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一种利用花灌木萼距花修复镉污染土壤的方法与流程

来源：花匠小妙招时间：2024-11-10 05:27

本发明涉及一种修复镉污染土壤的方法，尤其是一种利用花灌木萼距花修复镉污染土壤的方法。

背景技术：

萼距花原产墨西哥。中国北京等地有引种。萼距花抗性和适应性强，生长健壮，少有病虫害，管理简便粗放，是优秀的开花小灌木。花色纯正高雅。花期全年不断，是少有的开花期很长的露地花卉。植株低矮，分枝多，覆盖能力强，且开花时犹如繁星点点，有极佳的美化效果。

我国面临着资源型和水质型缺水双重危机，在水资源短缺的情况下，为了确保农业生产，许多地方被动利用污水进行灌溉。据水利部调查，1991年我国污水灌溉面积为4600万亩，2004年已达5427万亩，约占全国总灌溉面积的7.3%。大量未经处理的污水直接用于农田灌溉，虽然解决了一些地区缺水的燃眉之急，却为之付出高昂的代价。污水灌溉使污染物特别是重金属在土壤中大量残留，直接影响土壤生态系统的结构和功能，使生物种群结构发生改变，生物多样性减少，土壤生产力下降，土壤理化性质恶化，且影响作物生长，造成农作物减产和农产品质量下降，对生态环境、食品安全和农业可持续发展构成威胁，土壤污染的总体形势相当严峻。据国家环保总局调查，目前全国受重金属、化肥、农药污染的耕地约有1.5亿亩，占耕地总面积的1/10以上。2009年中国食品安全高层论坛报告上的数据显示，我国1/6的耕地受到重金属污染，污染土壤面积至少有2000万公顷。

土壤重金属污染带来了严重后果:一是影响耕地质量，造成直接经济损失。据估算，全国每年因重金属污染的粮食达1200万吨，造成的直接经济损失超过200亿元。二是影响食品安全，威胁人体健康。重金属在农作物中累积，并通过食物链进入人体，引发各种疾病，最终危害人体健康。三是影响农产品出口，降低国际竞争力。上世纪90年代以来，因农药残留和重金属含量超标，农产品出口被外方退货、索赔和终止合同的事件时有发生，部分传统大宗农产品也被迫退出国际市场。特别是我国加入世贸组织以后，发达国家对我国出口农产品要求提高，出口压力增大。由于土壤污染具有累积性、滞后性、不可逆性的特点，治理难度大、成本高、周期长，将长期影响经济社会的发展。土壤污染问题已经成为影响群众身体健康、损害群众利益、威胁农产品安全的重要因素。因此，重金属污染的修复研究不容忽视。

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。

20世纪初发现镉以来，镉的产量逐年增加。镉广泛应用于电镀工业、化工业、电子业和核工业等领域。镉是炼锌业的副产品，主要用在电池、染料或塑胶稳定剂，它比其它重金属更容易被农作物所吸附。相当数量的镉通过废气、废水、废渣排入环境，造成污染。污染源主要是铅锌矿,以及有色金属冶炼、电镀和用镉化合物作原料或触媒的工厂。

每公斤土壤含镉量为0.01—2毫克，平均值每公斤为0.35毫克。炼铝厂附近及其下风向地区土壤中含镉浓度很高，造成土地荒废。含镉废渣堆积，使镉的化合物进入土壤和水体。磷肥的施用面广而且量大，所以，从长远来看，土壤、作物和食品中来自磷肥和某些农药的镉，可能会超过来自其他污染源的镉。日本环境厅1971年调查了35个都、道、府、县的117个含镉地区的农田土壤，每公斤土壤含镉平均值最高为15.26毫克。在发生骨痛病的水稻产区，受污染的每公斤土壤中镉的测定值超过50毫克。中国北京西郊污水灌溉区表层每公斤土壤的含镉量也达到0.52毫克，是当地本底值的5倍左右。如何修复镉污染土壤是一项非常艰巨而重要的任务。目前常用的土壤污染治理方法是1、利用被称为“客土”的土壤来代替被污染的土壤，净化被镉污染的土壤常用方法是用其他地方的净土改善污染区的土质，缺点是这一方法成本高，且有很大局限性，难以大范围推广；2、利用叶芽南芥对受到轻度污染的农田和水池等进行净化，此方法成本虽然降低，但操作性有局限，3、运用“弱碱性化学沉淀应急除镉干化技术”，就是在污水里投放烧碱或石灰，以及聚合氯化铝等化学方法；此类化学方法虽快，但易带来二次污染。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利用花灌木萼距花修复镉污染土壤的方法。

这种利用花灌木萼距花修复镉污染土壤的方法：

在不同浓度0mg•kg-1、100mg•kg-1、200mg•kg-1、400mg•kg-1镉污染土壤中种植萼距花,，萼距花对重金属cd有超富集潜力，用于cd污染土壤的修复有效；

