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一种利用钻叶紫菀修复镉污染水体及湿地的方法与流程

花匠小妙招
2025-07-23 21:27

本发明涉及水体及湿地污染修复领域，具体涉及一种利用钻叶紫菀修复镉污染水体及湿地的方法。

背景技术：

随着全球工农业生产及经济的迅速发展，水资源的污染问题日益严重。大量研究发现，水体重金属污染在我国已经成为一种普遍现象。重金属污染在水体污染中占据了相当大的比例，重金属毒性较大易在生物链中富集和扩大。因此水中重金属污染问题已经严重危害到生态环境和人类的生命健康。环境中的重金属污染主要来自工农业的生产活动，如金属矿砂的开采冶炼、污水灌溉、化肥和农药的滥用等。

镉是普遍存在于水体环境中的一种重金属，其对动植物的毒性较强，直接或间接地危害到人类健康，越来越受到人们的广泛关注。当前常用的废水重金属处理净化技术主要有物理处理法、化学处理法和生物处理法。

植物修复是生物处理法中的一种，植物修复法是指将某种特定的植物直接种植在浅水区、采用沉水植物固定箱或生态浮板技术将植物固定在水底或水面，该种植物对水中的重金属污染物具有特殊的吸收累积富集能力，将植物收获并进行妥善处理，如灰化处理或作为原料进行重金属的提取后即可将该重金属从水体中去除，达到治理污染与生态修复的目的。植物修复是一种绿色生物技术，它高效价廉、适应性好、吸附量大、操作简单、不易造成二次污染，且能选择性去除低浓度重金属，高效、低成本，具有显著而独特的环境生态效益，成为生态环境科学领域研发的焦点与热点。

目前已开发出可用于修复水体重金属cd污染的植物主要包括轮叶黑藻、苦草、狐尾藻、菹草、菖蒲、芦苇、金鱼藻、伊乐藻等，但目前尚未有将钻叶紫菀应用于修复镉污染水体及湿地的报道。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：提供一种利用钻叶紫菀修复镉污染水体及湿地的方法。所述方法操作简单，成本低，可以有效净化水质。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用钻叶紫菀修复镉污染水体及湿地的方法，包括以下步骤：

(1)将钻叶紫菀幼苗用生态浮板固定至被镉污染的水面或直接移栽至被镉污染的湿地，或将钻叶紫菀种子直播至被镉污染的湿地；然后施加肥料供其生长发育；

(2)钻叶紫菀植株生长旺盛期过后收割地上部分，收割的钻叶紫菀移出集中处理；

(3)重复步骤(2)直到钻叶紫菀生长季结束，连根拔出钻叶紫菀集中处理。

进一步地，所述钻叶紫菀为菊科紫苑属植物钻叶紫菀astersubulatusmichx.。

进一步地，步骤(1)中，所述钻叶紫菀幼苗苗高为7-10cm。

进一步地，步骤(1)中，所述钻叶紫菀幼苗移栽在水体或湿地的株行距为20-30厘米×20-30厘米。

进一步地，步骤(1)中，所述肥料为植物营养液、三元复合肥、腐熟厩肥或饼肥。

进一步地，步骤(2)中，所述钻叶紫菀植株生长旺盛期过后收割地上部分，留茬3-5cm。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中的钻叶紫菀(astersubulatusmichx.)，又名剪刀菜、白菊花、土柴胡、九龙箭、钻形紫菀，属菊科紫菀属植物的一种。原产北美洲，生于潮湿圭壤等地，广泛分布于广西、广东、江苏、浙江、江西、湖南、福建等地，钻叶紫菀是生长速度快、生物量大、抗逆性强，易于成活，可进行直接移栽或将种子直播生长，其整个生长过程中不需要进行特殊管理。

发明人多年来一直从事环境中重金属污染修复调控研究工作，经试验研究发现菊科紫苑属植物钻叶紫菀(拉丁名为astersubulatusmichx.)，对水体和湿地等环境中的重金属cd具有一定的吸收累积富集特性。

本发明充分利用了钻叶紫菀对重金属cd的富集特性，将其幼苗移栽或将其种子直播至被重金属污染的水体或湿地，菊科紫菀属钻叶紫菀利用其根系将cd吸附至其根部，然后通过生长作用，将根部的重金属再转移至植物地上部分，待地上部分形成一定生物量时进行定期留茬收割或连根一起整株收获后再种植，其种子随风扩散能力强，自然繁殖生长快速，年生长周期长，能有效降低污染水体或湿地中的cd含量，从而达到修复污染水体或湿地中cd含量的目的，所述方法操作简单，成本低，可以有效净化水质，适合大面积推广应用。

