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一种活化剂联合植物修复重金属污染土壤的方法与流程

花匠小妙招
2024-11-10 05:24

本发明涉及重金属污染土壤的防治技术，特别涉及一种活化剂联合植物修复重金属污染土壤的方法。
背景技术：
：目前，土壤重金属污染严重，土壤中的重金属cd还会通过食物链影响人类健康。因此，土壤重金属污染急需治理，特别是对镉污染土壤进行修复显得尤为迫切。植物修复通常指在重金属污染的土壤上种植对该污染物有富集作用的植物，待植物通过自身生长代谢活动吸取土壤重金属后，将植物收获并进行后续处理(如灰化回收等)，从而取得一定修复效果的方法。植物修复通常包括：植物提取、植物挥发和植物稳定。目前，植物修复技术作为一种新兴的修复方法，具有治理过程的原位性、效果的永久性、经济性、后期处理简易性和美学与环境的兼容性等诸多优势，但同时也存在由于重金属的毒害作用而抑制植物生长，使生物量降低，修复周期延长的技术瓶颈。此外，由于土壤中重金属的低生物有效性低，导致重金属不易被植物吸收也是制约植物修复效率的关键因素。为了提高重金属镉污染土壤的修复率，土壤中添加有活化剂以促进植物吸收土壤中其他形态的重金属镉。活化剂进入土壤后，可增加土壤重金属生物有效性，促进植物对土壤重金属的积累。然而，传统的螯合剂、无机酸等作为活化剂使用时虽能有效降低土壤重金属含量，但同时也可能会造成土壤理化性质和生物结构的破坏，导致土壤养分流失，植物不能正常生长。技术实现要素：发明目的：本发明目的是提供一种采用活化剂联合重金属植物种植，提高修复重金属污染土壤效率的方法。技术方案：本发明提供一种活化剂联合植物修复重金属污染土壤的方法，包括如下步骤：(1)种植：在已污染的土壤上种植重金属富集植物；(2)活化：对污染土壤喷施柠檬酸水溶液；(3)收割：分别收割植物的地上部分和地下部分；(4)后续处理：将收获的地上部分和地下部分进行消解，提取重金属，重复实施活化步骤和/或收割步骤，即可。上述技术方案中通过在污染的农田土壤中添加可生物降解的柠檬酸作为重金属活化剂，不仅可以降低土壤ph，增加重金属的活性和移动性，还可以通过分子结构羧基的络合作用，与金属离子形成可溶性络合物，降低土壤颗粒对重金属离子的吸附作用。作为一种高效的重金属活化剂，有机酸包括柠檬酸等可以与fe形成内层环形的表面配合物，电子向中心fe离子转移导致fe与土壤晶格的成键作用减弱，促进fe的溶解。fe-mn等结合态的重金属作为一个整体被释放，因而添加柠檬酸可增加重金属的去除。柠檬酸溶液可以淋出铬、锰、汞、铅、镉、铅、铜、锌等多种金属，柠檬酸的添加改变了土壤重金属形态，增加土壤重金属生物有效性，从而促进植物对土壤重金属的积累，并与生长速度快、生物量大的植物联合，不仅可以大大降低活化剂及漂洗水用量，降低使用活化剂活化淋出土壤重金属易造成地下水污染等环境风险，降低土壤修复成本，还能提高污染修复速度。进一步地，所述步骤(1)中的重金属为镉。土壤中镉的污染较为普遍，对植物的影响较大，采用本发明的方法修复效果显著。有益效果：本发明能够实现对镉等重金属污染土壤进行有效修复，在不破坏土壤生态环境和现有种植功能前提下，实现对镉污染土壤的原位修复、保障农产品安全的目的。本发明降低了土壤修复成本，单纯植物修复周期短且不吸取重金属，对于提高植物修复技术在重金属污染土壤修复领域的应用范围具有重要意义。具体实施方式实施例1供试土壤来自东南大学九龙湖校区西门外田园土，该地区土壤ph为6.89，属弱酸性土壤，有机质含量较低，为10.49g·kg-1，风干后过2mm筛，外源添加cdcl2和醋酸铅使土壤镉、铅含量分别达到表1中的要求，以模拟土壤不同程度的铅、镉复合污染。各处理组土样充分混合后，将土壤含水量调节至田间持水量的60％，陈化一段时间后，作为模拟镉、铅污染土壤。盆栽实验在温室内进行。采用上、下口径(内径)分别为21cm、13cm和高是12cm的塑料盆作为培养钵，每盆装入风干过2mm尼龙筛的供试土壤1.5kg。