所述的不同浓度0mg•kg-1、100mg•kg-1、200mg•kg-1、400mg•kg-1镉污染土壤的制备方法为：

①采集无污染土壤，进行充分晾晒后，用20目筛子过筛，以备使用；

②配制不同浓度镉污染土壤：选用硫酸镉粉末混于适量土壤中，配制成4个不同镉浓度0mg•kg-1（对照）、100mg•kg-1、200mg•kg-1和400mg•kg-1的土壤，装入花盆，用蒸馏水浇透待用。

所述的萼距花的选择：从苗圃购买花灌木萼距花幼苗，放置植物园温室适应两周。

所述的萼距花的种植：将温室适应好的，长势一致的萼距花幼苗移植到装有不同浓度镉土壤的塑料花盆中，每个浓度有4个重复，然后将花盆放到温室培养；同时测定每盆萼距花株高。

所述的萼距花的收集与处理：3个月后，采收所有植物样品，测定采集样品的株高数据、鲜重和干重数据，根系用蒸馏水洗干净，用根系分析仪扫描根系生长情况，然后把样品进行烘干；烘箱初始温度设定105℃，再杀青20分钟，再将温度设置为80℃烘至样品完全干燥。

所述的萼距花的元素分析方法与步骤：

①所用塑料瓶、容量瓶、消解罐中内胆、漏斗等相关仪器均放置于10%hno3的酸缸，浸泡过夜，再用超纯水洗净后烘干备用；

②以hno3:h2so4:hclo4=3:1:1的比例，配制足够的混酸溶液；

③打开已经冷却的消解罐，将消解罐之中的内胆取出，将内胆之中的消解好的液体倒入50ml的容量瓶中定容；

④使用0.22µm微孔滤膜过滤约5ml消解液，再用移液枪吸取1ml的滤液放入容量为25ml的塑料瓶之中，然后量取19ml的超纯水，倒入25ml塑料瓶中，使溶液再稀释20倍，塑料瓶贴好标签待测；

⑤将稀释好的所有样品待测液使用原子吸收分光光度计测定其中的镉浓度；

⑥数据处理及分析。

所述的种植萼距花后，受镉污染的土壤对萼距花的生长量和株高影响很小。

所述的混酸溶液配制：称量0.2g的萼距花不同部位的粉末，放入消解罐内胆之中，加入调配好的10ml混酸溶液，盖上盖子放入消解罐中，然后将消解罐外盖拧紧，放入160度烘箱中高温消解30分钟，关掉烘箱，待冷却取出消解罐。

所述的数据处理及分析：采用excel和spss软件进行实验数据分析。

所述的根系分析仪是万深la-s根系分析仪。

所述的硫酸镉粉末分子量是208.47。

发明的有益效果：

本发明对于受镉污染的土壤对萼距花的株高和生物量影响不大，且不同浓度的镉离子对萼距花的根系具有较强的促进作用，说明花灌木萼距花对重金属镉污染有较强的耐受性；同时在高镉浓度400mg•kg-1处理下，生长良好，体内各部分镉浓度均达到超富集植物的标准；而且萼距花属于花灌木类，不进入食物链，可用来观赏，可美好环境，所以萼距花可以作为重金属镉污染土壤的一种优良的植物修复材料使用。

具体实施方式

下文中给出关于本发明的记述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个记述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以具体的形式给出理解。

实施例1：

这种利用花灌木萼距花修复镉污染土壤的方法：

在不同浓度0mg•kg-1、100mg•kg-1、200mg•kg-1、400mg•kg-1镉污染土壤中种植萼距花,，萼距花对重金属cd有超富集潜力，用于cd污染土壤的修复有效；

所述的不同浓度0mg•kg-1、100mg•kg-1、200mg•kg-1、400mg•kg-1镉污染土壤的制备方法为：

①采集无污染土壤，进行充分晾晒后，用20目筛子过筛，以备使用；

所述的萼距花的选择：从苗圃购买花灌木萼距花幼苗，放置植物园温室适应两周。

所述的萼距花的元素分析方法与步骤：

①所用塑料瓶、容量瓶、消解罐中内胆、漏斗等相关仪器均放置于10%hno3的酸缸，浸泡过夜，再用超纯水洗净后烘干备用；

②以hno3:h2so4:hclo4=3:1:1的比例，配制足够的混酸溶液；

③打开已经冷却的消解罐，将消解罐之中的内胆取出，将内胆之中的消解好的液体倒入50ml的容量瓶中定容；

⑤将稀释好的所有样品待测液使用原子吸收分光光度计测定其中的镉浓度；

⑥数据处理及分析。

所述的种植萼距花后，受镉污染的土壤对萼距花的生长量和株高影响很小。

所述的数据处理及分析：采用excel和spss软件进行实验数据分析。

所述的根系分析仪是万深la-s根系分析仪。

所述的硫酸镉粉末分子量是208.47。

实施例2：

这种利用花灌木萼距花修复土壤重金属镉的方法：

本实验是在不同浓度镉污染土壤（（0mg•kg-1、100mg•kg-1、200mg•kg-1、400mg•kg-1））中种植萼距花,拟探究萼距花对镉是否具有富集作用。研究结果表明,受镉污染的土壤对萼距花的生长量和株高影响不大。萼距花对重金属cd有超富集潜力，可用于cd污染土壤的修复。

