CN105127188A - 一种生物炭协同植物修复重金属污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生物炭协同植物修复重金属污染土壤的方法，通过在重金属污染的土壤中连续种植棉花，种植棉花的同时在土壤中施入生物炭基肥，在棉花采摘完成后将棉花植株整体移除；棉花植株整体移除后，连续种植柳树，每个周期种植柳树的同时都在土壤中施入生物炭基肥，一个周期结束后将柳树整体移除；循环重复执行上述步骤，直至土壤中重金属的含量达到安全标准。本发明土壤治理效果好，且可以在治理重金属污染土壤的同时美化环境，实用性强。

Description

一种生物炭协同植物修复重金属污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及污染土壤治理领域，特别涉及一种生物炭协同植物修复重金属污染土壤的方法。

背景技术

常用于重金属污染治理方法有物理、化学和生物等方法，物理方法费用昂贵、化学方法影响土壤理化性质等不足，不能根本解决问题，所以许多学者选择生物方法来治理重金属污染土壤。生物方法中，微生物修复受环境影响较大且对修复污染物有选择性，而动物修复吸收的重金属可能会再次释放到土壤中造成二次污染，所以对于重金属污染土壤，目前生物修复方法中研究热点，且报道最多的是植物修复技术。

植物修复技术指利用植物及其根际微生物对土壤污染物的吸收、挥发、转化、降解、固定作用而去除土壤中污染物的修复技术。目前已经发现很多植物可同时对多种重金属有强大的富集能力，重金属主要包括Hg，Cd，Pb，Cr以及类金属As等，环境中的重金属可以被植物吸收，如果进入植物可食部分，将危害人类健康。为避免对人体的暴露风险，近年来选择非食用性经济型作物进行植物修复的研究越来越引起关注，但大多数已报道的植物修复方法效果不显著、见效慢、修复效果不稳定，再加上受到气候、土壤环境的限制，使得这些植物的重金属积累量有限，从而在其应用上受到限制。

中国是农业大国，有丰富的秸秆资源，但是目前对其处置方式依然滞后，大量秸秆被废弃于田间或直接焚烧，这既造成大量的生物质能源的浪费，也给环境带来严重污染。目前，如何合理利用这些农林业废弃物成为人们关注的热点。

生物炭作为一类新型环境功能材料引起广泛关注，其在土壤改良、温室气体减排以及受污染环境修复方面都展现出应用潜力，但对于协同植物修复土壤重金属污染的方法还鲜见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种种植难度低、避免环境污染、不进入食物链且能够提高土壤肥力、改善土壤结构的生物炭协同植物修复重金属污染土壤的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种生物炭协同植物修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：

1）在重金属污染的土壤中连续种植1~2个周期的棉花，每个周期种植棉花的同时都在土壤中施入生物炭基肥，在棉花采摘完成后将棉花植株整体移除，以一年为一个周期；

2）待步骤1）中棉花种植结束，棉花植株整体移除后，连续种植2~3个周期的柳树，每个周期种植柳树的同时都在土壤中施入生物炭基肥，一个周期结束后将柳树整体移除，以10~12个月为一个周期；

3）循环重复执行步骤1）~步骤2），直至土壤中重金属的含量达到安全标准。

优选的，所述生物炭基肥包括：70~80重量份的棉花或柳树废弃物制成的生物炭、2~3重量份的硫酸钠、2~3重量份的氯化镁、3~4重量份的硫酸钙、4~10重量份的磷酸铵、6~10重量份的尿素和6~8重量份的高温炉渣。

优选的，所述生物炭基肥的施入量为5~8kg/亩。

优选的，所述生物炭的制备步骤为：

1）棉花或柳树废弃物经炭化处理得到有机炭产物，有机炭产物在80~90℃下烘干，粉碎；

2）将步骤1）所得有机炭产物置于生物炭炉中450~500℃热解，冷却至室温；

3）将步骤2）所得产物用质量分数10%的稀盐酸和质量分数5%的稀硝酸以体积比1~2.5：1混合后酸洗1~3h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，自然冷却至室温，研磨过筛，装袋备用。

优选的，所述生物炭的粒径为2~3mm。

优选的，所述生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为5~6mm的颗粒。

优选的，所述种植棉花的方法为幼苗栽种，所述幼苗栽种为：将28~30cm的幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层10~15cm深度种植，株距为20~25cm，行距为20~25cm。

