一種鎘污染土壤強化修復(fù)劑及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鎘污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)，具體地說是一種鎘污染土壤強化修復(fù)劑及其應(yīng)用。強化修復(fù)劑為左旋還原型谷胱甘肽，其中，按施加的濃度按摩爾計為，左旋還原型谷胱甘肽=0.1-1.0mmol/kg。本發(fā)明于種植龍葵的污染土壤上按0.1-1.0mmol/kg的含量以水混合液的形式混合澆入左旋還原型谷胱甘肽，在龍葵苗期一次性澆入，之后每天視缺水情況正常澆次，使土壤的含水量達(dá)最大持水量的80%，待龍葵成熟時，收獲植物和土壤樣，與沒有投加氨基酸的對照相比，高劑量的左旋還原型谷胱甘肽混合液處理效果最佳，龍葵地上部Cd含量提高了24.9%-36.2%，顯著地提高了龍葵對鎘的修復(fù)效率。
【專利說明】一種鎘污染土壤強化修復(fù)劑及其應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鎘污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)，具體地說是一種鎘污染土壤強化修復(fù)劑及其應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著污染物排放的多樣化、復(fù)雜化和頻繁化，污染物的主要受體土壤受污染程度日益加重，污染土壤修復(fù)的復(fù)雜性和難治理性特征也越發(fā)突出(文獻1:Paton GIjViventsova EjKumpene Jj et al.2006.Anecotoxicity assessment ofcontaminated forest soils from the Kola Peninsula.Science of the TotalEnvironment, 355 (13): 106-117)，其中重金屬-有機復(fù)合污染是較常見的污染類型，如Cd-多環(huán)芳經(jīng)(Polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)復(fù)合污染。鎘在較低濃度時能夠通過降低植物光合作用、產(chǎn)生氧化脅迫等途徑抑制植物生長、對植物產(chǎn)生毒害作用(文獻 2:Schill R0, GOrIitz H, KOhler HR.2003.Laboratory simulat1n ofa mining accident:acute toxicity hsc/hsp70response and recovery from sressin Gammarus fossarum(Crustacea smphipoda)exposed to a pulse of cadmium.B1metals, 16:391-401 )，并不同程度地對人和動物產(chǎn)生毒害作用，還可誘發(fā)癌變；而PAHs是一類持久性有機污染物，對生物具有慢性毒性和致癌、致畸、致突變性。由于CcUPAHs在土壤環(huán)境中表現(xiàn)為具有隱蔽性和長期性的特點，致使修復(fù)此類復(fù)合污染土壤的難度加大，尋求高效、安全、經(jīng)濟的修復(fù)技術(shù)成為亟需解決的現(xiàn)實問題。植物修復(fù)技術(shù)具有物理、化學(xué)修復(fù)方法所無法比擬的費用低廉、不易造成二次污染、美化環(huán)境、易于為社會所接受等優(yōu)點，成為極具發(fā)展?jié)摿Φ男迯?fù)技術(shù)(文獻3:Chaney RL, Malik M, Li YM.1997.Phytoremediat1nof soil metals.Current Opin1ns in B1technology, 8:279-284;Brooks RR, ChambersMF, Nickls L J, et al.1998.Phytomining.Trends in Plant Science, 3(9):359-362)。重金屬污染土壤的植物修復(fù)主要是通過超富集植物或富集植物的超量去除作用來實現(xiàn)(文獻4:魏樹和，周啟星，Pavel V.Koval, Galina A.Belogolova.有機污染環(huán)境植物修復(fù)技術(shù).生態(tài)學(xué)雜志.2006，25(6):716-721);對于有機污染如多環(huán)芳烴主要是利用植物根際圈微生物的降解作用來完成(文獻4:魏樹和，周啟星，Pavel V.Koval1GalinaA.Belogolova.有機污染環(huán)境植物修復(fù)技術(shù).生態(tài)學(xué)雜志.2006，25 (6): 716-721 )。但是，植物修復(fù)技術(shù)也存在著一些缺陷和某些限制性，如極易受環(huán)境條件及植物本身生物學(xué)特性影響、修復(fù)周期較長等。故需采用一些強化修復(fù)措施來提高植物修復(fù)的效率，以期為該技術(shù)的早日完善提供參考。
[0003]在重金屬污染脅迫下，很多植物形成了某種自我保護機制來抵御重金屬離子的危害，如生物合成一系列具有絡(luò)合重金屬離子能力的小分子(檸檬酸鹽，谷胱甘肽，植物絡(luò)合素等)，與游離的重金屬離子絡(luò)合形成毒性較低的復(fù)合物，并將其儲存在植物細(xì)胞的液泡中。其中植物絡(luò)合素是植物體內(nèi)重要的解毒物質(zhì).植物絡(luò)合素是重金屬如N1、Cd、Zn、Te、Au、Hg、Pb、As、Se等脅迫誘導(dǎo)下細(xì)胞質(zhì)液中產(chǎn)生的一類巰基螯合多肽,其中Cd是最強的體內(nèi)誘導(dǎo)因子，且發(fā)揮誘導(dǎo)作用的是細(xì)胞質(zhì)中游離的金屬離子(文獻5:RauSerWE.1995.Phytochelatins and related peptides.Plant Phys1logy, 109:1141-1149)。PCs(Phytochelatins)是一類富含半胱氨酸(cysteine)的多肽，由半胱氨酸、谷氨酸、甘氨酸為原始底物經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)生成。PCs中的Cys巰基可與胞內(nèi)的Cd2+形成配位鍵，進而形成PCs-Cd復(fù)合物，此復(fù)合物對細(xì)胞的毒性已大為降低，此外植物還進一步采取了液泡區(qū)域化作用(compartmentat1n)將復(fù)合物固定在液泡內(nèi)，進一步降低了 CM對植物的毒害作用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種使用效果好、可提高植物修復(fù)效率的鎘污染土壤強化修復(fù)劑及其應(yīng)用。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種鎘污染土壤強化修復(fù)劑，強化修復(fù)劑為左旋還原型谷胱甘肽，其中，按施加的濃度按摩爾計為，左旋還原型谷胱甘肽=0.1-1.0mmol/kg。
[0007]鎘污染土壤強化修復(fù)劑的應(yīng)用，以左旋還原型谷胱甘肽作為超富集植物和/或富集植物的強化修復(fù)劑，用于修復(fù)鎘污染土壤。
[0008]所述強化修復(fù)劑左旋還原型谷胱甘肽于污染土壤中的投加濃度為0.1-1.0mmol/kg 土壤。
[0009]所述強化修復(fù)劑于污染土壤中的投加濃度為每kg 土壤加入0.1-1.0mmol的左旋還原型谷胱甘肽；其土壤是以土層表面0-20厘米深的土層厚度的土壤重量計量的。
[0010]所述污染土壤中重金屬Cd的含量0.3-100mg/kg。所述超富集植物和/或富集植物為龍葵。
[0011]本發(fā)明所具有的優(yōu)點:本發(fā)明于種植龍葵的污染土壤上按0.1-1.0mmol/kg的含量以水混合液的形式混合澆入左旋還原型谷胱甘肽，在龍葵苗期一次性澆入，之后每天視缺水情況正常澆次，使土壤的含水量達(dá)最大持水量的80%，待龍葵成熟時，收獲植物和土壤樣，與沒有投加氨基酸的對照相比，高劑量的左旋還原型谷胱甘肽混合液處理效果最佳，龍葵地上部Cd含量提高了 24.9%-36.2%，顯著地提高了龍葵對鎘的修復(fù)效率。

