一種利用礦業廢棄地篩選重金屬超積累植物的方法
2024-03-03 04:03:15
專利名稱：一種利用礦業廢棄地篩選重金屬超積累植物的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用礦業廢棄地篩選重金屬超積累植物的方法。屬汙染生態學、 植物修復技術領域。
背景技術：
土壤重金屬汙染已經成為一個世界性的環境問題，重金屬汙染土壤對農作物的影響，不僅表現在減少作物產量和降低農產品品質，更為嚴重的是這些汙染物可以在土壤中存在幾十年、甚至數百年都不會被降解，並且通過食物鏈進入動植物和人體危害人畜健康。 長期以來，人們都在致力於重金屬汙染土壤的治理與修復，先後發明了物理修復、化學修復和生物修復等技術。植物修復技術屬生物修復的範疇，是以植物忍耐和超積累某些汙染物的理論為基礎，利用超積累植物根系吸收汙染土壤中的有毒有害物質並運輸至植物的地上部分，通過收割植株併集中處理移除土壤中汙染物的技術，其核心是篩選合適的超積累植物。由於植物修復具有物理、化學修復所無法比擬的費用低廉、不破壞場地結構、不造成地下水二次汙染以及能進行大規模治汙等優勢，被國際上列入未來非常有前途的土壤重金屬汙染治理技術。目前，篩選重金屬超積累植物的途徑主要有三條，即野外找尋、室內盆栽篩選和植物育種。野生型超積累植物生態適應性好，重金屬超富集能力強，但植株矮小，生長速度慢， 生物量小，不利於機械收穫和大規模的工程治理；室內盆栽試驗易於控制，重複性好，結果比較精確，但篩選出的重金屬超積累植物生態適應性較差，影響大田種植效果；傳統的植物育種周期長，種質資源有限，實際應用很少；採用基因工程技術，可使重金屬超積累植物的生物學性狀得到較大的改善和提高，但受條件和技術所限，其應用受到極大的限制。迄今， 全世界大約發現了 500種重金屬超積累植物，但主要停留在理論研究階段，大田修複試驗成功的報導還不多，篩選生物量大、生長快、適應性強的重金屬超積累植物，是植物修復領域的重要課題。礦業廢棄地是指廢棄礦址、尾礦堆、洗選廠址等土壤重金屬含量背景值高的地區。 礦業廢棄地多為重金屬複合汙染，隨著土壤特性的改善和重金屬對植物毒性的降低，經過自然演替，這些原本植被嚴重退化或寸草不生的重金屬異常汙染區也會形成獨特的自然植被，其中包括一些重金屬超積累植物。因此，在礦業廢棄地引種或種植特定植物，可以篩選到理想的對重金屬超積累植物。
發明內容
本發明的目的是為重金屬超積累植物提供一種結果穩定精確的篩選技術，該技術具有實驗周期短、操作簡便、成本低廉的特徵。實現本發明目的的技術方案一種利用礦業廢棄地篩選重金屬超積累植物的方法，其特徵是以礦業廢棄地為種植地，選擇礦業廢棄地所在區域的本土植物為篩選植物， 在種植地種植篩選植物後，測定植株體內的重金屬含量，同時測定株高和生物量，對照重金屬超積累植物的評價標準，評價其超積累特性，由此篩選出重金屬超積累植物。所述的測定植株體內的重金屬含量時，採用幹灰化-原子吸收分光光度法測定。所述的利用礦業廢棄地篩選重金屬超積累植物的方法，其篩選步驟依次為步驟1、選擇複合重金屬汙染、自然條件較好的礦業廢棄地為種植地，調查種植地的環境條件和自然植被，採用DTPA浸提-原子吸收分光光度法測定土壤金屬含量；步驟2、選擇適應種植地所在地區氣候環境條件的本土植物為篩選植物，所選植物具有生長速度快、生物量大、耐瘠薄的特點；步驟3、根據篩選植物的類別和種植材料的要求，整理種植地，使之土壤深度適宜， 土壤顆粒細小，無雜草生長；步驟4、選擇取材和栽種易的種植材料栽種，栽種後及時中耕管理；步驟5、用幹灰化-原子吸收分光光度法測定所栽種的種植材料植株體內的重金屬含量，同時測定株高和生物量，對照重金屬超積累植物的標準，評價其超積累特性，篩選出重金屬超積累植物；重金屬超積累植物的評價標準植株葉片或地上部分含Au達到Img/ kg, Cd 達到 100mg/kg，Co、Cu、Ni、Pb、As 達到 1000mg/kg，Mn、Si 達到 10000mg/kg 以上，且同時滿足S/R > 1的植物，S和R分別指植物地上部分和根部重金屬的含量。其篩選步驟1中種植地土壤金屬含量測定，採用二乙烯三胺五乙酸(DTPA)浸提-原子吸收分光光度法測定。本發明篩選重金屬超積累植物所用試驗材料及儀器設備植物材料蓖麻(Ricinus communis)種子；化學試劑(1)DTPA[二乙烯三胺五乙酸]；(2) HNO3 ； (3) HCl ； (4) HClO4 ；主要儀器馬弗爐、分光光度計、電熱乾燥箱、生物培養箱。本發明篩選重金屬超積累植物的操作步驟依次為第一步、選擇種植地種植地位於湖北大冶銅綠山銅礦露採場附近的廢棄開採區，試驗前調查自然概況，測定土壤的金屬元素含量。第二步、確定篩選植物選擇大冶銅綠山自然散生的野生蓖麻為篩選植物。蓖麻株型高大，根系發達，耐瘠薄，適應性強，在我國各地均有栽培，是理想的環保植物和經濟價值較高的油料作物。第三步、種植地整理採用機械加人工的方法整理種植地。種植地用機械深翻後，進行人工平整，使之適合蓖麻播種和生長。第四步、種植與管理以野生蓖麻種子為種植材料。播種前進行種子發芽試驗，檢驗種子的質量；播種時進行藥劑消毒和催芽，提高播種的成苗率；播種出苗後及時間苗、定苗和中耕管理。第五步、評價與篩選測定蓖麻成株的株高、生物量和體內重金屬含量，評價蓖麻的重金屬超積累特性。 重金屬超積累植物的標準為植株葉片或地上部分(DW，乾重)含Au達到lmg/kg，Cd達到 100mg/kg，Co、Cu、Ni、Pb、As 達到 1000mg/kg，Mn、Zn 達到 10000mg/kg 以上，且同時滿足 S/ R > 1的植物(Brooks，1977)，其中S和R分別指植物地上部分和根部重金屬的含量。