所述幼苗选用通过15%~20%的H₂O₂消毒处理后蒸馏水洗涤浸泡12h、籽粒饱满且不下沉的棉花种子长成的棉花幼苗。

优选的，所述柳树选用1.5~2m的柳树苗栽种。

本发明的有益效果是：

1.棉花作为重要的经济作物，种植难度低，适用于大面积种植，做为非食用性植物用于修复土壤有效避免了污染物再次进入食物链，最大限度的减少了修复土壤中可引起的二次污染，同时柳树作为一种绿色植物还具有一定的观赏性，这不仅不会破坏土壤生态环境，还有助于改善有机污染而引起的土壤退化和生产力下降，能使地表长期稳定恢复，并提高生物多样性。

2.本发明通过充分利用了植物废弃有机体，将农林废弃物制成生物炭可以稳定地将碳元素锁住长达数百年，其中的碳元素被矿化后很难再分解，同时把碳长期封存进了土壤，减少二氧化碳和甲烷等温室气体的排放，有助于减缓全球变暖以及降低大气污染。

3.本发明将治理过土壤的棉花和柳树废弃物所得的生物炭用酸洗一段时间后，通过去离子水的反复浸洗至中性，然后烘干，可以将炭化物质与含有重金属的溶液分离，可以对重金属进行回收再利用。

4.本发明生物炭的施加可以维持和改良土壤理化性质、吸附固定土壤中的各种重金属，为植物的生长提供一定的有利条件，在一定程度上可以增加农作物产量，二者协同作用将极大的加速了重金属污染土壤的生物修复进程。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步阐述本发明内容。

生物炭以稻壳、秸秆或在重金属污染的土壤中种植后收获的棉花和柳树丢弃物（根、茎、叶等）为炭源制得，其中pH为8.64，比表面积达2.5~700m²/g，中孔比表面积为4.5~450m²/g，孔容积为0.0055~0.6500ml/g，中孔容积为0.0025~0.5500ml/g。

整块实验区域进行样方划分，长宽均为5m，每个样方之间留宽为0.8m的垄，每个样方根据对角线原则设置5个采样点。采取试验田表层0~25cm的土壤，阴凉通风晾干，去除杂质。测定土壤pH6.3，重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别为298.5、124.2、1.7、87.4、1.28和59.6mg/kg。

根据国家土壤环境质量标准GB15618-2008可知，土壤pH5.5~6.5的情况下，农业用地旱地重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As二级标准值分别为200，80，0.3，50，0.35，40mg/kg，因此，上述整块实验区域存在较严重的重金属污染。

2014年全国31个省（区、市）的统计调查标明，全国棉花单位面积产量1460.3kg/hm²。

实施例1

1）选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的一年生SGK321转Bt基因棉花种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层15cm深度种植，株距为20cm，行距为25cm。不定期浇水除草，以保证棉花正常生长。四月下旬，在试验田中连续种植2个周期的一年生SGK321转Bt基因棉花，种植棉花的同时都在土壤中施入生物炭基肥，以从棉花栽种到棉花采摘结束为一个周期，每个周期在棉花成熟季节采摘完棉花果实后，对棉花植株进行整体移除；

2）待步骤1）中棉花植株进行整体移除后，三月中上旬，选用健康茁壮1.5m的白皮柳树苗连续栽种3个周期的柳树，每个周期种植柳树的同时都在土壤中施入生物炭基肥，一个周期结束后将白皮柳整体移除，以12个月为一个周期；

按照步骤1）~步骤2）修复重金属污染的土壤后，测定土壤中重金属的含量达到安全标准。

步骤1）和步骤2）中移除的一年生SGK321转Bt基因棉花和白皮柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理得到有机炭产物，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，质量分数10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比1：1混合后酸洗2h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过2mm筛，装袋备用，然后将70重量份的生物炭与2重量份的硫酸钠、2重量份的氯化镁、3重量份的硫酸钙、4重量份的磷酸铵、6重量份的尿素、6重量份的高温炉渣混合到一起并搅拌均匀获得生物炭基肥，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为5mm的颗粒后，施入7kg/亩的生物炭基肥到同时种植有棉花或柳树的重金属污染的土壤中。