【附图说明】

图1为不同cd梯度浓度处理下钻叶紫苑生物量(干重)，a、b为差异显著性标注。

【具体实施方式】

实施例1

本实验设在广西农业科学院科研试验核心区网室大棚中进行。

将选取的钻叶紫苑种子播撒于塑料育苗框砂层中，加入超纯水保持砂层湿润，待种子发芽后淋加含少量复合肥的水供其生长发育。

选取大小一致的钻叶紫苑幼苗，用超纯水冲洗根部，移植于装有洗净的细砂塑料桶，每桶装沙厚度10cm，每桶3棵钻叶紫苑幼苗，用营养液(营养液及其配制使用方法与下述参考文献一致，参考文献：王天顺,陈伟,杨玉霞,廖洁,蒋翠文,蒋文艳,莫磊兴.镉胁迫条件下硅对果蔗幼苗生长及镉吸收的影响.西南农业学报,2017,30(8):1899-1903.)浇灌，保持营养液水面没过砂层2-3cm，培养15天后，施加系列cd梯度浓度溶液，每个浓度3次重复，施加的重金属形态为分析纯的cdcl2·2.5h2o。施加cd梯度浓度为t0(0mg/l)、t1(2.5mg/l)、t2(5.0mg/l)、t3(10.0mg/l)、t4(15.0mg/l)、t5(20.0mg/l)、t6(30.0mg/l)。生长期间定期施加cd梯度浓度溶液，保持水面没过砂层2-3cm，50d后全株收获时，钻叶紫苑叶片、根系均未发现毒害现象，据此可见在cd浓度大于30.0mg/l一定范围内时，钻叶紫苑依然可以存活。将其地上部、根部分别烘干称重计算全株(根、茎、叶)生物量，并采用石墨炉原子吸收光谱仪测定钻叶紫苑中cd含量。

不同处理钻叶紫苑生物量如图1所示，a、b为差异显著性标注。与t0处理相比，t1-t6处理受cd影响钻叶紫苑生物量均有一定幅度下降，降幅范围在8.10％-19.19％，t2降幅最大。当cd浓度为5mg/l、15mg/l、20mg/l、30mg/l时，钻叶紫苑生物量下降明显(p<0.05)，说明钻叶紫苑的生长会受到一定程度的抑制。与t1处理相比，不同cd梯度浓度处理间钻叶紫苑生物量差异不显著(p<0.05)，表明钻叶紫苑对cd耐性较强。

表1.不同cd浓度处理条件下钻叶紫菀对cd的富集特征

表1结果表明，加cd处理时，钻叶紫菀地上部、根、全株cd吸收累积富集量随培养液中cd浓度的升高而升高。地上部cd含量为8.9mg/kg-93.4mg/kg，根中cd含量为72.4mg/kg-1039.0mg/kg，全株cd含量为23.7mg/kg-344.2mg/kg。

实施例2

2017年6月下旬，采用直接移栽方式，自然条件下，在重金属cd污染的排污口附近湿地中种植菊科紫苑属植物钻叶紫菀(astersubulatusmichx.)，移栽的钻叶紫菀幼苗苗高为7-10cm，株行距为25厘米×25厘米，施加三元复合肥供其生长发育；75天后收割植物的地上部分，留茬3-5cm，测得其地上部重金属cd含量为76.2mg/kg。对从湿地中收割的钻叶紫菀进行集中灰化处理，然后将灰烬安全填埋或者作为原料进行cd的提取。

实施例3

2018年4月上旬，采用直播方式，自然条件下，在重金属cd污染的排污口附近湿地中种植菊科紫苑属植物钻叶紫菀(astersubulatusmichx.)，直播株行距为20厘米×30厘米，施加腐熟厩肥供其生长发育；4个月后收割植物的地上部分，留茬3-5cm，测得其地上部重金属cd含量为71.9mg/kg。对从湿地中收割的钻叶紫菀进行集中灰化处理，然后将灰烬安全填埋或者作为原料进行cd的提取。

实施例4

2018年5月上旬，采用直接移栽方式，自然条件下，将菊科紫苑属植物钻叶紫菀(astersubulatusmichx.)幼苗用生态浮板固定至被镉污染的水面，移栽的钻叶紫菀幼苗苗高为7-10cm，株行距为25厘米×25厘米，施加三元复合肥供其生长发育；75天后收割植物的地上部分，留茬3-5cm，测得其地上部重金属cd含量为45.4mg/kg。对收割的钻叶紫菀进行集中灰化处理，然后将灰烬安全填埋或者作为原料进行cd的提取。

综合钻叶紫苑对cd的耐性及富集能力来看，钻叶紫苑对cd具有吸收累积富集特性，对cd污染水体或湿地具有修复能力。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。