CN112567920A

CN112567920A - 一种提高杂交狼尾草对镉污染土壤修复能力方法

Info

Publication number: CN112567920A
Application number: CN202011487876.5A
Authority: CN
Inventors: 宋希亮; 陈为峰; 刘晓丽; 姜慧新; 周虎; 张国平
Original assignee: Shandong Agricultural University
Current assignee: Shandong Agricultural University
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2021-03-30

Abstract

本发明公开了一种提高杂交狼尾草对镉污染土壤修复能力的方法，包括：将杂交狼尾草幼苗移栽至镉污染土壤中；待杂交狼尾草幼苗稳定生长后，向其叶面喷施腐植酸水溶液；在杂交狼尾草株高达到1.2m后进行刈割，刈割后向杂交狼尾草施加氮肥；杂交狼尾草长出新叶后，重复上述操作，直至完成对镉污染土壤的修复。本发明选用杂交狼尾草作为镉污染土壤修复植物，一年可多次刈割，镉富集能力强。本发明提供的叶面喷施剂以腐植酸为有效成分，安全无毒，不会对土壤、地下水和空气产生污染；采用叶面喷施方式，操作简单方便易上手，增加杂交狼尾草地上生物量以及促进地下根系生长的同时，可有效促进杂交狼尾草对隔吸收富集能力，适合于大规模推广应用。

Description

一种提高杂交狼尾草对镉污染土壤修复能力方法

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及方法一种提高杂交狼尾草对镉污染土壤修复能力方法。

背景技术

汽车尾气的大量排放、金属矿物的过度开采和冶炼、污水灌溉的普遍化、农药和化肥的过度施用、污染大气的沉降等问题，导致土壤重金属污染问题日益凸显，大量土壤重金属浓度严重超标，对生态环境和人类健康安全产生了巨大的威胁。镉是土壤中常见的污染重金属，也是我国土壤中污染最严重、生物毒性最强、危害性最大的重金属之一。镉污染有隐蔽性、不可逆性、长期性和致癌性的特点，可通过食物链在人体内大量富集，进而影响到人体健康进而生命安全，因此对镉污染土壤修复和治理已迫在眉睫。

目前，重金属污染土壤的修复方法主要有物理、化学和生物学修复。物理和化学修复工程量大，价格昂贵，操作昂贵，难以大规模加以利用，还有可能造成二次污染，并且对土壤肥力、土壤物理化学结构以及土壤微生物群落结构均会造成不利影响。而生物学修复中的植物提取修复土壤重金属污染是当今研究最多且最有发展前景的一种绿色技术，植物修复是将自然生长或遗传培育的富集植物种植于污染土壤上对土壤中特定重金属污染元素进行吸附、转移、清除，从而降低土壤重金属含量以达到治理的目的。它具有高效低耗、无二次污染、减少土壤侵蚀、美化环境等优点，可达到对污染土壤持久性清洁修复，因而被公认为是一种环境友好型原位绿色修复技术。

当前，被应用于土壤重金属污染修复的植物分为两种：(1)超富集植物；(2)对重金属污染具有较强耐受性和较高富集特性且生长迅速的高生物量植物。但当前发现的大多数超富集植物多为一年生的草本植物，繁殖能力弱、生长缓慢、地上部生物量小、镉积累量低、镉修复能力差等，造成修复效率的低下以及修复时间较长，在实际应用中受到限制，难以满足生产要求。因此如何能够提供一种可以提高镉富集植物镉的积累量，提高其镉积累能力的方法是当前亟待解决的问题。杂交狼尾草植物生长迅速，分蘖多，根系发达，生物量大，多年生长，一年可多次刈割，具有极大的镉污染土壤修复潜力，已被用作镉污染土壤修复的高生物量植物，如申请号为201310455474.0公开了一种酸性重金属污染土壤的方法，使用杂交狼尾草修复土壤。但目前对于如何进一步提高杂交狼尾草对镉污染土壤修复能力的方法还非常少。申请号为：202010330882.3的专利公开了利用根系分泌物强化植物修复镉污染土壤的方法，在土壤中加入根系分泌物促进狼尾草，促进修复进程。但根系分泌物添加到土壤中会改变土壤环境。因此需要一种不向土壤中添加化合物的方法来促进狼尾草对土壤中镉的吸收，并且不影响狼尾草的正常生长。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种提高杂交狼尾草对镉污染土壤修复能力方法。本发明通过叶面喷施腐植酸水溶液的方法来促进杂交狼尾草生长，有效促进杂交狼尾草生长，增加生物量的同时，显著提升杂交狼尾草的隔吸收富集能力；增强对镉的吸收富集能力，提高土壤镉去除率，达到强化杂交狼尾草对镉污染土壤修复效果的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种提高杂交狼尾草对镉污染土壤修复能力的方法，包括以下步骤：

