CN105170623B - 一种生物炭和植物联合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和植物联合修复重金属污染土壤的方法，通过在重金属污染的土壤中种植棉花，待棉花采摘结束整体移除；将生物炭基肥施入种植过棉花的重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化；待棉花生物炭陈化结束后种植柳树，10~12个月后将柳树整体移除；将生物炭基肥再次施入种植过柳树的重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化；待柳树生物炭陈化结束后继续种植棉花，在棉花采摘完成后将棉花植株整体移除；循环重复上述步骤，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

一种生物炭和植物联合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和植物联合修复重金属污染土壤的方法。

背景技术

土壤不仅是地球生态圈的重要组成部分，也是人类赖以生存的重要自然资源之一。随着矿产开采、冶炼等工业活动以及污水灌溉、施用污泥和劣质化肥等农业活动的进行，Cd，Pb等有害重金属不断进入土壤环境中，对正常的生产生活造成污染。因此，治理土壤重金属污染对生态文明的设及人类健康的生活具有重要意义。

土壤重金属污染传统的治理修复方法通常为物理和化学的方法，如稀释和覆土法、玻璃化技术、热处理技术、淋洗法、电化学法等，传统的修复方法虽然治理效果好，历时较短，但都存在许多缺陷。比如传统治理方法的成本高、不易管理、易造成二次污染等等。

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。

生物炭天然的多孔结构对有毒重金属具有较强的吸附力，通过吸附固定作用使有毒物质固定在炭的微孔表面上，从而降低这些污染物在土壤中的化学活性和毒性，达到长效地修复污染土壤的目的。生物炭施到土壤，从一定程度上还能增加土壤有机物质、提高土壤肥力、使作物增产。

如上所述，为了更好地治理重金属金属污染土壤，急需解决以下技术问题：

1. 确定合适的耐性作物，其具有种植难度低、易于管理、适用于大面积污染土壤、生长迅速、生物量大的特点。

2. 克服耐性作物的重金属吸收效率低下、重金属修复元素单一、修复时间太长、存活率低的难题。

3. 避免重金属污染土壤修复治理过程中改变和破坏土壤结构的情况。

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、耐受性强、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和植物联合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：

一种生物炭和植物联合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，以从棉花栽种到棉花采摘结束为一个周期，在棉花采摘完成后将棉花植株整体移除；

2）待步骤1）中棉花植株整体移除后，将生物炭基肥施入步骤1）种植过棉花的重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化60~70天；

3）待步骤2）中生物炭基肥陈化结束后连续种植2~3个周期的柳树，一个周期结束后将柳树整体移除，以10~12个月为一个周期；

4）待步骤3）中柳树整体移除后，将生物炭基肥再次施入步骤3）种植过柳树的重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化40~50天；

5）循环重复执行步骤1）~步骤4），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、1~2重量份的氯化钠、2~3重量份的硫酸镁、3~5重量份的硝酸钾、3~4重量份的硫酸钙、5~10重量份的尿素和6~8重量份的煤渣。

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，所述生物炭基肥的施入量为5~8kg/亩。

优选的，所述生物炭粒径为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。

优选的，所述幼苗由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.本发明通过治理过土壤收获后的棉花植株秸秆以及柳树枝叶等有机废物制备生物炭，充分利用了植物废弃有机体，成本低廉，所得生物炭均用酸洗一段时间后，通过去离子水的反复浸洗至中性，然后烘干，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。

3.棉花种植修复土壤和柳树种植修复土壤的循环联合修复可以更好更全面的修复土壤中的重金属。经济观赏性柳树和农作物棉花，在进行土壤修复时不仅能有效降解环境土壤中的重金属污染，而且还可以避免污染植物进入食物链，最大限度减少土壤治理带来的生态风险。

4.生物炭和植物联合修复重金属污染土壤的方法，能发挥生物炭的吸附和植物的修复作用，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，将土壤中的重金属改性为可供植物吸收的可提取态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。

总之，本发明生物炭和植物联合修复重金属污染土壤的方法与传统的污染土壤治理方法相比，具有投资少、技术要求不高、种植难度低、易于管理、适用于大面积污染土壤、土壤治理效果好，且可以在治理污染土壤的同时美化环境，实用性强。

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8.39，比表面积达3.5~750m²/g，中孔比表面积为5.0~400m²/g，孔容积为0.0050~0.7000ml/g，中孔容积为 0.0020~0.5000ml/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pH6.7，重金属 Zn、Pb、Cd、Cu和As的浓度分别为 336.3、142.5、2.1、195.6和68.2mg/kg。

根据国家土壤环境质量标准GB15618-2008可知，土壤pH在6.5~7.5的情况下，农业用地旱地重金属 Zn、Pb、Cd、Cu和As二级标准值分别为250，80，0.45，100，30mg/kg，因此，上述整块实验区域存在较严重的重金属污染。

