变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，使本发明技术方案更易于理解和掌握。

本发明所采取的技术方案是：

橡树（Quercus L），又称为栎树，其树体雄伟，冠大荫浓，材质优良，生态适应性强，在园林绿化、生态建设与木材生产中具有重要潜力，部分栎属对重金属表现出较强的耐性，且具有较好的景观效果。龙葵（Solanum nigrum L）是一种多金属的耐性植物，其对镉表现出较强的吸收转运能力，是一种镉的超积累植物。

采用前期筛选的栎属树种纳塔栎（Quercus nuttallii）和樱皮栎（Quercus pagoda）一年生苗，分别与龙葵进行共植以及三者同时共植（图1）。于3月将纳塔栎和樱皮栎种植于锌镉重污染土壤中，龙葵用2%~3%的盐酸浸种24小时后，在人工气候培养箱中进行萌发，保持温度25℃±2℃和湿度75%±2%，待幼苗生长至7cm左右，一般为6.5-7.5cm，移苗分别与两种栎树共植以及三者共植。各株植物间距为20-100cm，根据植株幼苗不同的大小，选择不同的植物间距。

供试土壤取自浙江富阳某锌冶炼厂污染耕地表层土壤（0-20cm）。所在区域属亚热带季风气候，年全年平均气温16.1℃，年平均降雨量为1465mm，夏冬盛行风向分别为东南风和西北风，降水集中于5月和6月。供试土壤剔除砾石和碎根后自然风干，混匀，土壤重金属含量如表 1

表 1 实施案例1-3土壤重镉、锌、铜和铅含量

土壤重金属含量	Cd mg/kg	Zn mg/kg	Cu mg/kg	Pb mg/kg	pH
							30.77-36.74	1037.39-1202.08	58.12-64.23	83.97-99.37	7.49

其中镉和锌达到重度污染水平。

【对比例1】

在3月份分别将一年生纳塔栎、樱皮栎移入上述污染土进行单作，4月份将培育好的龙葵幼苗移入污染土中单作，三种植物单作均保持株行间距在20×20cm。定期进行浇水和除草。

【实施例1】

采用纳塔栎-龙葵共植模式对化工污染水稻土的修复。具体措施为：在3月份将一年生纳塔栎移入污染土中，4月份将培育好的龙葵幼苗移入纳塔栎共植区域，其中娜塔栎与龙葵保持株行间距为20×20cm。共植六个月，定期进行浇水和除草。

【实施例2】

采用樱皮栎-龙葵共植模式对污染土的修复。具体措施为：在3月份将一年生樱皮栎移入污染土壤中，4月份将培育好的龙葵幼苗移入纳塔栎共植区域，其中樱皮栎与龙葵保持株行间距为20*20cm。共植六个月，定期进行浇水和除草。

【实施例3】

采用纳塔栎-樱皮栎-龙葵共植模式对污染土壤的修复。具体措施为：在3月份将一年生纳塔栎、樱皮栎移入污染土壤中，4月份将培育好的龙葵幼苗移入纳塔栎共植区域，其中樱皮栎与龙葵保持株行间距为20*20cm。共植六个月，定期进行浇水和除草。

对比例1及实施例1-3结果如下：

10月份采集对比例和实施例1-3的植物样品进行测定计算平均生物量、植株中镉、锌、铜和铅的重金属平均浓度以及植物对四种重金属的单株积累量。分别比较3种实施例与对比例1的指标变化。由图2我们可以发现与单作相比，实施例2中樱皮栎的生物量比对比例1提高至110.68%。实施例1-3中龙葵的生物量均高于对比例1，且实施例3龙葵生物量超出单作10.01%。说明两种栎树与龙葵共植可以促进栎树和龙葵的生长。由表2、表3我们可以看出，与对比例1相比，实施例1中的纳塔栎和实施例2中樱皮栎植株中镉、锌、铜和铅的平均浓度均增加了，说明两种栎树与龙葵共植可提高栎树中重金属的浓度。

表2 对比例1及实施例1、3中纳塔栎植株镉、锌、铜、铅的平均浓度

纳塔栎	对比例1	实施例1	实施例3
				镉mg/kg	14.66	21.19	16.02
锌mg/kg	76.43	80.63	67.65
				铜mg/kg	5.81	6.71	5.82
铅mg/kg	1.39	1.60	1.29

表3 对比例1及实施例2、3中樱皮栎植株镉、锌、铜、铅的平均浓度

樱皮栎	对比例1	实施例2	实施例3
				镉mg/kg	17.12	24.35	19.44
锌mg/kg	56.19	73.70	47.17
				铜mg/kg	5.69	6.73	6.20
铅mg/kg	1.50	2.13	1.53

