一种利用花卉植物紫茉莉修复Sn污染土壤的方法

摘要

一种利用花卉植物紫茉莉修复Sn污染土壤的方法，将培育的紫茉莉幼苗种植于Sn污染土壤中，利用紫茉莉的吸收和代谢功能对土壤中的Sn污染物进行吸收、富集和稳定，当紫茉莉结籽时，将其从土壤中连根移出，重复实施该步骤即可实现去除土壤中Sn污染物的目的。本发明的优点是：紫茉莉在生长、发育、开花和结果整个生长阶段，都表现出良好的耐Sn性特征，地上部积累Sn含量均高于70mg/kg，各浓度梯度条件下其转移系数均大于1.0，具备Sn超积累植物的部分特征；该方法工程量小、治理成本低、可美化环境且不破坏土壤基本理化性质，有利于大规模推广应用，筛选Sn超积累植物对植物修复种质资源库的建立和资源回收利用具有重大意义。

权利要求

1.一种利用花卉植物紫茉莉修复Sn污染土壤的方法，所述Sn污染土壤是指Sn含量为

100mg/kg～2000mg/kg的Sn污染土壤，其特征在于具体步骤如下：

1)将紫茉莉种子用H2O2水溶液浸泡10-15min，然后用蒸馏水清洗2-4次，用滤纸吸干备用；

2)将处理后的紫茉莉种子播撒在装有无污染土壤的育苗盘中，将育苗盘放入人工气候培养箱中培养；

3)待幼苗长至4-6片真叶时，取高度和长势一致的幼苗分别向每个装有Sn污染土壤的花盆中移栽，每盆各栽2株，重复3次，各重复间栽的苗数一致，摆放时随机分组，根据盆中土壤的缺水状况不定期浇水使土壤含水量保持在60％-70％，在花盆下放置塑料托盘；

4)待植物结籽后收获并拔出植株；

5)重复步骤3)和4)，使土壤中的Sn污染物含量达到环境标准。

2.根据权利要求1所述利用花卉植物紫茉莉修复Sn污染土壤的方法，其特征在于：所述H2O2水溶液的体积百分比浓度为0.5％-1％。

3.根据权利要求1所述利用花卉植物紫茉莉修复Sn污染土壤的方法，其特征在于：所述人工气候培养箱的培养条件为干球温度21±1℃、湿球温度25℃、光期10h、光强3000LX。

说明书

一种利用花卉植物紫茉莉修复Sn污染土壤的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及锡(Sn)污染土壤的治理方法，具体地讲是一种利用花卉植物紫茉莉(Mirabilis Jalapa L.)修复Sn污染土壤的方法。

背景技术

[0002] 锡(Sn)，一种略带蓝色的低熔点金属元素，在化合物内是二价或四价，不会被空气氧化，主要以二氧化物(锡石)和各种硫化物(例如硫锡石)的形式存在。Sn是大名鼎鼎的“五金”-金、银、铜、铁、锡之一。金属Sn柔软，易弯曲，熔点231.89℃，沸点2260℃。在空气中Sn的表面生成二氧化锡保护膜而稳定，加热下氧化反应加快；Sn与卤素加热下反应生成四卤化锡；也能与硫反应；Sn对水稳定，能缓慢溶于稀酸，较快溶于浓酸中，也能溶于强碱性溶液；在氯化铁、氯化锌等盐类的酸性溶液中会被腐蚀。

[0003] 金属Sn可以用来制成各种各样的锡器和美术品，如锡壶、锡杯、锡餐具等。它的一个重要用途是用来制造镀锡铁皮(马口铁)。一张铁皮一旦穿上锡的“外衣”，既能抗腐蚀，又能防毒。[参见文献：曹斌，卢静，夏建新.2007.重金属Sn的测定方法综述.中央民族大学学报(自然科学版)，16(4)：351～355]。目前，镀锡铁皮不仅广泛用于食品工业上，如罐头工业，而且在军工、仪表、电器以及轻工业的许多部门都有它的身影。

[0004] Sn的化合物在工业上也有广泛的用途，如二氧化锡在陶瓷工业中用作釉的颜料和遮光剂、工业催化剂；氯化亚锡用作超高压润滑油、漂白剂；四氯化锡用于毛织品的阻燃剂、军事上用来制成烟雾弹[参见文献：北京有色工程设计研究院.重金属-锡.中国有色冶金，2005，2：51～52]；硫酸亚锡主要用于锡电镀工艺中。锡的有机化合物对塑料加工起稳定作用，对生物、细菌有防腐作用，广泛用于船舶的防污涂料[参见文献：吕华东，林麒.2007.有机锡污染及其毒性作用研究现状.海峡预防医学杂志，13(3)：27～29；Douglas Mountfort，Olivier Laczka，Claire Debarnot，et al，2007.Use of protoplasts from paired heterogenic bacterial species to detect tin contaminants：prospects for biosensor development.Biosensors and Bioelectronics.22：1251～1259.]。