(1)将杂交狼尾草幼苗移栽至镉污染土壤中；

(2)待杂交狼尾草幼苗稳定生长后，向其叶面喷施腐植酸水溶液；

(3)在杂交狼尾草株高达到1.2m后进行刈割，刈割后向杂交狼尾草施加氮肥；

(4)杂交狼尾草长出新叶后，重复步骤(2)和(3)的操作，直至完成对镉污染土壤的修复。

优选的，步骤(1)中，狼尾草幼苗长出3～4片真叶时移栽。

优选的，步骤(1)中，所述镉污染土壤中镉的浓度为0～750mg/kg。

优选的，步骤(2)中，所述腐植酸水溶液的浓度为1000～2000mg/L。

优选的，步骤(2)中，所述腐植酸水溶液的喷施周期为每周一次，喷施时间为上午7:00-8:00或下午5:00-6:00。

优选的，步骤(3)中，所述氮肥为尿素，添加量为750～900kg·hm^-2。

优选的，步骤(4)中，杂交狼尾草长出3～4片真叶后重复步骤(2)和(3)的操作。

本发明的有益效果：

(1)本发明提供了一种促进杂交狼尾草生长及提高镉吸收富集能力方法，通过向狼尾草叶面喷施1000～2000mg/L的腐植酸水溶液提高对镉的吸收。

(2)本发明选用杂交狼尾草作为镉污染土壤修复植物，该植物生长迅速，分蘖多，根系发达，生物量大，多年生长，一年可多次刈割，镉富集能力强，具有极大的镉污染土壤修复潜力。

(3)本发明提供的叶面喷施剂以腐植酸为有效成分，一方面用量少，安全无毒，不会对土壤、地下水和空气产生污染，对环境友好；另一方面，采用叶面喷施方式，操作简单方便易上手，在有效增加杂交狼尾草地上生物量以及促进地下根系生长的同时，可有效促进杂交狼尾草对隔吸收富集能力，适合于大规模推广应用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术部分介绍的，杂交狼尾草生长迅速，多年生长，一年可多次刈割，具有极大的镉污染土壤修复潜力，已被用作镉污染土壤修复的高生物量植物。但目前对于如何进一步提高杂交狼尾草对镉污染土壤修复能力的方法还非常少。

基于此，本发明的目的是提供一种提高杂交狼尾草对镉污染土壤修复能力的方法，在修复镉污染土壤的同时不会对土壤、地下水和空气产生污染。发明人通过研究得出采用喷施叶面的方法来防止喷施影响土壤环境，同时对使用何种物质喷施杂交狼尾草，喷施量及喷施时间进行了研究。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。

实施例1

1.2019年3月15日，将长出4片真叶的“宁杂4号”狼尾草幼苗移栽至镉的浓度为700～750mg/kg的镉污染土壤中。

2.待杂交狼尾草幼苗稳定生长后，向其叶面喷施浓度为2000mg/L的腐植酸水溶液。每周一次喷一次，喷施时间为7:30。

3.在杂交狼尾草株高达到1.2m后进行刈割，刈割后向杂交狼尾草施加尿素，添加量为900kg·hm^-2。

4.杂交狼尾草长出长出4片真叶后重复步骤2和3的操作，直至完成对镉污染土壤的修复。

实施例2

1.2019年3月15日，将长出3片真叶的“宁杂4号”狼尾草幼苗移栽至镉的浓度为300～400mg/kg的镉污染土壤中。

2.待杂交狼尾草幼苗稳定生长后，向其叶面喷施浓度为1000mg/L的腐植酸水溶液。每周一次喷一次，喷施时间为5:30。

3.在杂交狼尾草株高达到1.2m后进行刈割，刈割后向杂交狼尾草施加尿素，添加量为750kg·hm^-2。

4.杂交狼尾草长出长出3片真叶后重复步骤2和3的操作，直至完成对镉污染土壤的修复。

试验例

1材料与方法

1.1试验材料

供试植株材料名为“宁杂4号”杂交狼尾草。将健康种子在10％H₂O₂中浸泡10分钟，然后用无菌去离子水清洗3次。将消毒后种子播种在塑料花盆(高8cm，直径10cm)中育苗，育苗基质由泥炭、蛭石和沙子(5:3:2，w/w/w)混合组成。

本试验所用土壤样品取自山东农业大学南校试验站(36°09'N，117°09'E)农田表层(0～20cm)土壤。土壤样品清除根渣和石块后，自然风干，研磨通过2cm筛后装盆备用。种植作物前在土壤中施加尿素(0.20gN·kg^-1)、磷酸二铵(0.15gP₂O₅·kg^-1)和硫酸钾(0.20gK₂O·kg^-1)以保证植物的正常生长。土壤基本理化性质见表1。