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，连续种植2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）中棉花植株整体移除后，将生物炭基肥施入到步骤1）种植过棉花的重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化60天；

3）待步骤2）中生物炭基肥陈化结束后，三月中上旬，选用健康茁壮1.5m的旱柳树苗连续栽种3个周期的柳树，一个周期结束后将旱柳整体移除，以12个月为一个周期；

4）待步骤3）中柳树整体移除后，将生物炭基肥再次施入到步骤3）种植过柳树的重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化70天；

按照步骤1）~步骤4）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3）中移除的一年生SGK321转Bt基因棉花和旱柳柳树废弃物与稻壳、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重量份的氯化钠、2重量份的硫酸镁、3重量份的硫酸钙、4重量份的硝酸钾、6重量份的尿素、6重量份的煤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。

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和As的浓度分别为202.6、48.9、0.20、66.7和16.5mg/kg，土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu和As的浓度分别下降了39.76%， 65.68%，90.48%，65.90%，75.81%。

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，籽粒饱满且下沉的一年生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TM-1陆地棉，以从棉花栽种到棉花采摘结束为一个周期，在TM-1陆地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）中棉花植株整体移除后，将生物炭基肥施入到步骤1）种植过棉花的重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化60天；

3）待步骤2）中生物炭基肥陈化结束后，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，一个周期结束后将旱柳整体移除，以12个月为一个周期；

4）待步骤3）中柳树整体移除后，将生物炭基肥再次施入到步骤3）种植过柳树的重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化70天；

按照步骤1）~步骤4）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3）中移除的一年生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2：1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3mm筛，装袋备用，然后将80重量份的所得生物炭与2重量份的氯化钠、3重量份的硫酸镁、5重量份的硝酸钾、4重量份的硫酸钙、10重量份的尿素、8重量份的煤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。

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和As的浓度分别为208.3、44.6、0.27、68.2和18.6mg/kg，土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu和As的浓度分别下降了38.06%，68.70%，87.14%，65.13%，72.73%。

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个周期的一年生TM-1陆地棉花，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TM-1陆地棉花植株进行整体移除；

2）待步骤1）中棉花植株整体移除后，将生物炭基肥施入到步骤1）种植过棉花的重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化60天；

3）待步骤2）中生物炭基肥陈化结束后，三月中上旬，选用健康茁壮2m的旱柳柳树苗连续栽种3个周期的柳树，一个周期结束后将旱柳整体移除，以12个月为一个周期；

4）待步骤3）中柳树整体移除后，将生物炭基肥再次施入到步骤3）种植过柳树的重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化70天；

按照步骤1）~步骤4）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3）中移除的一年生TM-1陆地棉花和旱柳柳树废弃物与稻壳、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3mm筛，装袋备用，然后将75重量份的所得生物炭与2重量份的氯化钠、3重量份的硫酸镁、4重量份的硝酸钾、4重量份的硫酸钙、8重量份的尿素、7重量份的煤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。

结果显示：相比较于原土壤，土壤pH上升至7.3，重金属Zn、Pb、Cd、Cu和As的浓度分别为206.8、43.4、0.22、67.9和17.4mg/kg，土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu和As的浓度分别下降了38.51%，69.54%，89.52%，65.29%，74.49%。

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，可采取如下修复方法：

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。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。四月下旬，在试验田中连续种植2个周期的一年生一年生SGK321转Bt基因棉花，以从一年生SGK321转Bt基因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，对棉花植株进行整体移除；

2）待步骤1）中棉花植株整体移除后，将生物炭基肥施入到步骤1）种植过棉花的重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化60天；

3）待步骤2）中生物炭基肥陈化结束后，三月中上旬，选用健康茁壮、根部生长旺盛呈现螺旋状根须且2m高的白皮柳树苗连续栽种3个周期的柳树，一个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期，对土壤中重金属 Zn、Pb、Cd、Cu和As的浓度含量和柳树生物量进行分析。上述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；

4）待步骤3）中柳树整体移除后，将生物炭基肥再次施入到步骤3）种植过柳树的重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化70天；

按照步骤1）~步骤4）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3）中移除的一年生SGK321转Bt基因棉花和白皮柳柳树废弃物与稻壳、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3mm筛，装袋备用，然后将80重量份的所得生物炭与2重量份的氯化钠、3重量份的硫酸镁、5重量份的硝酸钾、4重量份的硫酸钙、9重量份的尿素、8重量份的煤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5kg/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。

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和As的浓度分别为203.2、45.5、0.19、69.1和19.3mg/kg，土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu和As的浓度分别下降了39.58%，68.07%，90.95%，64.67%，71.71%。

