利用混種提高繁縷和牛繁縷對鎘汙染土壤修復能力的方法與流程

2023-06-03 08:11:26

本發明屬於土壤重金屬汙染防治技術領域，涉及重金屬汙染土壤植物修復領域，具體涉及一種利用混種提高繁縷和牛繁縷對鎘汙染土壤修復能力的方法。

背景技術：

重金屬汙染是近幾十年人類活動和自然事件普遍存在的一個問題。據報導，超過10％的耕地受到重金屬的汙染，如鎘、銣、鉻、鉛等，造成生產損失超過一千萬噸。鎘極易被作物的根系吸收而向籽實遷移,然後通過食物鏈進入人體,從而對人類的生命健康構成威脅。因此，重金屬汙染土壤修復成為世界各國亟待解決的問題。

植物修復是重金屬汙染土壤修復中的一種常用方法，能在不破壞土壤生態環境，保持土壤結構和微生物的狀況下，通過植物的根系直接將重金屬直接從土壤中吸收並轉移到植物的地上部分，從而達到植物修復倍汙染土壤的目的。目前已發現的鎘富集植物有黑麥草、繁縷等，但由於篩選出的這些植物往往生長緩慢、生物量低，因而限制了其對汙染土壤重金屬的移除效率，難以滿足農田鎘汙染修復的需要。因此，通過農藝修復措施提高富集植物修復能力具有重要的實踐意義。

在農業生產上，利用間(混)作技術能夠提高作物對土壤養分、水和光等資源的有效利用，從而增加作物的產量，提高其品質。不同植物間作可調控植物對重金屬的吸收。蔣成愛(東南景天與不同植物混作對土壤重金屬吸收的影響[j].中國環境科學.2009,29(9):985-990.)等人研究表明，與玉米和大豆間作的東南景天地上部分吸收cd、pb、zn為單作的1.68-1.87倍，並顯著降低玉米對cd、zn的吸收。黑亮(東南景天和玉米套種對zn汙染汙泥的處理效應[j].環境科學，2007，28(4)：852-858.)等研究發現，利用玉米與超積累植物東南景天套作對汙染汙泥進行修復，玉米籽粒中的zn、cd、cu濃度均符合糧食衛生標準，但東南景天中zn、cd濃度顯著增高。但王京文(絲瓜與伴礦景天間作對土壤cd形態及絲瓜cd吸收的影響[j].農業環境科學學報,2016,35(12)：2292-2298.)等人的研究結果表明，絲瓜與伴礦景天間作一定程度上減少了絲瓜的結果數量，同時存在增大絲瓜果實中cd含量的風險。這些重金屬的吸收變化可能是由於分泌物、酶的種類、數量、功能的改變，或各種元素間和植物間的競爭所致。這說明只有通過合適的植物搭配進行間(混)種才能達到提高重金屬汙染修復效率的目的，否則會使富集植物互補消弱，競爭激化，結果適得其反。因此，需要進一步的篩選合適的植物搭配物種來提高富集植物的修復效率。

技術實現要素：

針對現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種利用混種提高繁縷和牛繁縷對鎘汙染土壤修復能力的方法，其特徵在於，所述方法是將繁縷、牛繁縷和豬殃殃混種於土壤中。

本發明的發明人在研究過程中發現豬殃殃可以提高繁縷對鎘汙染土壤的修復能力，在進一步的研究過程中，發明人發現了將繁縷、牛繁縷和豬殃殃進行同時混種後，繁縷和牛繁縷對鎘汙染土壤修復的能力得到了同時提高。

一般而言，在間作種間的相互作用主要有兩個方面，一是種間促進作用，二是種間競爭作用。兩種作用總是同時存在，當競爭作用大於促進作用時表現為間作劣勢，當競爭作用小於促進作用時表現為間作優勢。

本發明驚喜的發現，將本發明所述三種植物進行混種後，繁縷和牛繁縷的生物量、葉綠素a含量得到了同時提升，更為重要的是，兩者對於鎘的吸收能力得到了顯著的提高。造成這種現象的原因可能在於繁縷、牛繁縷和豬殃殃的根系間的相互作用促進了磷、鉀等微量元素的吸收和利用。

作為本發明可行的一個實施方案，進行混種時，繁縷、牛繁縷和豬殃殃按植株數目比1:1:1的比例關係均勻的混種於土壤中。

在本發明可行的一個實施方案中，所述繁縷、牛繁縷和豬殃殃均為3片真葉展開的植株。

為了更好的實施本發明，根據一般的作物種植模式，在進行種植時，需適時澆水，使得土壤水分保持在田間持水量的80％。

根據本發明所記載的內容，本領域的技術人員容易知曉，本發明發現了將豬殃殃與繁縷和牛繁縷進行混種後，可以增強繁縷和牛繁縷對鎘汙染土壤中鎘的吸收，從而實現對鎘汙染土壤的修復。本發明實質上並不對鎘汙染程度的高低作何限定，只要是鎘汙染土壤，利用本發明方法均可以實現對繁縷和牛繁縷鎘汙染修復能力的增強。