[0005] Sn的广泛应用促使锡矿大量开采，随即导致Sn及其化合物污染问题日趋紧迫；在锡矿开采、冶炼过程中存在资源利用有限、废渣中复合重金属污染土壤和地下水、锡尘对人体肺部和呼吸系统造成严重危害等环境问题亟待解决。然而当前，对Sn及其化合物污染土壤的治理和修复研究甚少，尤其是Sn超积累植物的筛选还是一个国际空白。

[0006] Pinel-Raffaitin 等 人 [ 参 见 文 献：Pinel-Raffaitin P.，Amouroux D.，LeHechoI.，Rodriguez Gonzalez P.et al，2008.Occurrence and distribution of organotin compounds in leachates and biogases from municipal landfills.Water Research，42：987～996.]研究了城市垃圾填埋池的渗滤液和生物沼气中有机锡的发生和分配；使用三种不同的分析方法测定离子态和挥发态有机锡化合物在两个垃圾填埋池中的浓度。结果表明潮湿的沉积物能够稀释渗滤液，同时改变有机锡化合物甲基化作用或乙基化的机理。Christophe Marcic等人[参见文献：Marcic C.，Le Hecho I.，Denaix L.，Lespes G， 2006.TBT and TPhT persistence in a sludged soil.Chemosphere，65：2322～2332]研究了三丁基锡(TBT)和三苯基锡(TPT)在土壤中的持久性，将有机锡化合物通过添加城市污泥引种到土壤中，并将污泥的数量、TBT和TPT的浓度以及土壤pH考虑进去。结果表明三丁基锡在土壤中的持久性取决于其在污泥中的初始浓度，当污泥被适当浓度的有机锡化合物污染时，pH对TBT和TPT的持久性没有影响。

[0007] 当前，大多数研究是围绕有机锡的毒性及其对海洋的污染以及有机锡的发生和分配；在植物修复方面，主要研究利用植物修复Cd、Pb、Zn、Cr、As等重金属或石油烃污染土壤[参见文献：Pendergrass A，Butcher D J，2006.Up take of lead and arsenic in food plants grown in contaminated soil from Barber Orchard N C.Microchemical Journal，83(1)：14 ～ 16；Zhineng Zhang，Qixing Zhou，Shengwei Peng et al，2010.Remediation of petroleum contaminated soils by joint action of Pharbitis nil L.and its microbial community.Science of the Total Environment，408：5600 ～5605；Shengwei Peng，Qixing Zhou，Zhang Cai et al，2010.Remediation of petroleum contaminated soils by Mirabilis Jalapa L.in a greenhouse plot experiment.Journal of Hazardous Materials，168：1490～1496.]，对Sn污染物及其无机锡污染土壤的植物修复未见报道，Sn在土壤中过量时对植物的毒害作用、植物对Sn的耐受浓度限值和对Sn的积累特征研究目前尚未开展。

[0008] 鉴于上述问题，本课题选用花卉植物作为修复方法，研究花卉植物对土壤中Sn污染物的耐性和积累特征，探索Sn的极限浓度对花卉植物的毒性作用。目标是筛选和发现对土壤中的Sn污染物具有强耐受能力和富集能力的花卉植物，并且通过植株的整个生长过程能较有效地修复土壤中的Sn污染物。

发明内容

[0009] 本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种利用耐性强、普遍生长和价格低廉的利用花卉植物紫茉莉(Mirabilis Jalapa L.)修复Sn污染土壤的方法。

[0010] 本发明的技术方案：

[0011] 一种利用花卉植物紫茉莉修复Sn污染土壤的方法，具体步骤如下：

[0012] 1)将紫茉莉种子用H2O2水溶液浸泡10-15min，然后用蒸馏水清洗2-4次，用滤纸吸干备用；

[0013] 2)将处理后的紫茉莉种子播撒在装有无污染土壤的育苗盘中，将育苗盘放入人工气候培养箱中培养；

[0014] 3)待幼苗长至4-6片真叶时，取高度和长势一致的幼苗分别向每个装有Sn污染土壤的花盆中移栽，每盆各栽2株，重复3次，各重复间栽的苗数一致，摆放时随机分组，根据盆中土壤的缺水状况不定期浇水使土壤含水量保持在60％-70％，在花盆下放置塑料托盘；