经过上述方法对实验区土壤进行治理后，土壤中重金属含量达到土壤安全标准，结果显示：相比较于原土壤，土壤pH上升至7.2，重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别为136.8、58.7、0.20、36.2、0.18和26.9mg/kg，土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别下降了54.17%，52.74%，88.24%，58.58%，85.94%，54.87%，棉花产量为1226.52±0.18kg/hm²，柳树生物量7.78±0.16g/m²。

实施例2

1）选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的TM-1陆地棉花种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层15cm深度种植，株距为25cm，行距为25cm。不定期浇水除草，以保证棉花正常生长。四月下旬，在试验田中连续种植2个周期的一年生TM-1陆地棉花，种植棉花的同时都在土壤中施入生物炭基肥，以从棉花栽种到棉花采摘结束为一个周期，每个周期在棉花成熟季节采摘完棉花果实后，对棉花植株进行整体移除；

2）待步骤1）中棉花植株进行整体移除后，三月中上旬，选用健康茁壮2m的旱柳树苗连续栽种3个周期的柳树，每个周期种植柳树的同时都在土壤中施入生物炭基肥，一个周期结束后将旱柳整体移除，以12个月为一个周期；

按照步骤1）~步骤2）修复重金属污染的土壤后，测定土壤中重金属的含量达到安全标准。

步骤1）和步骤2）中移除的TM-1陆地棉花和旱柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理得到有机炭产物，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，质量分数10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比2：1混合后酸洗3h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过2mm筛，装袋备用，然后将80重量份的生物炭与3重量份的硫酸钠、3重量份的氯化镁、4重量份的硫酸钙、10重量份的磷酸铵、10重量份的尿素、8重量份的高温炉渣混合到一起并搅拌均匀获得生物炭基肥，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为6mm的颗粒后，施入8kg/亩的生物炭基肥到同时种植有棉花或柳树的重金属污染的土壤中。

经过上述方法对实验区土壤进行治理后，土壤中重金属含量达到土壤安全标准，结果显示：相比较于原土壤，土壤pH上升至7.1，重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别为130.4、56.2、0.24、34.8、0.21和28.3mg/kg，土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别下降了56.31%，54.75%，85.88%，60.18%，83.59%，52.51%，棉花产量为1223.39±0.17kg/hm²，柳树生物量7.84±0.12g/m²。

实施例3

1）选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的TM-1陆地棉花种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层10cm深度种植，株距为25cm，行距为25cm。不定期浇水除草，以保证棉花正常生长。四月下旬，在试验田中连续种植2个周期的TM-1陆地棉花，种植棉花的同时都在土壤中施入生物炭基肥，以从棉花栽种到棉花采摘结束为一个周期，每个周期在棉花成熟季节采摘完棉花果实后，对棉花植株进行整体移除；

2）待步骤1）中棉花植株进行整体移除后，三月中上旬，选用健康茁壮1.5m的白皮柳树苗连续栽种3个周期的柳树，每个周期种植柳树的同时都在土壤中施入生物炭基肥，一个周期结束后将白皮柳整体移除，以12个月为一个周期；

按照步骤1）~步骤2）修复重金属污染的土壤后，测定土壤中重金属的含量达到安全标准。

步骤1）和步骤2）中移除的TM-1陆地棉花和白皮柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理得到有机炭产物，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，质量分数10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比2.5：1混合后酸洗2h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过2mm筛，装袋备用，然后将70重量份的生物炭与3重量份的硫酸钠、2重量份的氯化镁、4重量份的硫酸钙、8重量份的磷酸铵、6重量份的尿素、8重量份的高温炉渣混合到一起并搅拌均匀获得生物炭基肥，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为6mm的颗粒后，施入7kg/亩的生物炭基肥到同时种植有棉花或柳树的重金属污染的土壤中。

经过上述方法对实验区土壤进行治理后，土壤中重金属含量达到土壤安全标准，结果显示：相比较于原土壤，土壤pH上升至7.1，重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别为128.6、59.3、0.19、38.8、0.20和27.4mg/kg，土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别下降了56.92%，52.25%，88.82%，55.61%，84.37%，54.03%，棉花产量为1220.28±0.20kg/hm²，柳树生物量7.81±0.23g/m²。