一般而言，鎘汙染土壤中鎘濃度不低10mg/kg。在本發明可行的一個實施方案中，鎘汙染土壤中鎘濃度為10mg/kg。

本發明的有益效果：

本發明顯著提高了繁縷和牛繁縷根系對鎘的吸收，提高了繁縷和牛繁縷對鎘汙染土壤的修復能力。

具體實施方式

下面通過實施例對本發明進行具體描述，有必要在此指出的是以下實施例只是用於對本發明進行進一步的說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制，該領域的技術熟練人員根據上述發明內容所做出的一些非本質的改進和調整，仍屬於本發明的保護範圍。

實施例1

供試土壤為紫色土，取自四川農業大學雅安校區農場農田(29°59′n，102°59′e)，其基本理化性質詳見參考文獻的記載(不同生態型繁縷對鎘脅迫砧木櫻桃植株磷鉀吸收的影響[j].中國生態農業學報,2013,21(12):1565-1568.)。

鎘富集植物繁縷、牛繁縷和豬殃殃幼苗於2015年3月採自四川農業大學雅安校區農場農田，採集區土壤未被重金屬汙染。

試驗方法

栽培處理方式

將土壤風乾、壓碎、過5mm篩後，分別稱取3.0kg裝於20cm×27cm(高×直徑)的塑料盆內，加入分析純cdcl2·2.5h2o溶液，使其鎘濃度為10mg/kg，並與土壤充分混勻，保持淹水狀態，自然放置平衡4周後再次混合備用。

各處理的植株個數和重複數

選擇長勢一致，約3片真葉展開的繁縷、牛繁縷和豬殃殃幼苗移栽至盆中。試驗設置3個處理，分別為：繁縷單種、牛繁縷單種、豬殃殃單種、三者混種(繁縷、牛繁縷和豬殃殃)。單種處理每盆種植植物6株，混種處理每盆種植每種植物各3株每個處理重複5次。

培養條件：

將盆栽的植物置於透明遮雨棚內，根據土壤水分實際情況不定期澆水確保土壤水分保持在田間持水量的80％左右。

採收及材料預處理：

30天後測定三種植物的光合色素含量。之後，整株收穫，將植物根系和地上部分分別封裝，用自來水洗淨，再用去離子水衝洗3次後，於110℃殺青15min，75℃烘乾至衡重，稱重，粉碎，過100目篩。

原子吸收光譜法測定鎘含量：

稱取0.500g植物樣品，加入硝酸-高氯酸(體積比為4:1)放置12h後消化至溶液透明，過濾，定容至50ml，用icap6300型icp光譜儀測定(thermoscientific,usa)鎘含量。土壤樣品風乾後，過1mm篩，採用ph計測定土壤ph(土水比為1:2.5)，採用dtpa-tea浸提法提取土壤有效態鎘，並用icap6300型icp光譜儀測定土壤有效鎘含量。地上部分富集係數(bcf)＝地上部分鎘含量/土壤鎘含量，轉運係數(tf)＝植物地上部分鎘含量/根系鎘含量，轉運量係數(taf)＝(地上部鎘含量×地上部分生物量)/(根系鎘含量×根系生物量)。數據處理方法

數據採用spss系統進行方差分析(duncan新復極差法進行多重比較)。

結果與分析：

如表1所示，將豬殃殃、繁縷和牛繁縷進行混種後，顯著的提高了繁縷和牛繁縷的生物量，但對於豬殃殃而言，差異不顯著。

表1混種對植物單株生物量的影響

如表2所示，與單種相比，本發明提高了植物葉綠素a的含量。

表2混種對植物光合色素含量的影響

如表3所示，與單種繁縷和單種牛繁縷相比，本發明顯著的提高了繁縷和牛繁縷根系的鎘含量。本發明降低了繁縷和牛繁縷的轉運係數，這說明本發明抑制了鎘從繁縷和牛繁縷根系向地上部分的轉化。不過，對於豬殃殃而言，混種後，並沒有提高其對土壤中鎘的吸收，反而出現小幅的抑制。

表3混種對植物鎘含量的影響

植物鎘含量受組織鎘含量和生物量的影響。如表4所示，與單種相比，本發明顯著的提高了繁縷和牛繁縷根系部分的鎘積累量，對於地上部分的影響較小。綜合起來，本發明顯著的提高了繁縷和牛繁縷整株植物對鎘汙染土壤中鎘的吸收積累，增強了繁縷和牛繁縷修復鎘汙染土壤的能力。

表4混種對植物單株鎘積累量的影響