[0015] 4)待植物结籽后收获并拔出植株；

[0016] 5)重复步骤3)和4)，使土壤中的Sn污染物含量达到环境标准。

[0017] 所述H2O2水溶液的体积百分比浓度为0.5％-1％。

[0018] 所述人工气候培养箱的培养条件为干球温度21±1℃、湿球温度25℃、光期10h、光强3000LX。

[0019] 本发明的主要创新点在于探索被污染物Sn污染的土壤的治理方法，实施方法是通过在Sn污染土壤上种植紫茉莉，利用紫茉莉的吸收和代谢功能对土壤中的Sn污染物进行吸收、富集和稳定，当紫茉莉到成熟期时，将植物从土壤中连根移出，实现去除土壤中Sn污染物的目的。本发明采用的花卉植物紫茉莉是通过预实验从多种花卉植物中筛选得到的。当前国内外还没有Sn及其无机锡污染土壤的植物修复技术研究和相关报道。对于含高浓度Sn的土壤污染状况和Sn对生物的毒害作用研究更是少之又少。

[0020] 本发明的优点和积极效果是：通过在锡污染土壤上种植花卉植物紫茉莉这种超富集植物，达到修复土壤中Sn污染物的目的。本发明采用的花卉植物紫茉莉是通过预实验从多种花卉植物中筛选得到的，花卉植物紫茉莉耐性强、易于生长和培育，同时治理成本低、可美化环境且不破坏土壤基本理化性质，有利于大规模推广应用；筛选Sn超积累植物对植物修复种质资源库的建立和资源回收利用意义重大，同时也为Sn在土壤中的环境标准奠定了基础。

附图说明

[0021] 图1为紫茉莉富集系数。

[0022] 图2为不同Sn浓度梯度处理紫茉莉地上部Sn的累积量(ug/盆)和提取率(％)。

具体实施方式

[0023] 实施例：

[0024] 紫茉莉富集Sn污染物的盆栽实验

[0025] 盆栽实验地点设在某市中心花园，其海拔为2～5m，实验场地周围没有重金属污染源，属暖温带半湿润大陆性季风气候，四季明显，实验场地周围没有重金属污染源。实验用土取自花园土壤，土壤中未检测出Sn。

[0026] 该利用花卉植物紫茉莉修复Sn污染土壤的方法，具体步骤如下：

[0027] 1)将紫茉莉种子用体积百分比浓度为1％的H2O2水溶液浸泡15min，然后用蒸馏水清洗3次，用滤纸吸干备用。

[0028] 2)将处理后的紫茉莉种子播撒在装有无污染土壤的育苗盘中，将育苗盘放入人工气候培养箱中培养，培养条件为干球温度21±1℃、湿球温度25℃、光期10h、光强3000LX，待幼苗长至4-6片真叶时，取长势高度一致的幼苗作为实验用幼苗。

[0029] 3)同时对Sn污染土壤进行平衡

[0030] 取前述风干花园土壤过5目筛后，装入直径为12cm的花盆，每盆装1200g土壤，并将固态分析纯SnCl2·2H2O加入花盆中与土壤充分混合均匀。参照我国国家土壤环境质量标准，即Sn在土壤中的背景值为：算术平均值2.6mg/kg、几何平均值2.3mg/kg；此外，资料显示云南个旧锡矿山场地污染Sn含量为1000-2000mg/kg。根据上述参考值，设置实验花盆土壤中的Sn含量(以SnCl2·2H2O计)分别为100mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg、2000mg/kg并分别标记为T1、T2、T3、T4，并设置参照对象并用CK表示，共计5个Sn含量水平。将SnCl2·2H2O与花盆中的实验土壤混合均匀后喷施清水并平衡三周，作为模拟不同浓度的重金属Sn污染土壤。

[0031] 将实验用幼苗分别移栽到每个装有Sn污染土壤的花盆中，每盆各栽2株，重复3次，各重复间栽的苗数一致，摆放时随机分组，根据盆中土壤的缺水状况不定期浇水使土壤含水量保持在60％-70％，为防止污染物淋溶渗漏损失，在花盆下放置塑料托盘。