实施例4

当上述实验区域土壤含有一定岩石或者土质稍微坚硬时，可采取如下实验方法：

1）选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的一年生SGK321转Bt基因棉花种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层15cm深度种植，株距为25cm，行距为25cm，在岩石类土壤或土质稍微坚硬的土壤中，将幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层可以使得幼苗扎根更加稳定，根须生长范围更加广泛，有利于幼苗生长。不定期浇水除草，以保证棉花正常生长。四月下旬，在试验田中连续种植2个周期的一年生SGK321转Bt基因棉花，种植棉花的同时都在土壤中施入生物炭基肥，以从棉花栽种到棉花采摘结束为一个周期，每个周期在棉花成熟季节采摘完棉花果实后，对棉花植株进行整体移除；

2）待步骤1）中棉花植株进行整体移除后，三月中上旬，选用健康茁壮1.5m的白皮柳树苗连续栽种3个周期的柳树，每个周期种植柳树的同时都在土壤中施入生物炭基肥，一个周期结束后将白皮柳整体移除，以12个月为一个周期，白皮柳树苗在移栽前将其育种在螺旋状培养皿中精心培养，使得白皮柳树根茎成螺旋状生长，这样可以保证白皮柳在岩石类土壤或者稍微坚硬的土壤中扩大根茎的生长面积，有利于白皮柳的生长和对重金属的修复；

按照步骤1）~步骤2）修复重金属污染的土壤后，测定土壤中重金属的含量达到安全标准。

步骤1）和步骤2）中移除的一年生SGK321转Bt基因棉花和白皮柳树废弃物与稻壳、秸秆经炭化处理得到有机炭产物，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，质量分数10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比1：1混合后酸洗2h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过2mm筛，装袋备用，然后将75重量份的生物炭与3重量份的硫酸钠、3重量份的氯化镁、4重量份的硫酸钙、6重量份的磷酸铵、8重量份的尿素、7重量份的高温炉渣混合到一起并搅拌均匀获得生物炭基肥，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为6mm的颗粒后，施入8kg/亩的生物炭基肥到同时种植有棉花或柳树的重金属污染的土壤中。

经过上述方法对实验区土壤进行治理后，土壤中重金属含量达到土壤安全标准，结果显示：相比较于原土壤，土壤pH上升至7.2，重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别为134.7、55.6、0.21、32.9、0.24和29.2mg/kg，土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别下降了54.87%，55.23%，87.65%，62.36%，81.25%，51.01%，棉花产量为1224.51±0.63kg/hm²，柳树生物量7.79±0.73g/m²。

从实施例1~4的修复结果可知，在重金属污染土壤中生物炭、棉花和柳树经过5~6年的协同修复试验能够大大的降低土壤中Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As等重金属的含量，同时保证植物和农作物的正常生长，在修复土壤的同时仍然有效地稳定了土地结构。

为了突出本发明的创新点，使本领域的技术人员能够充分理解本发明，现列举本发明在试验阶段或采用现有技术的对比实施例，并对其与本发明的实施例进行效果说明。

对比例1

在上述试验区域的试验田中仅种植棉花，种植棉花的时间为6个周期，以从棉花栽种到棉花采摘结束为一个周期：

选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的一年生SGK321转Bt基因棉花种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层12cm深度种植，株距为20cm，行距为25cm，不定期浇水除草，以保证一年生SGK321转Bt基因棉花正常生长。四月下旬，在上述试验区域的试验田中种植一年生一年生SGK321转Bt基因棉花，以从棉花栽种到棉花采摘结束为一个周期，在棉花成熟季节采摘完棉花果实后，对一年生SGK321转Bt基因棉花植株进行整体移除，6个周期后对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量以及棉花的产量进行分析。

对比例2

在上述试验区域的试验田中仅栽种柳树，连续栽种柳树的时间为6个周期，以12个月为一个周期：

三月中上旬，选用健康茁壮2m的白皮柳树苗栽种白皮柳，一个周期结束后将白皮柳整体移除，以12个月为一个周期，6个周期后对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量以及柳树生物量进行分析。

对比例3

在上述实验区域的试验田内仅种植棉花的同时施入生物炭基肥：

选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的TM-1陆地棉花种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层10cm深度种植，株距为25cm，行距为25cm。不定期浇水除草，以保证TM-1陆地棉花正常生长。四月下旬，在试验田中连续种植棉花6个周期，种植棉花的同时在土壤中施入生物炭基肥，以从棉花栽种到棉花采摘结束为一个周期，每个周期在棉花成熟季节采摘完棉花果实后，对棉花植株进行整体移除。6个周期后对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量以及棉花的产量进行分析。

