CN114345926A - 一种利用ets-芦竹联合修复镉污染土壤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用ETS‑芦竹联合修复镉污染土壤的方法，属于土壤生态修复技术领域。本发明提供的方法在镉污染土壤中种植芦竹，施用ETS复合微生物菌剂，0.5～1年后收割芦竹。ETS复合微生物菌剂使芦竹在镉污染的土壤中生长不受影响，保持芦竹较强的镉富集能力，实验结果表明，ETS微生物菌肥显著增加了芦竹根和叶对Cd积累，可有效提高巨芦对土壤Cd的提取，实现Cd污染土壤的修复治理。因此，本发明利用ETS‑芦竹联合修复镉污染土壤的方法能够彻底解决土壤中镉的转移，并且操作方便，具有较高的市场推广价值。
Description
技术领域
本发明属于土壤生态修复技术领域，具体涉及一种利用ETS-芦竹联合修复镉污染土壤的方法。
背景技术
镉是人体非必需元素，在自然界中常以化合物状态存在，一般含量很低，正常环境状态下，不会影响人体健康。镉和锌是同族元素，在自然界中镉常与锌、铅共生。当环境受到镉污染后，镉可在生物体内富集，通过食物链进入人体引起慢性中毒。例如，土壤被镉污染后，污染的土壤种植作物后，镉通过转移至作物中进入食物链，最后在人体内富集，产生毒副作用。
镉污染土壤的修复方法常常采用具有吸附重金属离子的修复剂进行，例如公开号CN109337690A公开了一种镉污染土壤修复剂，其中以凹凸棒土和异氰酸酯混合，并用硅烷偶联剂改性，可在无机成分和有机成分界面间架起“分子桥”，提高作用活性，同时盐料中所含Zn2+可对镉离子起到拮抗作用。该修复剂虽然能够降低镉离子的土壤移动性，减少植物对镉离子的吸收，镉离子对作物的毒害作用。现有技术还公开了利用微生物修复镉污染土壤的目的，例如公开号CN105921507A的专利公开了用含有硅酸盐细菌(Bacillusmucilaginosus)和枯草芽胞杆菌(Bacillus subtils)的微生物菌肥用于镉污染土壤的修复和再生，可改善土壤活力，影响其微生物的代谢和土壤酶的活性，最终对重金属镉进行修复，从而降低镉的毒性和迁移性。可见，现有技术中虽然能够实现镉污染土壤的修复，阻止镉向种植的作物中转移，但是现有修复方法不能实质性去除土壤中镉。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用ETS-芦竹联合修复镉污染土壤的方法，能够彻底地将镉离子从土壤中转移。
本发明提供了一种利用ETS-芦竹联合修复镉污染土壤的方法，包括以下步骤：
在镉污染土壤中种植芦竹，施用ETS复合微生物菌剂，0.5～1年后收割芦竹。
优选的，所述芦竹的种植间行距为(0.8～1.2)m×(0.8～1.2)m。
优选的，所述芦竹包括2年生以上的芦竹苗。
优选的，所述芦竹包括巨芦。
优选的，所述ETS复合微生物菌剂为黑白液水剂。
优选的，所述ETS复合微生物菌剂中，黑液的施用量为1L/亩，白液的施用量为1L/亩。
优选的，所述ETS复合微生物菌剂的施用间隔时间为15～20d。
优选的，所述ETS复合微生物菌剂的施用方法为随水施用。
优选的，所述收割芦竹为连根收割芦竹。
优选的，土壤中镉的浓度为150mg/kg以下。
本发明提供了一种利用ETS-芦竹联合修复镉污染土壤的方法，包括以下步骤：在镉污染土壤中种植芦竹，施用ETS复合微生物菌剂，0.5～1年后收割芦竹。实验证明，与未污染土壤组相比，镉污染土壤对芦竹的生长表现出明显的抑制作用，同时与未污染土壤组相比，在未污染土壤中施用ETS复合微生物菌剂不仅不利于芦竹生长反而对芦竹生长有一定的抑制作用。而当在镉污染土壤中施用ETS复合微生物菌剂后，种植的芦竹生长态势与未污染土壤组芦竹长势相同。可见，ETS复合微生物菌剂的施用使芦竹在镉污染土壤中生长不受任何影响。同时，测定芦竹中Cd积累量，接种ETS微生物菌肥显著增加了低浓度处理组(20mgkg-1)巨芦根和叶对Cd积累，接种ETS微生物菌肥可有效提高芦竹对土壤中Cd的提取，因此，本申请采用ETS微生物菌肥-芦竹联合实现Cd污染土壤的修复治理。因此，本发明利用ETS-芦竹联合修复镉污染土壤的方法能够彻底解决土壤中镉的转移，并且操作方便，具有较高的市场推广价值。
