一种土壤重金属污染的植物修复方法技术

本发明专利技术涉及一种土壤重金属污染的植物修复方法，是在含重金属的湿润土壤中种植小飞扬草，或所述小飞扬草与苎麻套种，或在此基础上接种重金属活化细菌，所述重金属活化细菌是指芽孢杆菌和假单胞菌。本发明专利技术通过植物，分离植物根际重金属的活化细菌，结合植物对重金属的吸收与根际细菌对重金属的活化，实现土壤重金属铅、镉污染的高效快速的修复。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及环境污染治理
，具体涉及利用植物提取土壤中的铅与镉重金属，从而实现土壤重金属污染的植物修复。
技术介绍
土壤重金属污染不仅对农作物的收成与质量有重要影响，而且还影响到大气及水环境质量，甚至通过食物链危及人类健康。土壤重金属污染的传统修复方法通常采用物理、化学的方法，如排土填埋法、稀释法、淋洗法、物理分离法、稳定化及电化学法等。传统修复方法的原理主要是通过减少土壤表层污染物的浓度，或增强土壤中的污染物的稳定性使其水溶性、扩散性和生物有效性降低，从而减轻其危害。传统的土壤重金属污染治理方法虽然治理效果较好，历时较短，但这些方法往往有许多缺陷，如成本高、难于管理、易造成二次污染，并对环境的扰动大等。比如，在澳大利亚，主要是将受重金属污染的土壤取出运到填埋场进行填埋。而对于广大的污染比较严重的发展中国家，它们经济水平不高，这类技术的应用将受到限制。为寻求更有效、可行的解决办法，近年来，针对重金属污染的植物修复技术(phytoremediation)引起了公众及科学界的广泛兴趣。这种技术，通过金属积累(metal-accumulating)植物吸收、转运并积累从而去除土壤或水体中有害金属，被誉为一种低成本、有效的绿色技术。国内外先后利用遏蓝菜与蜈蚣草等实施对土壤镉与砷的植物修复。真正适合于土壤重金属污染的植物修复技术主要是植物提取技术。植物提取(phytoextracton)指利用高生物量的植物和适合的土壤改良剂使金属从土壤转移并富积在植物的地上部分，再利用传统的农业作业方式进行收割。该方法主要用来处理土壤、底泥和污泥，它最适合于浅层受污染程度较低(2.5～100mg·kg-1)的土壤的修复。当然同其他技术一样，植物提取修复技术也有不足之处，主要表现在大多数超积累植物根较浅，生物量小，生长缓慢，通常比其他物理-化学技术耗时长；土壤结构、pH值、盐度、污染物浓度及其他毒性物质可能使超积累植物植被的形成受到限制；污染物可能通过落叶重新回到土壤中去；超积累植物可能为人或动物误食导致食物链的污染。不过，由于其比较优势更为突出，科学工作者对这种应用于重金属污染土壤的修复技术寄予厚望，并努力尝试采取各种措施来弥补其不足之处。为了提高植物提取修复技术的应用效果，目前世界上的相关研究主要致力于以下几个方面首先，对植物种及其变种进行筛选、得到对某一具体污染物具有超级修复潜力的植物种；第二，采用基因工程技术改造植物以获得理想的超积累植物；第三，通过农艺措施优化修复过程，如调节pH值、施用肥料及螯合剂。大多数植物提取修复策略的最终目标是将有毒重金属在植物可收割的地上组织当中进行超积累。针对某种或某些重金属，所采用的植物比一般的植物更具有重金属耐性、并且体内重金属含量也高出很多，通常可达成百上千倍，这类植物我们称之为重金属超积累植物。超积累通常要求金属离子在植物中的含量要大于0.1～1％(干重)；从后处理的角度看，当含量达到这种标准时，植物组织中的金属的回收才有具有经济性。为了防止生物入侵及基因链的污染，采用超积累植物进行修复时，我们总是希望尽量采用本地植物种，因而筛选土著的超积累植物显得特别重要。在植物提取的实际操作中，植物体内重金属含量高低比植株生物量的大小更有意义。植物对重金属的吸收，不仅与植物本身和土壤中重金属总量有关，还与重金属在土壤中的形态有关。许多资料表明，植物体内的重金属含量并不与土壤中的重金属总量呈现良好的相关性，而是与土壤中具有生物可利用性的重金属含量呈现良好的相关性。重金属进入土壤后，通过溶解、沉淀、凝聚、络合吸附等各种反应，形成不同的化学形态，从而影响土壤中重金属的植物可利用性。