具體實施例方式利用礦業廢棄地篩選超積累植物的操作步驟依次為1、種植地概況①面積種植地分為3個小區，每個小區400m2，共計1200m2。②自然條件種植地所在礦區地質屬巖漿期後矽卡巖型接觸交代含銅磁鐵礦，土體較疏鬆，長期的強烈風化侵蝕和開採過程中遺存的礦渣，成為重要的土壤汙染物。本區年均氣溫17°C，年均降雨量1632. 5mm，雨量充沛，降水季節明顯，多集中在3 8月；植被為由 ^31 (Cynodon dactylon) > (Imperata cylindrgicEi)、裡予古月胃卜(Deiucus carota)
草(Echinochlon crusgalli)、酸模葉蓼(Polygonum sp.)等構成的草叢。③土壤重金屬元素含量於種植地隨機採集深O 15cm 土層的混合土樣，經室內風乾，磨碎，過100目篩，混合酸(HN03+HC1+HC104，三種酸的摩爾比例為1 3 1)消化，定容，DTPA浸提(PH7. 3，土樣與DTPA質量比=2 1) _原子吸收分光光度法測定土壤金屬含量，結果表明(見表1)，種植地土壤含有Cu、Fe、Zn、Mn、Pb等金屬元素，其中Cu、Zn、Mn等重金屬元素的平均含量依次為5829. 33mg · kg4、214. 78mg · kg"1和1424. 48mg · kg、遠大於土壤中植物Cu、Zn、Mn的中毒臨界值，屬於複合重金屬汙染土壤。土壤中植物中毒臨界值Cu 為 IOOmg · kg人 Zn 為 50mg · kg-1, Mn 為 300mg · kg人上述情況表明，種植地的自然條件和土壤重金屬含量，符合本發明篩選重金屬超積累植物的要求。表1試驗區土壤的金屬元素含量(mg · kg—1)
權利要求
1.一種利用礦業廢棄地篩選重金屬超積累植物的方法，其特徵是以礦業廢棄地為種植地，選擇礦業廢棄地所在區域的本土植物為篩選植物，在種植地種植篩選植物後，測定植株體內的重金屬含量，同時測定株高和生物量，對照重金屬超積累植物的評價標準，評價其超積累特性，由此篩選出重金屬超積累植物。
2.根據權利要求1所述的利用礦業廢棄地篩選重金屬超積累植物的方法，其特徵是 所述的測定植株體內的重金屬含量時，採用幹灰化-原子吸收分光光度法測定。
3.根據權利要求1所述的利用礦業廢棄地篩選重金屬超積累植物的方法，其特徵是篩選步驟依次為步驟1、選擇複合重金屬汙染、自然條件較好的礦業廢棄地為種植地，調查種植地的環境條件和自然植被，採用DTPA浸提-原子吸收分光光度法測定土壤金屬含量；步驟2、選擇適應種植地所在地區氣候環境條件的本土植物為篩選植物，所選植物具有生長速度快、生物量大、耐瘠薄的特點；步驟3、根據篩選植物的類別和種植材料的要求，整理種植地，使之土壤深度適宜，土壤顆粒細小，無雜草生長；步驟4、選擇取材和栽種易的種植材料栽種，栽種後及時中耕管理； 步驟5、用幹灰化-原子吸收分光光度法測定所栽種的種植材料植株體內的重金屬含量，同時測定株高和生物量，對照重金屬超積累植物的標準，評價其超積累特性，篩選出重金屬超積累植物；重金屬超積累植物的評價標準植株葉片或地上部分含Au達到lmg/kg， Cd 達到 10011^/1^，(0、01、附、？13、48達到 1000mg/kg，Mn、Si 達到 10000mg/kg 以上，且同時滿足S/R > 1的植物，S和R分別指植物地上部分和根部重金屬的含量。
4.根據權利要求2所述的利用礦業廢棄地篩選重金屬超積累植物的方法，其特徵是 篩選步驟1中種植地土壤金屬含量測定，採用二乙烯三胺五乙酸浸提-原子吸收分光光度法測定。
全文摘要
本發明涉及植物修復技術，具體地說是一種利用礦業廢棄地篩選重金屬超積累植物的方法。具體方法為以受重金屬複合汙染的礦業廢棄地為種植地，選擇本土植物為篩選植物，在礦業廢棄地上種植篩選植物，通過測定植物的金屬元素含量、生長速度和生物量，對照重金屬超積累植物的標準，評價植物的超積累特性，篩選出重金屬超積累植物。本發明精確性和穩定性高、實驗周期短、實驗成本低和操作簡單，採用本發明的篩選方法篩選出的重金屬超積累植物具有生長速度快、生物量大、適應性好和積累性強等優勢，植物修復的潛力較大。
文檔編號A01B79/02GK102246642SQ20111008935
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月11日 優先權日2011年4月11日
發明者康薇, 鄭進 申請人:黃石理工學院