【具體實施方式】
[0012]實施例左旋還原型谷胱甘肽對鎘污染土壤的強化修復(fù)作用
[0013]1.試驗材料
[0014]根據(jù)東北地區(qū)重金屬污染狀況和水平，確定Cd單一污染處理試驗，Cd投加濃度為10mg/kg，相當(dāng)于國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB15618，1995)三級標(biāo)準(zhǔn)值的10倍。投加的重金屬形態(tài)分別為CdCl22.5H20為優(yōu)級純試劑，以固態(tài)加入到土壤中，充分混勻.與此同時，以不投加重金屬的處理為對照(CK)。修復(fù)植物為龍葵(Solanum nigrum),種子采自中國科學(xué)院沈陽生態(tài)實驗站農(nóng)業(yè)土壤。左旋還原型谷胱甘肽為優(yōu)級純試劑。
[0015]2.試驗方法
[0016]根據(jù)植物體內(nèi)左旋還原型谷胱甘肽合成水平及其在植物體內(nèi)解毒過程中的作用，實驗設(shè)計了左旋還原型谷胱甘肽苗期施加、開花期施加及苗期和開花期均施加的3種不同放加方式，以水混合液的形式澆入，投加濃度范圍為0.1-1.0mmol/kg,共分低劑量
0.4mmol/kg和高劑量0.8mmol/kg兩個水平，具體見表I。另設(shè)I個沒有投加左旋還原型谷胱甘肽的對照，共7個處理，每處理重復(fù)3次，采用液體投加法，一次投加。
[0017]試驗在溫室進行。將供試土壤風(fēng)干后過4_篩，準(zhǔn)確稱量2.5kg 土裝入塑料盆；將龍葵種子播種于苗盤中，待龍葵苗長至3-5片幼葉時，選擇生長一致的龍葵幼苗分別移入各處理盆中，每盆栽6棵幼苗?？刂婆囵B(yǎng)室溫度25-30°C、空氣濕度50%-80%、光照強度350-450umol/m2s、光照時間08:00-17:30。移栽15天后，待苗長至1cm左右時，對應(yīng)各處理分別投加，并根據(jù)盆缺水情況不定期澆自來水，使土壤含水量經(jīng)常保持在田間持水量的80%左右。為防止處理液淋溶滲漏損失，在盆下放置塑料托盤并及時將滲漏液倒回盆中。80天后于植物成熟期采樣(即待龍葵成熟時，收獲植物和土壤樣)。
[0018]表I左旋還原型谷胱甘肽處理水平表(mmol/kg)
[0019]
Wmj左旋還原型谷胱甘肽~
CKO
Tl低劑量
T2高劑量
T3低劑量
T4高劑量
T5低劑量+低劑量
T6高劑量+高劑量
[0020]3.樣品分析
[0021]收獲的植物樣品一部分用于地上部重金屬含量的測定，其余部分分根、莖、葉、果4部分，分別用自來水充分沖洗，然后再用去離子水沖洗，浙去水分，在105°C下殺青30min，然后在70°C下于烘箱中烘至恒重。烘干后的植物樣品粉碎過篩備用，土壤樣品風(fēng)干后過100目篩備用。植物及土壤樣品均采用HNO3-HClO4法消化(二者體積比為3:1)，原子吸收分光光度計法測定Cd的含量，原子吸收分光光度計為日立180-80，鎘的吸收波長為228.8。土壤的有機質(zhì)含量等基本理化性質(zhì)的測定采用常規(guī)的測定方法。
[0022]4.數(shù)據(jù)統(tǒng)計
[0023]所獲數(shù)據(jù)用Microsoft Excel和SPSS16.0進行統(tǒng)計分析,利用Duncan新復(fù)極差檢驗進行差異顯著性檢驗(p〈0.05)。
[0024]5.結(jié)果
[0025]5.1左旋還原型谷胱甘肽對龍葵生長特性的影響
[0026]表2給出了龍葵在室內(nèi)盆栽條件下根與地上部生物量變化情況。從外觀上看，在Cd污染條件下，龍葵正常生長，葉片沒有出現(xiàn)缺綠、枯黃等受脅迫癥狀。與未投加左旋還原型谷胱甘肽的對照相比，左旋還原型谷胱甘肽各濃度水平的處理對植物干重有顯著影響(p〈0.05)，其中T2處理提高了 20%以上。
[0027]表2左旋還原型谷胱甘肽對龍葵生物量的影響
[0028]

