一种利用湿地克隆植物的克隆性修复重金属镉污染水体的方法技术

本发明专利技术属于环境生态学领域，具体涉及一种利用湿地克隆植物的克隆性修复重金属镉污染水体的方法，包括在镉污染水体岸边种植克隆植物双穗雀稗，待其定植后将植株先端置于镉污染水体，使其在水面上匍匐生长、分枝形成网状结构；并与岸边的分株形成连接的匍匐茎网络系统；定期收割水面的双穗雀稗植株。该方法利用岸边分株和水面分株之间的克隆整合作用，能够有效去除镉污染水体中的镉离子，减缓湿地水体重金属镉污染状况，改善湿地生态环境，美化湿地景观，有效恢复和保护湿地生态和服务功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境生态学领域，具体涉及一种利用湿地克隆植物的克隆性状以促进其在重金属镉污染水体中快速扩繁以进行植被恢复与重建的方法，该方法能够减缓湿地水体重金属镉污染状况，改善湿地生态环境，美化湿地景观，有效恢复和保护湿地生态和服务功能。
技术介绍
湿地被誉为“地球之肾”，具有调节气候、净化水体、涵养水源、美化环境、维持生物多样性等众多的生态和服务功能。但近年来，随着社会经济的快速发展，人类活动对湿地生态系统的干扰日益加剧，工业废水、农业废水及生活污水的过量排放，废水中的重金属离子也随之流入湿地生态系统中，导致湿地水体受到重金属的严重污染。重金属污染水体严重抑制湿地植物生长，破坏湿地植被结构，导致湿地生态和服务功能退化甚至丧失。因此，对重金属污染湿地进行植被的恢复与重建对于有效恢复和保护湿地生态和服务功能具有十分重要的意义。湿地植被的主体(超过90％)是具有克隆性(自然状况下自发产生遗传结构相同的后代个体的能力)的植物，即克隆植物。克隆性赋予克隆植物一些特有的性状，包括克隆可塑性、克隆整合性和克隆储存性等。国内外大量研究表明，这些克隆性状可以极大地提高克隆植物抗逆、抗干扰的能力，使得克隆植物可以在一些非克隆植物难以生存的极端环境中存活和繁殖。尽管国内外研究大量使用克隆植物进行湿地植被的恢复与重建，但所采用的技术并未充分考虑克隆植物这些特殊的生活史特征，因此其恢复成效并不理想。我们认为，在湿地恢复与重建过程中，充分利用植物的克隆性以提高其耐受胁迫的能力可能是成功实现对污染湿地进行植被恢复与重建的关键因素。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种利用湿地克隆植物的克隆性状以促进其在重金属镉污染水体中快速扩繁以进行植被恢复与重建的方法，该方法能够减缓湿地水体重金属镉污染状况，改善湿地生态环境，美化湿地景观，有效恢复和保护湿地生态和服务功能。实现上述目的的技术方案如下：一种利用湿地克隆植物的克隆性修复重金属镉污染水体的方法，包括如下步骤：(1)在镉污染水体岸边(一般指土壤中，下同)种植克隆植物双穗雀稗，待其在岸边定植后将植株先端置于镉污染水体，使其在水面上匍匐生长、分枝形成网状结构；并与岸边土壤的分株形成连接的匍匐茎网络系统；岸边分株和水面分株之间可以通过克隆整合作用进行物质和水分的传输；(2)定期收割水面的双穗雀稗植株。收割后的双穗雀稗植株可转移到其它地方集中处理或进行资源化加工处理或无害化处理。优选地，双穗雀稗在土壤种植间距为10-20cm，更有利于为双穗雀稗大量无性系克隆分株的形成预留足够的空间，有利于克隆分株间网络结构的形成。优选地，双穗雀稗在土壤种植方式为压条种植，以利于分布在土壤(无镉污染)区域的分株产生庞大的须根系统。庞大的根系一方面可增强对土壤养分的吸收并通过克隆整合向水生分株供给养分，另一方面可通过克隆整合分摊水生分株富集的镉离子以减轻镉污染对水生分株的胁迫。优选地，在土壤中种植的是双穗雀稗通过无性繁殖产生的分枝。其优点在于获取材料较快，也较为容易。双穗雀稗为田间杂草，无性繁殖能力非常旺盛，在土壤养分条件较差的情况下也能通过无性繁殖产生大量分枝。优选地，当双穗雀稗在土壤中生长出至少8个成熟节和幼稍先端的匍匐茎片段，每个成熟节间均长出根后再将植株先端置于镉污染水体上生长；进一步优选为8-20个成熟节。在温室实验中保证水生分株的最后两个节均长出根，根据前期实验，确定至少需要8个成熟节。在实际应用中，可增加至20个节左右，以利于植株较快地恢复生长和扩散繁殖。一般地，在镉污染水体岸边的土壤通常不需要额外施加肥料，双穗雀稗植物即可正常生长。为进一步促进双穗雀稗植株较快生长，可适当堆加河(湖)岸土壤。优选地，在镉污染水体岸边的土壤可间作种植苍耳、芦苇、水芹、狗尾草、荻、酸模、牛筋草等植物，这些植物对镉的富集量虽然不及雀稗，但是相对其他湿地植物，它们富集镉的能力相对较高；而且这些植物在湿地均自然共存，且可有效抑制外来入侵植物的生长。优选地，水面上的双穗雀稗生长于网式浮床上，一方面以利于水生分株茎和叶的生长和进行光合作用，另一方面有利于定期收割。优选地，所述网式浮床使用普通渔网(例如网眼型号：6股2厘米)作为浮床网，浮床框架由硬质pvc管组成，空心且密封；床面的四个角用密封空心塑料浮箱固定，并将浮箱固定在岸桩上。优选地，在双穗雀稗植株的生长季，首次收割时间为双穗雀稗在水面的分株恢复正常生长2个月后；以后可每间隔2个月定期收割。在双穗雀稗生长季过后，可视植株长势延长收割间隔时间。