生物炭基肥由75重量份的生物炭与3重量份的硫酸钠、3重量份的氯化镁、4重量份的硫酸钙、8重量份的磷酸铵、8重量份的尿素、7重量份的高温炉渣混合到一起并搅拌均匀获得，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为5mm的颗粒后，施入6kg/亩的生物炭基肥到同时种植有棉花的重金属污染的土壤中。

生物炭以稻壳、秸秆或在重金属污染的土壤中种植后收获的棉花和柳树丢弃物为炭源经炭化处理得到有机炭产物，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，质量分数10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比1：1混合后酸洗2h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过2mm筛，装袋备用。

对比例4

在上述实验区域的试验田内仅种植柳树的同时施入生物炭基肥：

三月中上旬，选用健康茁壮2m的白皮柳树苗栽种白皮柳的同时在土壤中施入生物炭基肥，一个周期结束后将白皮柳整体移除，以12个月为一个周期，6个周期后对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量以及柳树生物量进行分析。

生物炭基肥由80重量份的生物炭与3重量份的硫酸钠、3重量份的氯化镁、4重量份的硫酸钙、6重量份的磷酸铵、8重量份的尿素、8重量份的高温炉渣混合到一起并搅拌均匀获得，生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为5mm的颗粒后，施入7kg/亩的生物炭基肥到同时种植有白皮柳的重金属污染的土壤中。

.生物炭以稻壳、秸秆或在重金属污染的土壤中种植后收获的棉花和柳树丢弃物为炭源经炭化处理得到有机炭产物，有机炭产物在90℃下烘干后粉碎，置于生物炭炉中恒温500℃热解，质量分数10%的稀盐酸和5%的稀硝酸以体积比1：1混合后酸洗2h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，待温度自然冷却至室温后，将制得的生物炭用研钵磨碎并过2mm筛，装袋备用。

对比例5

在上述实验区域的试验田内先种植棉花后栽种柳树：

1）选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的TM-1陆地棉花种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层10cm深度种植，株距为25cm，行距为25cm。不定期浇水除草，以保证TM-1陆地棉花正常生长。四月下旬，在试验田中连续种植棉花2个周期，以从棉花栽种到棉花采摘结束为一个周期，在棉花成熟季节采摘完棉花果实后，对TM-1陆地棉花植株进行整体移除；

2）待步骤1）中3个周期的棉花种植完毕移除后，三月中上旬，选用健康茁壮2m的旱柳树苗栽种白皮柳，一个周期结束后将旱柳整体移除，以12个月为一个周期；

3）循环重复执行步骤1）~步骤2）一次后对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量、棉花的产量以及柳树生物量进行分析。

对比例6

在上述实验区域的试验田内先种植柳树后种植棉花：

1）三月中上旬，选用健康茁壮2m的白皮柳树苗连续栽种3个周期白皮柳，一个周期结束后将白皮柳整体移除，以12个月为一个周期；

2）待步骤1）中2个周期的柳树种植完毕移除后，选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的一年生SGK321转Bt基因棉花种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层10cm深度种植，株距为25cm，行距为25cm。不定期浇水除草，以保证一年生SGK321转Bt基因棉花正常生长。四月下旬，在试验田中连续种植棉花2个周期，以从棉花栽种到棉花采摘结束为一个周期，在棉花成熟季节采摘完棉花果实后，对一年生SGK321转Bt基因棉花植株进行整体移除；

3）循环重复执行步骤1）~步骤2）一次后对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量、棉花的产量以及柳树生物量进行分析。

土壤治理效果

根据国家土壤环境质量标准GB15618-2008可知，土壤pH5.5~6.5的情况下，农业用地旱地重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As二级标准值分别为200，80，0.3，50，0.35，40mg/kg。对本发明实施例1~4及对比例1~6所述重金属污染的土壤治理方法的效果从土壤pH值、重金属最终含量（mg/kg）以及农作物产量（kg/hm²）或植物生物量（g/m²）三个方面进行评价和检验，如表1所示。