表4 对比例1及实施例1-3中龙葵植株镉、锌、铜、铅的平均浓度

龙葵	对比例1	实施例1	实施例2	实施例3
					镉mg/kg	34.38	28.53	31.02	26.43
锌mg/kg	210.97	185.70	216.46	187.91
					铜mg/kg	21.72	20.95	20.29	21.63
铅mg/kg	2.29	2.33	2.98	2.28

通过进一步计算单株积累量，由表5、表6我们可以看出实施例1中的纳塔栎和实施例2中的樱皮栎对镉、锌、铜和铅单株积累量更多，由表7可得实施例2中的龙葵对镉、锌的总提取量也高于对比例1，即共植模式下植物修复效果要强于单作。通过综合比较三个实施例我们发现修复效果为实施例2最优，其次为实施例1、实施例3。

表5 对比例1及实施例1、3中纳塔栎植株镉、锌、铜、铅的单株积累量

纳塔栎	对比例1	实施例1	实施例3
				镉mg/株	1.18	1.75	1.14
锌mg/株	5.91	6.69	5.68
				铜mg/株	0.48	0.56	0.46
铅mg/株	0.11	0.13	0.11

表6 对比例1及实施例2、3中樱皮栎植株镉、锌、铜、铅的单株积累量

樱皮栎	对比例1	实施例2	实施例3
				镉mg/株	1.80	2.28	1.54
锌mg/株	4.43	7.05	4.49
				铜mg/株	0.45	0.57	0.49
铅mg/株	0.12	0.18	0.14

表7对比例1及实施例1-3中龙葵植株镉、锌、铜、铅的单株积累量

龙葵	对比例1	实施例1	实施例2	实施例3
					镉mg/kg	1.42	1.26	1.53	1.24
锌mg/kg	9.40	8.17	9.77	8.86
					铜mg/kg	0.94	0.92	0.91	1.02
铅mg/kg	0.11	0.10	0.13	0.11

通过将纳塔栎-龙葵、樱皮栎-龙葵和纳塔栎-樱皮栎-龙葵 三个共植模式与纳塔栎、樱皮栎和龙葵三者单作模式进行比较。

（1）与单作相比，樱皮栎与龙葵共植处理提高了樱皮栎的生物量。共植提高了龙葵的生物量，且三者共植模式下龙葵生物量提高的最高。

（2）与单作相比，两种栎树分别与龙葵共植处理提高了娜塔栎和樱皮栎植株镉、锌、铜和铅的平均浓度。

（3）与单作相比，两种栎树分别与龙葵共植处理提高了娜塔栎和樱皮栎对镉、锌、铜和铅单株积累量。

（4）重度污染土壤中将栎树与龙葵共植可以在修复的同时形成良好的景观效果，具有一定的景观效益。

综上，相比单作，共植处理，特别是栎树和龙葵两者共植能够起到促进植物生长，增加两种植株中镉、锌、铜和铅的平均浓度和单株积累量，可以在提高其对重金属的修复能力的同时也做到了重污染土壤的植被修复。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种橡树-龙葵共植修复镉锌重污染土地的方法，其特征在于包括以下步骤：以共植模式的方式将橡树与龙葵种植在镉、锌重污染土壤中进行培养，以进行修复，所述共植模式包括单一橡树-龙葵，多种橡树-龙葵的共植模式。

2.根据权利要求1所述的橡树-龙葵共植修复镉锌重污染土地的方法，其特征在于所述橡树与龙葵保持植株间间距为20~100cm。

3.根据权利要求1所述的橡树-龙葵共植修复镉锌重污染土地的方法，其特征在于所述橡树包括纳塔栎、樱皮栎；

所述共植模式包括纳塔栎-龙葵共植、樱皮栎-龙葵共植和纳塔栎-樱皮栎-龙葵共植模式。

4.根据权利要求1所述的橡树-龙葵共植修复镉锌重污染土地的方法，其特征在于所述橡树为冬季苗圃育种后于春季进行移栽。

5.根据权利要求1所述的橡树-龙葵共植修复镉锌重污染土地的方法，其特征在于所述龙葵是2%~3%的盐酸浸种24小时后，在人工气候培养箱中进行萌发，所述人工气候培养箱的温度为25℃±2℃、湿度为75%±2%，待幼苗生长至7cm±0.5cm，进行移苗，分别与两种栎树共植，或者同时与两种橡树共植。

6.根据权利要求1-5任一所述的橡树-龙葵共植修复镉锌重污染土地的方法，其特征在于所述橡树和龙葵为春季种植；按照植物自然生长方式进行培养；培养过程中保持重金属污染土壤含水量为最大持水量的65％～75％；培养过程中还包括植物防病害农药的施用。

7.根据权利要求1所述的橡树-龙葵共植修复镉锌重污染土地的方法，其特征在于修复的污染土壤包括亚热带地区重度重金属镉、锌污染的水稻耕种地或旱地。

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