附图说明
图1为本发明实施例不同处理组芦竹的水分利用效率结果；
图2为本发明实施例不同处理组芦竹的蒸腾速率结果；
图3为本发明实施例不同处理组芦竹的净光合速率结果；
图4为本发明实施例不同处理组芦竹的气孔导度结果；
图5为本发明实施例不同处理组芦竹的胞间CO2浓度结果；
图6为接种ETS微生物菌肥对巨芦Cd积累的影响，其中图6a为不同处理组巨芦根对Cd积累，图6b为不同处理组巨芦茎对Cd积累，图6c为不同处理组巨芦叶对Cd积累；
其中，Cd-ETS+：ETS表示ETS微生物菌肥，“-”表示不添加重金属或ETS微生物菌肥，“+”表示添加低浓度重金属或ETS微生物菌肥，“++”表示添加高浓度重金属。
具体实施方式
本发明提供了一种利用ETS-芦竹联合修复镉污染土壤的方法，包括以下步骤：
在镉污染土壤中种植芦竹，施用ETS复合微生物菌剂，0.5～1年后收割芦竹。
本发明提供的方法适用与较广的镉污染土壤，土壤中镉的浓度优选为150mg/kg以下。在本发明实施例中，以土壤中镉浓度为20mg/kg和100mg/kg分别代表低浓度镉污染和高浓度镉污染情况，并说明ETS-芦竹联合修复镉污染土壤的效果。
在本发明中，所述芦竹的种植间行距优选为(0.8～1.2)m×(0.8～1.2)m，更优选为1m×1m。所述芦竹优选包括2年生以上的芦竹苗。本发明对所述芦竹的种类没有特殊限制，采用本领域所熟知的芦竹的种类即可。在本发明实施例中，以巨芦为芦竹代表，说明其修复作用，但不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明中，所述ETS复合微生物菌剂优选为黑白液水剂。所述黑白液的施用方法参考产品说明即可。在本发明实施例中，所述ETS复合微生物菌剂中，黑液的施用量优选为0.5～1L/亩，更优选为0.5～0.8L/亩白液的施用量为0.5～1L/亩，更优选为0.5～0.8L/亩。首次施用时黑液和白液的施用量优选为1L/亩。所述ETS复合微生物菌剂的施用间隔优选15～20d，更优选为18d。所述ETS复合微生物菌剂的施用方法随水施用。
在本发明中，芦竹种植与施用ETS复合微生物菌剂的先后顺序没有特殊限制。在本发明实施例中，先施用ETS复合微生物菌剂，再种植芦竹。
在本发明中，在镉污染土壤中种植芦竹，可实现土壤中镉转移至芦竹中，镉主要积累在芦竹的叶和根部，因此，在收割芦竹时优选连根收割芦竹，将芦竹的地上部分和地下部分全部转移走，实现镉从土壤中彻底转移。同时，ETS复合微生物菌剂的施用有利于使芦竹在镉污染土壤中生长不受重金属离子的影响，保护较好的生长态势，从而进一步提高芦竹对镉的提取，促进镉污染土壤的修复。
下面结合实施例对本发明提供的一种利用ETS-芦竹联合修复镉污染土壤的方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
在未污染的土壤为土壤材料，按照表1要求设置对照组(CK)、施用ETS微生物菌剂的未污染土壤组(Cd-ETS+)镉低浓度污染组(Cd+ETS-)、高浓度镉污染组(Cd++ETS-)和低浓度镉污染+ETS微生物菌剂组(Cd+ETS+)，在4个处理组中种植巨芦，受试巨芦为芦竹四倍体组培苗，2年生。每个处理设置3个重复，分两次添加。其它按常规栽培技术管理，种植365d后，连根收割巨芦。
表1重金属镉不同浓度处理
备注：ETS表示ETS微生物菌肥。
实施例2
(一)测定实施例1中各处理组种植1年的芦竹的生长指标
1.1叶绿素SPAD值的测定
相对叶绿素含量(SPAD值)(李泽等，2017)采用SPAD-502叶绿素测定仪(日本Konica公司)在上午9:00测定，测定时选择位置相同朝向一致的成熟叶片并避开叶片的主脉，每处理测3片叶，每片叶测两个点取平均值。
1.2气体交换参数的测定：