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年的联合修复试验能够大大的降低土壤中Zn、Pb、Cd、Cu和As重金属的含量，使得土壤中Zn、Pb、Cd、Cu和As重金属的含量达到安全标准，解决了重金属吸收效率低下、重金属修复元素单一、修复时间太长、植物难以存活的难题，同时也避免重金属污染土壤修复治理过程中改变和破坏土壤结构的情况。

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和土壤中重金属 Zn、Pb、Cd、Cu和As的浓度含量进行分析。

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和土壤中重金属 Zn、Pb、Cd、Cu和As的浓度含量进行分析。

对比例3

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3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）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个周期后对土壤酸碱性和土壤中重金属 Zn、Pb、Cd、Cu和As的浓度含量进行分析。

对比例4

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）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6cm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后对土壤酸碱性和土壤中重金属 Zn、Pb、Cd、Cu和As的浓度含量进行分析。

对比例5

在上述实验区域的试验田内先施入生物炭混合物后种植棉花：

1）以一年生SGK321转Bt基因棉花或白皮柳丢弃物与稻壳、秸秆为炭源经炭化处理，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80重量份的所得生物炭与2重量份的氯化钠、3重量份的硫酸镁、5重量份的硝酸钾、4重量份的硫酸钙、10重量份的尿素、6~8重量份的煤渣混合到一起并搅拌均匀，获得生物炭混合物，生物炭混合物用圆盘造粒机制成粒径为5mm的颗粒后，施入7kg/亩的生物炭基肥到土壤中，混合均匀，陈化70天；

2）待步骤1）中生物炭陈化结束后于四月下旬，连续种植6个周期的一年生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，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，在一年生SGK321转Bt基因棉花采摘完成后将棉花植株整体移除，6个周期后对土壤酸碱性和土壤中重金属 Zn、Pb、Cd、Cu和As的浓度含量进行分析。

对比例6

在上述实验区域的试验田内先施入生物炭混合物后种植柳树：

1）以一年生SGK321转Bt基因棉花或白皮柳丢弃物与稻壳、秸秆为炭源经炭化处理，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80重量份的所得生物炭与1重量份的氯化钠、2重量份的硫酸镁、4重量份的硝酸钾、4重量份的硫酸钙、8重量份的尿素、8重量份的煤渣混合到一起并搅拌均匀，获得生物炭混合物，生物炭混合物用圆盘造粒机制成粒径为6mm的颗粒后，施入8kg/亩的生物炭基肥到土壤中，混合均匀，陈化70天；

2）待步骤1）中生物炭陈化结束后，三月中上旬，选用健康茁壮2m的白皮柳树苗连续栽种6个周期柳树，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和土壤中重金属 Zn、Pb、Cd、Cu和As的浓度含量进行测定。

土壤治理效果

根据国家土壤环境质量标准GB15618-2008可知，土壤pH6.5~7.5的情况下，农业用地旱地重金属Zn、Pb、Cd、Cu和As二级标准值分别为250，80，0.45，100，30mg/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值和重金属最终含量（mg/kg）两个方面进行评价和检验，如表1所示。

表1

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，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，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联合修复以及不同植物之间的联合修复对土壤都有很好的修复效果，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交叉重复循环修复相比，在相同的修复时间内修复的效果却较为缓慢。

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。

本发明一种生物炭和植物联合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 (8)

1.一种生物炭和植物联合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，以从棉花栽种到棉花采摘结束为一个周期，在棉花采摘完成后将棉花植株整体移除；

2)待步骤1)中棉花植株整体移除后，将生物炭基肥施入步骤1)种植过棉花的重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化60～70天；

3)待步骤2)中生物炭基肥陈化结束后连续种植2～3个周期的柳树，一个周期结束后将柳树整体移除，以10～12个月为一个周期；

4)待步骤3)中柳树整体移除后，将生物炭基肥再次施入步骤3)种植过柳树的重金属污染的土壤中，混合均匀，陈化40～50天；

5)循环重复执行步骤1)～步骤4)，直至土壤中重金属的含量达到安全标准，

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、1～2重量份的氯化钠、2～3重量份的硫酸镁、3～5重量份的硝酸钾、3～4重量份的硫酸钙、5～10重量份的尿素和6～8重量份的煤渣。

2.如权利要求1所述一种生物炭和植物联合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：

a、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；

b、将步骤a所得有机炭产物置于生物炭炉中450～500℃热解，冷却至室温；

c、将步骤b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。

3.如权利要求1所述一种生物炭和植物联合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1或2所述一种生物炭和植物联合修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述生物炭粒径为2～3mm。

5.如权利要求1所述一种生物炭和植物联合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。

6.如权利要求1所述一种生物炭和植物联合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30度埋入土壤表层10～15cm深度种植，株距为20～25cm，行距为20～25cm。

7.如权利要求6所述一种生物炭和植物联合修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述幼苗为由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。

8.如权利要求1所述一种生物炭和植物联合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。