[0032] 4)待植物结籽后收获并拔出植株，鉴于重金属稳定和难迁移，收获后的紫茉莉可以作为观赏植物出售，避免二次污染。

[0033] 5)重复步骤3)和4)四次后，土壤中的Sn污染物含量已达到环境标准。

[0034] 利用紫茉莉修复Sn污染土壤的实验研究方法：

[0035] 待植物成熟，收获植株，测定株高。用自来水充分冲洗以去除粘附于植物样品上的泥土和污物，然后再用蒸馏水冲洗，沥去水分，在105℃下杀青半小时，70℃烘干，称量茎、叶、花和根干重。测后再将茎、叶、花和根分别粉碎研磨成粉末状，用微波消解法消解植物样品。分别称取0.25g植物样品放入消解罐中，加入6mL浓HNO3和1mLH2O2混合液预反应2小时，再放入微波消解仪进行三步消解。待消解完全后，冷却静置待消解液无黄烟，定容到10mL容量瓶后，用0.45um微孔滤膜过滤。用原子吸收分光光度计(AA240FS，VARIAN)测定
2+
植株体内各部分总Sn 含量，测量波长235.5nm。实验结果如下：

[0036] 1)不同处理浓度下紫茉莉对Sn污染土壤的耐受性，表1为不同浓度Sn污染土壤对紫茉莉生长的影响。

[0037] 表1

[0038]

[0039] 由表1可以看到，紫茉莉的株高与空白相比没有显著的变化(p＜0.05)，并且在T1处理条件下，株高反而增加。说明Sn在一定浓度下表现出对植物生长的诱导和促进作用。从CK到T4处理，株高出现先增加后减小的趋势。紫茉莉地上部生物量随着Sn浓度的增加没有出现显著降低或者增加，变化不明显，其大致趋势与株高相似，呈现先上升后下降的趋势。

[0040] 植物的根部对修复重金属污染土壤来说非常重要[参见文献：Jianv Liu，Qixing Zhou，Tiehang Song et al，2008.Growth responses of three ornamental plants to Cd and Cd-Pb stress and their metal accumulation characteristics.Journal of Hazardous Materials，151(1)：261～267.]。对于超积累植物，根系越发达，与土壤接触面积越大，富集重金属的含量越多。因此，根部生物量也是判断植物对污染土壤的耐受性和富集特征的重要指标。虽然根部直接接触Sn污染土壤，但在T1～T4处理中紫茉莉与对照相比，根部生物量并没有显著下降(p＞0.05)。

[0041] 综合花卉株高、地上部生物量和根部生物量可知，Sn对紫茉莉的生长影响较小，其对Sn具有比较强的耐性。

[0042] 2)盆栽实验中花卉对Sn的富集特征，表2为紫茉莉各器官对Sn的积累浓度特征。

[0043] 表2

[0044]

[0045] 从表2可以看到，各浓度梯度下，紫茉莉地上部的Sn含量明显大于根部含量，转移系数从T1到T4处理均大于1，最大值可达4.36，表现出极强的转运能力；紫茉莉花部积累Sn的浓度最高。因此可以通过农化措施提高花部的生物量来达到修复Sn污染土壤的效果。图1是紫茉莉的富集系数，由图可以看到，紫茉莉的富集系数只在T1处理时大于1，其他处理浓度均小于1；并且富集系数随着Sn浓度的增大逐渐减小。紫茉莉对Sn的积累特性部分符合了超积累植物的标准。

[0046] 图2是各Sn浓度梯度下紫茉莉地上部Sn的累积量(ug/盆)和提取率(％)，对于超积累植物来说，地上部是其累积重金属的主要部位，地上部重金属累积量(地上部重金属含量×地上部干重)是衡量其提取修复能力的重要指标[文献12：王林.超积累观赏植物筛选及生态修复强化技术研究：[博士学位论文].沈阳：中国科学院沈阳应用生态研究所，2008]。紫茉莉随Sn浓度的增加累积量先降低后升高再降低，T4处理下的累积量仍比T1处理要高，在T3时达到了最大值476.86ug/盆。

[0047] 重金属提取率(metal extraction ratio，MER)也可用来评价超积累植物或富集植物修复重金属污染土壤的能力，它是指植物地上部积累重金属的量与土壤中同种重金属量的比值[参见文献：Mertens J，Luyssaert S，Verheyen K，2005.Use and abuse of trace metal concentrations in plants tissue for biomonitoring and phytoextraction.Environmental Pollution，138(1)：1～4.]，

[0048]

[0049] 紫茉莉地上部Sn提取率随土壤中Sn投加量升高而逐步降低，地上部Sn提取率变化与其地上部干重的变化规律相近。说明植物生长受到一定抑制，地上部生物量减少是Sn提取率下降的主要原因之一。因此，植物的耐性强弱对于其提取效率的影响较大，不仅只与植物体Sn浓度有关，耐性强时修复效率要高一些。