同时施入基肥(np2o5k2o＝200：200：132mg/kg，以0.43g·kg-1尿素，0.39g·kg-1kh2po4施用)也可以施加其他有机肥，加入一定量的去离子水，使土壤水分达到最大田间持水量的60％左右，温室平衡两周后，将黑麦草草种直接埋种于盆中，种子上层盖土2～3mm。等草种出苗后间苗，保证每盆植物数量相等，在植物收割前两周添加筛选活化剂，收获后测定植物生物量及其不同器官重金属含量，并测定土壤重金属浓度。每个样品重复三次。上述重金属富集植物的种植模式是春种秋收或秋种夏收模式。表1模拟污染土壤重金属含量处理pb(mg/kg)cd(mg/kg)低污染5000.6中污染10001.2重污染15001.8表2活化剂对黑麦草不同部位富集系数与转移系数的影响由表2可知，黑麦草根系对cd的富集能力很高，均超过1，而茎叶富集系数较低，但施加活化剂均有效促进了黑麦草根系和茎叶对cd的富集系数；黑麦草对pb具有一定的富集潜力，但其地上部分分与地下部分分对pb的富集系数均小于1。低污染时，柠檬酸促使黑麦草对pb的富集系数增强，到中污染时，由于对照组植物根系铅含量较低，其对黑麦草体内转运蛋白破坏作用较小，而柠檬酸促使根系大量吸收pb而对转运蛋白破坏作用较强，到高污染时，由于对照组根系中pb富集系数达到0.48，导致转运蛋白结构遭到严重破坏，使得转运系数显著降低，而柠檬酸的添加使得这种破坏得到缓冲，但由于活化剂浓度有限，而重金属浓度较高，因而其转移系数低于中度污染和高污染。与对照组单一植物修复相比，低污染时，柠檬酸与黑麦草联合使土壤cd含量降低了10.17％；但使土壤pb含量少降低15.40％；中污染时，使土壤cd含量降低了2.00％；使土壤pb含量降低4.02％；重污染时，使土壤cd含量降低7.72％；使土壤pb含量降低5.53％。实施例2本实施例的试验地点位于江苏宜兴市，该区域土壤ph为6.56，属弱酸性土壤；有机质含量较低，为2.58％；土壤总镉含量为4.5mg.kg-1，土壤镉浓度超过《土壤环境质量标准》(gb15618-1995)二级标准(0.3mg·kg-1)的15倍，属镉重度污染土壤；水稻镉含量为0.79mg·kg-1，超过《食品安全国家标准》(gb2762-2012)食品中镉限量指标(0.2mg·kg-1)的4倍。该区域地块1是伴矿景天和黑麦草轮种，地块2是东南景天和黑麦草轮种，地块3是单独黑麦草种植。黑麦草的播种量为7kg/亩，景天的播种量为10000株/亩，植物收货前一个月添加活化剂柠檬酸水溶液。收获后的植物包括地上部分和地下部分，采集土壤，将收获的植物和土壤按常规方法消解，提取重金属镉。结果表明，地块1降低率为53.5％，地块2降低率最高可以达到66.22％，地块3降低率最低只有48.69％。降低效率为地块2＞地块1＞地块3。各地块总体随着时间增长呈下降趋势，在两年内各个地块修复效果趋势良好。表3植物重金属富集特性由表3可以看出，黑麦草富集系数较景天来讲小很多，而且黑麦草大部分cd富集根部不利于植物提取，伴矿景天的金属含量大于东南景天，并且转运系数较为良好，都能将金属极大的转运到地上。实施例3本实施例的试验地点位于江苏宜兴市某镇。该区域土壤ph为6.56，属弱酸性土壤；有机质含量较低，为2.58％；土壤总镉含量为4.5mg·kg-1，土壤镉浓度超过《土壤环境质量标准》(gb15618-1995)二级标准(0.3mg·kg-1)的15倍，属镉重度污染土壤；水稻镉含量为0.79mg·kg-1，超过《食品安全国家标准》(gb2762-2012)食品中镉限量指标(0.2mg·kg-1)的4倍。该区域15亩地其中一个地块采用油菜和巨菌草轮种。油菜的播种量为0.5kg/亩，巨菌草的播种量为3000节/亩。植物收割前一个月添加活化剂。收获后的植物包括地上部分和地下部分，采集土壤，将收获的植物和土壤按常规方法消解，提取重金属镉。结果如表4，油菜和巨菌草的转运系数分别为2.725和1.145，活化剂联合油菜和巨菌草轮种的修复方法可使土壤有效cd含量的降低效率达到61.32％。表4植物重金属富集特性当前第1页12