采用LI-6400xt便携式光合仪(LI-COR，USA)对芦竹叶片进行测定，测量时选取叶位及长势基本一致且无病虫害的叶片，并保持叶片自然生长角度，每处理测定3株。从9：00-12：00测定叶片的气体交换参数净光合速率(Pn，μmol·m-2·s-1)、胞间CO2浓度(Ci，μmol·mol-1)、气孔导度(Gs，mol·m-2·s-1)和蒸腾速率(Tr，m mol·m-2·s-1)等。水分利用效率(WUE)计算公式：WUE＝Pn/Tr，其中Pn、Tr分别为同一叶片的净光合速率和蒸腾速率。测定过程中光合有效辐射(PAR)为(1200±1)μmol·m-2·s-1，环境温湿度与CO2浓度。
1.3光响应曲线的测定：
于10：00～12：00时用Li－6400便携式光合***测定植株一年生正常生长的功能叶的光响应曲线。测量前将待测叶片在1200μmol·m-2·s-1光合有效辐射下诱导15min(仪器自带的红蓝光源)以充分活化光合***。开放式气路，光合有效辐射梯度为1800、1500、1200、800、500、200、150、100、50和0μmol·m-2·s-1。以光合有效辐射为横轴、净光合速率(Pn)为纵轴绘制光合作用光响应曲线(Pn-PAR曲线)。
1.4株高、分蘖数及生物量测定
芦竹株高可用卷尺测定；分蘖数取茎杆高度≥1m的分蘖；生物量测定：收取全株地上部分称其鲜重，取样分茎和叶分别称鲜重并将所有样品带回实验室在80℃烘箱中烘干至恒重后各自称量，得出样品干鲜质量比并换算成生物量。
(二)测定结果
2.1接种ETS对巨芦生长的影响，结果见表2。
表2不同浓度Cd处理对巨芦生长的影响
注：ETS表示ETS微生物菌肥，“-”表示不添加重金属或ETS微生物菌肥，“+”表示添加低浓度重金属或ETS微生物菌肥，“++”表示添加高浓度重金属，下同。数据上标不同字母代表不同处理之间差异显著(P<0.05)。
由表2可知，与未污染土壤组(CK)相比，镉污染能够不利于巨芦生长，同时与未污染土壤组(CK)相比，在未污染土壤中施用ETS微生物菌剂不仅没有促进巨芦生长，而且显著抑制了芦竹生长。可见，镉污染和ETS微生物菌剂均不利于巨芦生长。而低浓度Cd+和ETS微生物菌肥组结果表明，芦竹的生长恢复至未污染土壤组的水平。可见，ETS微生物菌肥对镉污染土壤种植的芦竹具有促进生长的作用。
2.2接种ETS微生物菌肥对巨芦光合作用的影响
表3不同浓度Cd处理对巨芦光合基本参数的影响
注：数据上标不同字母代表不同处理之间差异显著(P<0.05)。
光合作用是作物生态***物质与能量的基本来源，也是植物生产力评价的一个重要指标。它的作用机制已成为提高作物光能利用，增加作物产量，开辟新的能源等方面的理论依据，也是现代农业生产的理论基础。对不同金属不同浓度处理的巨芦光合基本参数进行测定，测定结果如表3。
结果表明：除对照组外，ETS微生物菌肥的加入会显著提高Cd胁迫下巨芦叶Pn、Tr和Gs值；与对照相比，Cd胁迫会导致WUE显著增加，但ETS微生物菌肥的加入会消弱Cd胁迫对WUE的这种影响；在低浓度Cd处理中加入ETS微生物菌肥，Pn、Tr、Gs显著增加，WUE显著降低。在对照中加入ETS微生物菌肥，Gs、Ci均显著高于对照。
5个不同处理的净光合速率随着光辐射的增强而增大，上升趋势相同，呈抛物线型(图3)。当光辐射(PAR)处于0～500μmol·m-2·s-1时，净光合速率随着光辐射的增强而增大的趋势比较急剧，而当光辐射处于500～1200μmol·m-2·s-1时，净光合速率随着光辐射的增强而增大的趋势变得缓慢；在光辐射＞1200μmol·m-2·s-1时，净光合速率随着光辐射的增强而变得平缓，甚至降低。从图中可以看出，在光辐射＞500μmol·m-2·s-1时，各处理的光响应曲线差异渐渐增大，以Cd+ETS+>Cd-ETS+>CK>Cd++ETS->Cd+ETS-。