1材料与方法

1.1实验材料

1.1.1供试植物：

从苗圃购买花灌木萼距花幼苗，放置植物园温室适应两周；

1.1.2镉污染土壤：

（1）采集无污染土壤，进行充分晾晒后，用20目筛子过筛，以备使用；

（2）配制不同浓度镉污染土壤：选用硫酸镉粉末（分子量208.47）混于适量土壤中配制成4个不同镉浓度0mg•kg-1（对照）、100mg•kg-1、200mg•kg-1和400mg•kg-1的土壤，装入花盆，用蒸馏水浇透待用。

1.2实验方法

1.2.1植物种植：

将温室适应好的，长势一致的萼距花幼苗移植到装有不同浓度镉土壤的塑料花盆中，每个浓度有4个重复，然后将花盆放到温室培养；同时测定每盆萼距花株高。

1.2.2样品收集与处理：

3个月后采收所有植物样品，测定采集样品的株高数据、鲜重和干重数据，根系用蒸馏水洗干净，用万深la-s根系分析仪扫描根系生长情况，然后把样品进行烘干。烘箱初始温度设定105℃，再杀青20分钟，再将温度设置为80℃烘至样品完全干燥。

1.2.3植物元素分析方法与步骤

（1）本实验所用塑料瓶、容量瓶、消解罐中内胆、漏斗等相关仪器均放置于10%hno3的酸缸，浸泡过夜，再用超纯水洗净后烘干备用；

（2）以hno3:h2so4:hclo4=3:1:1的比例，配制足够的混酸溶液。称量0.2g的萼距花不同部位的粉末，放入消解罐内胆之中，加入调配好的10ml混酸溶液，盖上盖子放入消解罐中，然后将消解罐外盖拧紧，放入160度烘箱中高温消解30分钟，关掉烘箱，待冷却取出消解罐；

（3）打开已经冷却的消解罐，将消解罐之中的内胆取出，将内胆之中的消解好的液体倒入50ml的容量瓶中定容；

（4）使用0.22µm微孔滤膜过滤约5ml消解液，再用移液枪吸取1ml的滤液放入容量为25ml的塑料瓶之中，然后量取19ml的超纯水，倒入25ml塑料瓶中，使溶液再稀释20倍，塑料瓶贴好标签待测；

（5）将稀释好的所有样品待测液使用原子吸收分光光度计测定其中的镉浓度；

（6）数据处理及分析：采用excel和spss软件进行实验数据分析；

2结果分析

2.1不同cd浓度胁迫下萼距花生物量和株高的变化

从表1的数据可知，除了萼距花叶片生长量在0mg•kg-1cd浓度（对照）土壤处理的最高，且与100mg•kg-1和400mg•kg-1cd浓度处理下有显著性差异以外，茎干重和株高增长量各处理和对照之间均没有显著性差异；而且不同浓度的镉处理对萼距花根系的生长有促进作用，各处理根系干重均大于对照。说明萼距花在受镉污染的土壤中生长良好，且镉胁迫下对萼距花的根系生长有促进作用，从而提高萼距花的整体生物量。

表1不同cd浓度胁迫下萼距花生物量和株高的变化

2.2不同cd浓度胁迫下萼距花的根系性状

根据表2可知，100mg•kg-1，200mg•kg-1，400mg•kg-1cd浓度处理下萼距花的表面积，体积和平均直径都比对照0mg•kg-1cd浓度处理下的大，说明不同浓度的镉离子对萼距花的根系具有不同程度的促进作用，且200mg•kg-1至400mg•kg-1浓度之间的镉对萼距花的根系促进作用最强，能促进根系增长，且显著促进根系加粗生长，从而提高萼距花地下部的生物量。

表2不同cd浓度胁迫下萼距花的根系性状

2.3不同cd浓度胁迫下萼距花体内重金属镉的含量

根据表3数据可知，萼距花的根、茎、叶中的cd离子含量都随着土壤中cd浓度含量的增加而增加，且100mg•kg-1，200mg•kg-1，400mg•kg-1cd浓度处理下萼距花根茎叶不同部位镉浓度均高于对照0mg•kg-1，且200mg•kg-1和400mg•kg-1cd浓度处理下茎叶中重金属镉的浓度要比根系中高，从转移系数（tf）可知，均大于1。说明萼距花具有对镉超富集的潜力，可以用来作为镉污染土壤的植物修复材料，且对200mg•kg-1至400mg•kg-1镉污染浓度的土壤有最好的修复效果。

表3不同cd浓度胁迫下萼距花不同部位镉的含量及转移系数（单位：mg•kg-1）

3结论

受镉污染的土壤对萼距花的株高和生物量影响不大且不同浓度的镉离子对萼距花的根系具有较强的促进作用，说明花灌木萼距花对重金属镉污染有较强的耐受性；同时在高镉浓度400mg•kg-1处理下，生长良好，体内各部分镉浓度均达到超富集植物的标准；而且萼距花属于花灌木类，不进入食物链，可用来观赏，可美好环境，所以萼距花可以作为重金属镉污染土壤的一种优良的植物修复材料使用。

以上说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的处理表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。