表1

“-”表示没有此结果。

由表1可以看出，1）对比实施例1~4，经过5~6年的修复后土壤中重金属的含量大大降低，并均在国家土壤环境质量标准二级标准值以下，在很短的时间内即可完成对土壤重金属的修复。2）对比例1~6与实施例1~4相比，不论减少哪一个治理步骤，对土壤的治理效果均会下降，最终治理结束后土壤中重金属的含量差别较大，植物或者作物的生物量或者产量也均有所降低，这不仅与作物、植物种类有关，也与各种治理方法之间的协同调节作用密不可分。3）对比例1、2与实施例1~4或与对比例3~6相比，均可以看出单一的植物对重金属土壤的修复治理效果较慢，效果较差，而且对土壤中重金属的修复吸收还具有一定的选择性，这对于土壤的修复时较为片面的，相比较而言，实施例1~4中不同植物和生物炭之间的交叉重复循环修复较单一的植物对重金属土壤的修复更加的全面具体。4）对比例3~6与实施例1~4相比，单一植物和生物碳的协同修复对土壤有一定的修复效果，对土壤中重金属的修复都较为全面，但是与实施例1~4中不同植物和生物炭之间的协同循环修复相比，在相同的修复时间内修复的效果却较为缓慢。5）从对比例1、2与对比例3、4可以看出，植物的单独修复与同一种植物协同生物炭进行修复的结果相比，前者修复的效率较低，修复过程缓慢，土壤pH的调节也较为不彻底，对比例1、2中植物的产量或者生物量也比对比例3、4中同一种植物的产量或者生物量大大减少，可见，植物与生物碳的协同修复不仅可以调节土壤酸碱性，还可以增加土壤肥力和活力，在一定程度上促进农作物或者植物的生长。

本发明在治理重金属污染的土壤过程中，农作物的种植、植物的栽种周期以及生物炭的修复时间需根据土壤性质和土壤地区的不同适当变通，从而进行更好的修复治理。

本发明一种生物炭协同植物修复重金属污染土壤的方法所述及的各项权利要求及技术支撑已经明确，凡依据本发明的技术支撑实质所作的任何修改与变化仍属于本发明技术支撑的范围内。

Claims (9)

1.一种生物炭协同植物修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）在重金属污染的土壤中连续种植1~2个周期的棉花，每个周期种植棉花的同时都在土壤中施入生物炭基肥，在棉花采摘完成后将棉花植株整体移除，以一年为一个周期；

2）待步骤1）中棉花种植结束，棉花植株整体移除后，连续种植2~3个周期的柳树，每个周期种植柳树的同时都在土壤中施入生物炭基肥，一个周期结束后将柳树整体移除，以10~12个月为一个周期；

3）循环重复执行步骤1）~步骤2），直至土壤中重金属的含量达到安全标准。

2.如权利要求1所述一种生物炭协同植物修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述生物炭基肥包括：70~80重量份的棉花或柳树废弃物制成的生物炭、2~3重量份的硫酸钠、2~3重量份的氯化镁、3~4重量份的硫酸钙、4~10重量份的磷酸铵、6~10重量份的尿素和6~8重量份的高温炉渣。

3.如权利要求1或2所述一种生物炭协同植物修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述生物炭基肥的施入量为5~8kg/亩。

4.如权利要求2所述一种生物炭协同植物修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述生物炭的制备步骤为：

1）棉花或柳树废弃物经炭化处理得到有机炭产物，有机炭产物在80~90℃下烘干，粉碎；

2）将步骤1）所得有机炭产物置于生物炭炉中450~500℃热解，冷却至室温；

3）将步骤2）所得产物用质量分数10%的稀盐酸和质量分数5%的稀硝酸以体积比1~2.5：1混合后酸洗1~3h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85℃下烘干，自然冷却至室温，研磨过筛，装袋备用。

5.如权利要求2或4所述一种生物炭协同植物修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述生物炭的粒径为2~3mm。

6.如权利要求1或2所述一种生物炭协同植物修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为5~6mm的颗粒。

7.如权利要求1所述一种生物炭协同植物修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述种植棉花的方法为幼苗栽种，所述幼苗栽种为：将28~30cm的幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层10~15cm深度种植，株距为20~25cm，行距为20~25cm。

8.如权利要求7所述一种生物炭协同植物修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述幼苗选用通过15%~20%的H₂O₂消毒处理后蒸馏水洗涤浸泡12h、籽粒饱满且不下沉的棉花种子长成的棉花幼苗。

9.如权利要求1所述一种生物炭协同植物修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述柳树选用1.5~2m的柳树苗栽种。