而5个处理的蒸腾速率与光合速率相似，均随光合有效辐射的增强而增加，以CK在200μmol·m-2·s-1以内的蒸腾速率变化最大，在光合有效辐射＞200μmol·m-2·s-1之后则分别开来，其最大值以Cd+ETS+>Cd-ETS+>CK>Cd++ETS->Cd+ETS-，分别为4.38、4.23、4.11、3.00、2.02μmol·m-2·s-1(图2)。气孔导度随光合有效辐射的变化与光合蒸腾的变化相似，随着光辐射的增强而增大，其值以Cd+ETS+>Cd-ETS+>Cd++ETS->CK>Cd+ETS-(图4)。5个处理的水分利用效率以Cd+ETS-最大，其次是Cd++ETS-，其余三个处理的水分利用效率相近(图1)。5个处理的胞间CO2浓度Cd++ETS-最大，CK最低(图5)。
2.3接种ETS微生物菌肥对巨芦Cd积累的影响
接种ETS微生物菌肥显著增加了低浓度处理组(20mg·kg-1)巨芦根和叶对Cd积累，Cd含量分别由1.48mg·kg-1和3.69mg·kg-1增加到2.80mg·kg-1和6.85mg·kg-1，均增加了近1倍(图6a和图6c)。但接种ETS微生物菌肥对巨芦茎积累Cd的影响不大(图6b)。该结果表明，接种ETS微生物菌肥可有效提高巨芦对土壤Cd的提取，可用来进行ETS微生物菌肥-巨芦联合修复Cd污染土壤的治理。
在Cd+ETS+处理下土壤的镉去除率最高，达到23％，Cd++ETS-处理下土壤的镉去除率最低，只有10.6％。
可见，本发明利用ETS-芦竹联合修复镉污染，结果表明ETS微生物菌肥能够降低镉离子对芦竹生长的影响，使芦竹的生长特性不受镉污染的影响，保持较理想的生长状态，为芦竹吸附转移镉提供了修复基础。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用ETS-芦竹联合修复镉污染土壤的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在镉污染土壤中种植芦竹，施用ETS复合微生物菌剂，0.5～1年后收割芦竹。
2.根据权利要求1所述利用ETS-芦竹联合修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述芦竹的种植间行距为(0.8～1.2)m×(0.8～1.2)m。
3.根据权利要求1所述利用ETS-芦竹联合修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述芦竹包括2年生以上的芦竹苗。
4.根据权利要求1～3任意一项所述利用ETS-芦竹联合修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述芦竹包括巨芦。
5.根据权利要求1所述利用ETS-芦竹联合修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述ETS复合微生物菌剂为黑白液水剂。
6.根据权利要求5所述利用ETS-芦竹联合修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述ETS复合微生物菌剂中，黑液的施用量为1L/亩，白液的施用量为1L/亩。
7.根据权利要求1所述利用ETS-芦竹联合修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述ETS复合微生物菌剂的施用间隔时间为15～20d。
8.根据权利要求1所述利用ETS-芦竹联合修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述ETS复合微生物菌剂的施用方法为随水施用。
9.根据权利要求1所述利用ETS-芦竹联合修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述收割芦竹为连根收割芦竹。
10.根据权利要求1～3和5～9任意一项所述利用ETS-芦竹联合修复镉污染土壤的方法，其特征在于，土壤中镉的浓度为150mg/kg以下。
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