[发明专利]冷等离子体种子处理方法在强化植物修复镉污染土壤中的应用

说明书

冷等离子体种子处理方法在强化植物修复镉污染土壤中的应用，该应用可以提高修复植株中Cd含量、增强修复植物对土壤Cd的富集能力，起到强化植物对土壤Cd污染修复效率的作用。冷等离子体种子处理可使修复植物龙葵、鬼针草和白三叶草在镉污染浓度为3.02 mg/kg土壤中生长收获后，地上部植株中Cd含量分别增加18.36~43.42%、3.76~9.35%和15.06~57.31%；植物对土壤Cd的富集系数分别增加0.39~5.75%、0.37~2.41%和1.06~5.40%；对土壤Cd修复效率分别提高7.95~15.56%、0.03~7.65%和0.17~8.75%。

技术领域

本发明属于冷等离子体种子处理方法的应用，具体涉及一种冷等离子体种子处理技术强化植物修复土壤镉的效率，拓展其在植物修复重金属污染土壤方面的新用途。

背景技术

等离子体是一种高能量的物质聚集态，其中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子、光子和自由基等活性粒子。利用等离子体处理作物种子是近几年来的一个新兴的物理农业工程技术，具有成本低、操作简单、无污染等优点。等离子体处理种子原理：利用等离子体发生器激励产生等离子体能量，改变种子内部机理，同时通过等离子体能量的刺激和臭氧的强氧化作用杀死种子表面的细菌，提高作物品种质量，增强作物抗逆能力。国内的研究证明水稻、小麦、油菜等农作物种子经过等离子体处理后，种子活力增强，促进种子萌发和作物生长，提高产量。玉米、大葱、苜蓿种子经过等离子体处理提高了田间长势，增强了作物对冻害、水分胁迫和盐胁迫的抗性。国外研究证明，低温等离子体处理可以激活种子胚内生命物质，并使种皮相对软化，加快种子萌发和出苗速度，表现出一定的增长效果，同时起到抗旱、抗寒、防病等作用。

随着工业化和城市化的推进，土壤重金属污染已成为中国普遍存在的问题，其中以镉(Cd)污染最严重。据2014年我国发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，Cd污染点位超标率为7.0％，其中Cd污染耕地约530万公顷。土壤中Cd的过量积累将导致作物对Cd的吸收量增加，并且会通过食物链进入到人体，威胁人体健康。土壤Cd污染问题已经严重影响到我国农业的健康发展和部分地区的粮食安全，因此，Cd污染土壤修复问题刻不容缓。

土壤的Cd污染治理方法主要有物理、化学和生物方法。物理方法对于大面积的污染土壤需要花费大量人力财力，并且客土换土只是转移污染物，并未彻底消除污染。化学方法通过在污染土壤中施加化学药剂以降低土壤中Cd的生物有效性，但对土壤中的Cd也没有彻底移除，土壤中Cd总量不变，且化学药剂的施用易导致土壤理化性质发生变化，减弱土壤肥力。生物方法中的植物修复，与传统的物理化学方法相比，虽然修复周期长，但是造价低，修复彻底且对土壤环境扰动小，植物收割集中处理回收重金属，可减少二次污染并兼具经济效益，更适合于大面积农田Cd污染修复。研究发现，十字花科植物天蓝遏蓝菜、龙葵(Solanumnigrum L.)、东南景天(Sedumaffredii H.)、鬼针草等可富集Cd。针对修复植物生物量低、个体矮小、生长缓慢等局限性，如何有效提高植物的生物量，提高植物的吸收、转动能力，从而提高修复效率，是植物修复技术能否得以大面积推广应用的关键。

目前研究较多的强化植物修复的技术主要有化学调控技术、植物-微生物联合修复技术、基因工程技术和农艺调控技术等。化学调控技术主要是通过添加螯合剂、表面活性剂、酸碱调节剂、有机物料等外来物质，改变重金属的赋存形态及生物有效性等，最终强化植物对重金属的吸收。植物-微生物联合修复是利用土壤—微生物—植物的共存关系，充分发挥植物与微生物修复的各自优势，弥补单一方法修复的不足，提高土壤重金属污染的植物修复效率。基因工程技术是利用基因工程改良植物，调整植物吸收、运输和富集重金属的能力及对重金属的耐受性，提高植物修复效率。农艺调控措施主要通过育种技术对超富集植物进行性能改进，通过叶面喷施营养试剂，合理水肥供应、缩短修复周期等措施，人为调控植物的生育状况，改善植物的生长发育状况，改进植物的吸收性能，从而提高植物的修复效率。上述强化技术虽然在不同程度上都能提高植物对土壤Cd的修复效率，但也存在着化学添加物引起的二次污染、转基因植物存在潜在的生态风险、微生物与植物及土壤之间适应性差等问题。