處理I根 I地上部
CK 0Γ21 ~~2Λ3~

Tl 0Γ25~2?85~

Τ2 0Γ26~Γθ5~

Τ3 0Γ23~2?76~

Τ4 0Γ24~1799~

Τ5 0Γ23~Γθ3~

Τ6 0Γ25~^38~
[0029]5.2左旋還原型谷胱甘肽對龍葵體內(nèi)吸收Cd的影響
[0030]表3給出了不同左旋還原型谷胱甘肽處理下龍葵根、莖、葉、果4個部分Cd含量。由表3可以看出，與對照相比，各處理根、莖、果及地上部的含量都有不同程度的增加，其中Τ2處理增加的量最大，即最高達(dá)36.2%。
[0031]表3左旋還原型谷胱甘肽對龍葵體內(nèi)Cd積累量的影響(mg/kg)
[0032]
處理I根[I P [I
CK~ 93.2 96.7 159.9 23.9
Tl~ 105.6 120.7 184.8 27.8
T2~121.0 131.7 199.8 32.3
T3~ 101.6 109.1 176.6 26.6
T4~ 106.9 126.4 188.3 27.7
T5~ 100.7 102.2 163.1 247?
T6~ 102.6 116.8 171.4 25.8
【權(quán)利要求】
1.一種鎘污染土壤強化修復(fù)劑，其特征在于:強化修復(fù)劑為左旋還原型谷胱甘肽，其中，按施加的濃度摩爾計為，左旋還原型谷胱甘肽=0.1-1.0mmol/kg。
2.—種權(quán)利要求1所述的鎘污染土壤強化修復(fù)劑的應(yīng)用，其特征在于:以左旋還原型谷胱甘肽作為超富集植物和/或富集植物的強化修復(fù)劑，用于修復(fù)鎘污染土壤。
3.按權(quán)利要求2所述的鎘污染土壤強化修復(fù)劑的應(yīng)用，其特征在于:所述強化修復(fù)劑左旋還原型谷胱甘肽于污染土壤中的投加濃度為0.1-1.0mmol/kg 土壤。
4.按權(quán)利要求3所述鎘污染土壤強化修復(fù)劑的應(yīng)用，其特征在于:所述強化修復(fù)劑于污染土壤中的投加濃度為每kg土壤加入0.1-1.0mmol的左旋還原型谷胱甘肽；其土壤是以土層表面0-20厘米深的土層厚度的土壤重量計量的。
5.按權(quán)利要求2所述鎘污染土壤強化修復(fù)劑的應(yīng)用，其特征在于:所述污染土壤中重金屬Cd的含量0.3-100mg/kg。
6.按照權(quán)利要求2所述鎘污染土壤強化修復(fù)劑的應(yīng)用，其特征在于:所述超富集植物和/或富集植物為龍葵。
【文檔編號】B09C1/08GK104138894SQ201310167642
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月8日
【發(fā)明者】魏樹和, 焦洪靜, 詹杰 申請人:中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所