表1供试土壤理化性质

1.2试验方法

称取20.0kg过2mm筛风干土壤，装于40cm×48cm(高×直径)的塑料盆内。共设置6个Cd处理浓度：0，10，20，50，70，100mg·kg^-1。每个处理设置9个重复。按预设浓度于每盆中施入CdCl₂·2.5H₂O溶液，定期浇水保持土壤湿润，并定期翻土混合，使土壤充分混合均匀。待杂交狼尾草长出3片真叶后，选取长势一致的杂交狼尾草幼苗移栽于盆中，每盆3株。

将每个镉处理的9个重复分为3组。第1组叶面喷施去离子水，第2组叶面喷施1000mg·L^-1腐植酸溶液，第3组叶面喷施2000mg·L^-1腐植酸溶液。每隔7天喷施1次，喷施时间为上午7:00-8:00。待杂交狼尾草进入盛花期后，对植株地上部分进行刈割，留茬2cm，待植株重新长出3片真叶后再次进行腐植酸溶液喷施处理。本次试验共刈割4次，在最后1次植株地上部分被刈割后，将植株根系从土壤中移除，完成整个试验。在每次植株刈割后，采集土样用于土壤镉含量的测定。

将收获的植株鲜样用去离子水清洗三次，用吸水纸去除样品水分后称重，记录植物样品鲜重。然后在105℃的烘箱中杀青30分钟，之后在75℃条件下烘干至恒重，记录植物样品干重。将烘干后植株样品粉碎，过100目筛。称取0.250g植物样品，加入8.0mLHNO₃，于180℃条件下进行微波消解30分钟，用MS7700ce型ICP光谱仪(ThermoScientific,USA)测定植株地上部和地下部镉含量以及土壤有效镉含量。

1.3数据处理方法

数据分析采用SPSS19.0软件(SPSS,Chicago,IL,USA)，采用Duncan检验(p<0.05)。数据以“平均值±标准差”的形式表示。杂交狼尾草植株富集系数(BF)＝植物地上部分镉浓度/土壤镉浓度。

2结果与分析

2.1不同腐植酸处理对杂交狼尾草生物量的影响

由表2可知，不同浓度镉处理均对杂交狼尾草产生了严重重金属胁迫，植株叶重、茎重和根重均下降，最终导致植株总干重显著降低，其降低幅度为11.0％～84.4％。叶面喷施1000mg·L^-1和2000mg·L^-1腐植酸水溶液均可有效促进杂交狼尾草植株的生长，在不同浓度镉处理条件下，杂交狼尾草叶重、茎重和根重均显著升高。在0～100mg·kg^-1浓度镉处理条件下，与对照(喷施去离子水)相比，叶面喷施1000mg·L^-1分别提高了杂交狼尾草地上部生物量的11.8％～117.3％和地下部生物量的4.4％～15.0％，叶面喷施2000mg·L^-1分别提高了杂交狼尾草地上部生物量的19.6％～201.4％和地下部生物量的7.9％～26.5％。

2.2不同腐植酸处理对杂交狼尾草镉吸收能力的影响

由表3可知，叶面喷施1000mg·L^-1和2000mg·L^-1腐植酸水溶液均有效提高了杂交狼尾草植株对土壤重金属镉的吸收能力。在0～100mg·kg^-1浓度镉处理条件下，与对照(喷施去离子水)相比，叶面喷施1000mg·L^-1和2000mg·L^-1腐植酸水溶液分别提高了杂交狼尾草植株地上部组织镉含量的1.8％～22.9％和2.4％～35.3％，以及植株地下部组织镉含量的4.5％～19.6％和10.8％～29.7％。根据杂交狼尾草植株镉富集系数(BF)可知，叶面喷施1000mg·L^-1和2000mg·L^-1腐植酸水溶液处理BF值均显著高于喷施去离子水处理，表明叶面喷施腐植酸水溶液提高了杂交狼尾草植株对土壤重金属镉的吸收能力。

表2不同腐植酸处理对杂交狼尾草生物量的影响

表3不同腐植酸处理对杂交狼尾草镉吸收能力的影响

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种提高杂交狼尾草对镉污染土壤修复能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将杂交狼尾草幼苗移栽至镉污染土壤中；

(2)待杂交狼尾草幼苗成活后，向其叶面喷施腐植酸水溶液；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，狼尾草幼苗长出3～4片真叶时移栽。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述镉污染土壤中镉的浓度为0～750mg/kg。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述腐植酸水溶液的浓度为1000～2000mg/L。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述腐植酸水溶液的喷施周期为每周一次，喷施时间为上午7:00-8:00或下午5:00-6:00。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述氮肥为尿素，添加量为750～900kg·hm^-2。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，杂交狼尾草长出3～4片真叶后重复步骤(2)和(3)的操作。