此外，重金属在土壤中的存在形态会受土壤组分及其一些因素的影响，而在各形态之间处于一个动态平衡，随着环境条件的变化而相应转化。因此，如果能提高重金属的生物可利用性，即活化土壤中重金属，就能提高植物对重金属的吸收效率，从而缩短修复时间，同时又减少后处理量，促进植物修复土壤重金属技术的应用。重金属在根际中的形态转化研究日益引起许多学者的重视，许多学者注意到了植物与微生物共存体系对重金属超积累植物的重要性。国外Whiting等利用锌的超积累植物结合三种根际细菌的应用，结果表明，重金属得到明显的活化，提高了植物对锌的吸取。土壤微生物能够利用有效的营养和能源，在根际环境中大量繁殖，在土壤渗滤过程中通过分泌有机酸络合并溶解土壤中的重金属。微生物对重金属的溶解主要是通过各种代谢活动直接或间接地进行。土壤微生物的代谢作用能产生多种低分子量的有机酸，如甲酸、乙酸、丙酸和丁酸等，从而直接或间接影响着重金属的形态，起到活化重金属的作用，提高植物对重金属的吸收积累，从而提高重金属超积累植物提取土壤重金属的效率。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供，通过筛选土著超积累植物，分离植物根际重金属的活化细菌，结合超积累植物对重金属的吸收与根际细菌对重金属的活化，实现土壤重金属铅、镉污染的高效快速的修复。本专利技术的土壤重金属污染的植物修复方法是在含重金属的湿润土壤中种植小飞扬草。为了增大表土覆盖，提高整体重金属的提取效率，可以在含重金属的湿润土壤中种植的小飞扬草与苎麻套种。为了促进小飞扬草与苎麻对镉、铅的吸收提取，可以根据土壤性质在土壤中重金属有效态含量偏低的情况下接种重金属活化细菌。所述重金属活化细菌是指芽孢杆菌(Bacillus sp.)(C6)和假单胞菌(Pseudomonas sp.)(B7)。小飞扬草的最佳种植条件在环境温度10～35℃时，在含重金属的湿润土壤中种植小飞扬草发芽的种子100-200粒/m2土壤。套种苎麻的最佳条件在环境温度10～35℃时，在含重金属的湿润土壤中移栽根状茎培植的苎麻幼苗，5～10棵/m2。小飞扬草的种子先在2～3℃低温春化65-75h，然后温度控制在25-35℃，湿度控制在70-90％温室发芽萌发。种植的小飞扬草可在镉＜200mg/kg、铅＜3000mg/kg污染的土壤中生长，并富积提取重金属。种植的野生苎麻可在镉＜200mg/kg、铅＜3000mg/kg污染的土壤中生长，并富积提取重金属。植物生长旺盛时期分别接种重金属活化细菌C6与B7，最佳方案是按1∶1混合，106个细菌/ml菌液接种，促进小飞扬草与苎麻对镉、铅的吸收提取。小飞扬草与野生苎麻套种时，小飞扬草播种量可以减半，50～100颗/m2，增加土壤表面覆盖，提高植物对土壤重金属镉、铅的吸收提取。专利技术人经过探索性研究发现A、重金属超积累植物的筛选与发现。在广东某铅锌矿区分批采集植物样品，测定样品中的重金属铅、镉的含量与植物的其他生理生态特性，获得具有重金属超积累特性与耐性的两种植物野生苎麻(Boehmeria nivea L.)与小飞扬草(Euphorbia hirta L.)，其体内的重金属的含量如下小飞扬草对Cd的富积达到87.18mg/kg，野生苎麻对Cd、Pb的富集分别达到131.54mg/kg、1261.99mg/kg，达到或基本达到重金属超积累植物的指标要求。B、植物小飞扬草对水溶液中的重金属镉的富积及其对环境的适应性。小飞扬草在Cd浓度为5mg/kg、10mg/kg的营养液中均可以正常生长，对Cd的污染表现出较高的耐受性，其体内的Cd本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种土壤重金属污染的植物修复方法，其特征在于在含重金属的湿润土壤中种植小飞扬草。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘伟斌，张太平，邢前国，何章莉，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]