根据实验结果在少量双穗雀稗水生分株处理2个月后，水体的镉离子浓度已经降低20-30％。如果种植密度合适，生长季每间隔2个月进行收割是非常合适的。优选地，收割时水面上的双穗雀稗留茎5-10cm，以利于新生分株继续沿水面匍匐生长。优选地，所述镉污染水体中镉浓度≥4mgL-1，进一步优选为4-12mgL-1。具体地，上述修复重金属镉污染水体的方法，包括如下步骤：(1)在镉污染水体岸边的土壤压条种植克隆植物双穗雀稗，种植间距为10-20cm，待其在土壤定植生长出8-20个成熟节和幼稍先端的匍匐茎片段、每个成熟节间均长出根并形成网络结构后将植株先端置于镉污染水体，使其在水面上的网式浮床上匍匐生长、分枝形成网状结构；并与岸边土壤的分株形成连接的匍匐茎网络系统；岸边分株和水面分株之间可以通过克隆整合作用进行物质和水分的传输；(2)定期收割水面的双穗雀稗植株：首次收割时间为水面的分株恢复正常生长2个月后；以后每间隔2个月定期收割；收割时水面上的双穗雀稗留茎5-10cm。优选地，在镉污染水体岸边的土壤间作种植苍耳、芦苇、水芹、狗尾草、荻、酸模、牛筋草等植物。本专利技术还包括双穗雀稗在重金属镉污染水体修复中的应用。所述双穗雀稗包括具有克隆整合的植株和不具有克隆整合的植株，优选为具有克隆整合的植株。本专利技术基于克隆植物的克隆整合性状，植株处于良好环境下的分株能极大地缓解处于不良环境下分株所受到的胁迫，进而促进整个植株的生长和繁殖。因此，对于重金属污染的河流或湖泊，我们可以通过在河(湖)岸区域人为构建湿地克隆植物群落，利用克隆植物自身快速的生长和繁衍特性，使其同一植株的分株能在河(湖)岸和浅水区形成巨大的地下根状茎或地上匍匐茎网络系统。该网络系统中分布在河(湖)岸良好环境下的分株能极大地缓解分布在重金属污染水体中的分株所受到的胁迫，并促进其快速扩繁，从而达到恢复和重建湿地植物群落的目的。该植被构建技术的关键在于选择合适的湿地克隆植物中，利用其克隆性，通过克隆整合提供的资源共享支持和克隆可塑性提供的强表型可塑性使得湿地克隆植物可以从河(湖)岸向污染水体区域快速扩散和繁殖。通过构建植被以修复重金属污染的技术具有费用低、不易造成二次污染、美化环境等优点。已有研究表明，有些湿地植物对水体重金属污染具有一定的富集作用。结合植被修复重金属污染技术，在进行植被构建之前，筛选出对水体重金属具有较强富集能力的湿地克隆植物进行扩繁。我们认为湿地克隆植物的克隆性(克隆整合)不仅能显著提高分布在重金属污染水体分株的扩繁能力，同时，也可能提高其对重金属离子的富集能力。因此，该技术也能在一定程度上减缓湿地水体重金属污染，最终达到恢复湿地植物群落及净化湿地重金属污染的目的。本专利技术即可有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用湿地克隆植物的克隆性修复重金属镉污染水体的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在镉污染水体岸边种植克隆植物双穗雀稗，待其定植后将植株先端置于镉污染水体，使其在水面上匍匐生长、分枝形成网状结构；并与岸边的分株形成连接的匍匐茎网络系统；岸边分株和水面分株之间通过克隆整合作用进行物质和水分的传输；(2)定期收割水面的双穗雀稗植株。

【技术特征摘要】
1.一种利用湿地克隆植物的克隆性修复重金属镉污染水体的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在镉污染水体岸边种植克隆植物双穗雀稗，待其定植后将植株先端置于镉污染水体，使其在水面上匍匐生长、分枝形成网状结构；并与岸边的分株形成连接的匍匐茎网络系统；岸边分株和水面分株之间通过克隆整合作用进行物质和水分的传输；(2)定期收割水面的双穗雀稗植株。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镉污染水体中镉浓度≥4mgL-1，优选为4-12mgL-1。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在镉污染水体岸边间作种植苍耳、芦苇、水芹、狗尾草、荻、酸模、牛筋草。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，双穗雀稗在岸边种植间距为10-20cm；优选采用压条种植。5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，当双穗雀稗在岸边生长出至少8个成熟节优选为8-20个成熟节和幼稍先端的匍匐茎片段、每个成熟节间均长出根后再将植株先端置于镉污染水面上生长。6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，水面上的双穗雀稗生长...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗芳丽，于飞海，邢亚萍，魏冠文，董必成，冀春雷，张春禹，赵晋灵，王自力，蔡飞，徐军，
申请(专利权)人：北京林业大学，亿利首建生态科技有限公司，北京北林先进生态环保技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11