CN105344708A - 一种盐碱地土壤重金属污染的修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种盐碱地土壤重金属污染的修复方法，通过在重金属污染的土壤中放水淹没地表，浸泡后，排干水，将生物炭基肥施入到重金属污染的盐碱地土壤中，混合均匀，陈化；陈化结束后将微生物复合菌剂接种在土壤中；微生物复合菌剂接种后栽种蓖麻，蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；蓖麻植株整体移除后，放水，排水，再次施入生物炭基肥陈化，然后再次接种微生物复合菌剂，接种微生物复合菌剂后种植柳树；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，见效快时间短，且可以在治理盐碱地重金属污染土壤的同时美化环境，实用性强。

Description

一种盐碱地土壤重金属污染的修复方法

技术领域

本发明涉及污染土壤治理领域，特别涉及一种盐碱地土壤重金属污染的修复方法。

背景技术

土壤是构成环境生态系统的基本要素之一，是人类赖以生存的物质基础。土壤的盐渍化和次生盐渍化问题成为农业生产中难以回避的问题，影响着经济的发展，威胁着绿洲生态系统的稳定，是制约干旱区农业发展的主要障碍，需要持续地采取科学合理的方法予以解决。盐碱耕地土壤中的盐分对农作物的根系伤害非常严重，农作物的根系受到盐毒害后，根系发育不良而早衰。除此之外，随着现代经济的高速发展，人类的活动造成了镉、铅、锌和铬等重金属不断地向环境中释放，在土壤中积累，并通过食物链对人体产生危害，给人尖赖以生存的土壤带来了严重的污染。因此土壤系统中的盐碱土壤修复、有毒重金属防治一直是土壤生态学研究的难点和热点。

盐碱地土壤中盐分多，以往采用传统物理化学改良，其化学良剂主要是石膏，施用石膏，加大土壤钙离子含量，置换土壤胶体上吸附的钠离子和镁离子，使钠质亲水胶体变为钙质疏水胶体，从而改善土壤结构和通透性，起到了脱盐和抑制返盐的作用，但用石膏治理盐碱地成本过高，难于推广，也不能改变盐碱地的肥效。

由于污染，土壤的营养功能、净化功能、缓冲功能和有机体的支持功能正在丧失，迫切需要修复和治理。深入开展污染土壤发生过程与调控、污染土壤修复的研究与应用，紧紧把握住污染土壤修复技术创新的方向，直接关系到我国的生态安全。

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，提供一种能够改善土壤盐碱度、降解和转化土壤中的污染物、改善土壤物理性状且能够提高土壤肥力的修复方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种盐碱地土壤重金属污染的修复方法，包括以下步骤：

1）放水淹没地表，浸泡4~6小时后，排干水，将生物炭基肥施入到重金属污染的盐碱地土壤中，混合均匀，陈化60~70天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后，将微生物复合菌剂接种在土壤中10~15天；

3）待步骤2）中微生物复合菌剂接种在土壤中10~15天后连续栽种1~2个周期的蓖麻，以蓖麻果实成熟收获结束为一个周期，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

4）待步骤3）中蓖麻整体移除后，放水淹没地表，浸泡4~6小时后，排干水，再次施入生物炭基肥到重金属污染的盐碱地土壤中，混合均匀，陈化60~70天；

5）待步骤4）中生物炭基肥陈化结束后，再次接种微生物复合菌剂在土壤中10~15天；

6）待步骤5）中微生物复合菌剂接种在土壤中10~15天后连续种植1~2个周期柳树，每个周期结束后将柳树整体移除，以10~12个月为一个周期；

7）循环重复执行步骤1）~步骤6），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：50~60重量份蓖麻或柳树废弃物制成的生物炭、10~15重量份的腐殖酸、4~6重量份的硫酸钾、3~4重量份的硫酸钙、8~12重量份的腐植酸铵、15~20重量份的尿素、4~6重量份的柠檬酸、3~4重量份的草酸和6~8重量份的高温炉渣。

优选的，所述微生物复合菌剂包括：圆褐固氮菌、地衣芽孢杆菌、沼泽红假单孢菌、枯草芽孢杆菌和植物乳酸菌，所述圆褐固氮菌、地衣芽孢杆菌、沼泽红假单孢菌、枯草芽孢杆菌和植物乳酸菌的重量比为2~4：2~4：1.5~2.5：0.75~1.5：1~3。

优选的，所述生物炭基肥的施入量为5~8kg/亩，所述微生物复合菌剂接种到土壤中的用量为0.5~0.8kg/亩。

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，所述生物炭的制备步骤为：

1）蓖麻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，所述种植蓖麻的方法为幼苗栽种，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蓖麻种子长成的蓖麻幼苗。

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.蓖麻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，所得蓖麻种子可以生产工业用油，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.本发明生物炭基肥加入腐殖酸、草酸等，施入土壤中可以源源不断的释放出能够降解盐碱浓度的物质，从而降低土壤pH，生物炭基肥含有一定的有机成分，具有改善土壤物理结构、增加土壤肥力的作用，在栽种植物或作物前期施用，脱盐效果显著，能够有效降低盐害对植物生长的影响，同时还可以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。

3.微生物复合菌剂的添加，可以溶解土壤中被固化的氮磷钾等营养成分，在土壤中繁殖裂变释放出的有机酸，可降低盐碱浓度，在繁殖过程中产生大量多糖，是恢复土壤团粒结构的重要物质，并且能疏松土壤，使耕地中的盐碱淋溶，抑制返碱，使得土壤理化现状得到改善，促进植物在重金属污染的土壤中生长，从而对植物的生长和根系提取重金属起到良好的促进作用。

4.本发明将治理过土壤的蓖麻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，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。

总之，本发明是一种安全、环保、高效、经济和实用的盐碱地土壤重金属污染的修复方法，不带来二次污染，无毒性，对土壤作物和生态环境具有可靠的生物安全性。

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蓖麻和柳树丢弃物（根、茎、叶等）为炭源制得，其中pH为8.28，比表面积达4.5~750m²/g，中孔比表面积为6.5~400m²/g，孔容积为0.0055~0.6500ml/g，中孔容积为0.0035~0.5500ml/g。

微生物复合菌剂中圆褐固氮菌、地衣芽孢杆菌、沼泽红假单孢菌、枯草芽孢杆菌和植物乳酸菌均为市售产品，其中圆褐固氮菌30亿cfu/克，地衣芽孢杆菌200亿cfu/克，沼泽红假单孢菌30亿cfu/克，枯草芽孢杆菌100亿cfu/克，植物乳酸菌10亿cfu/克。

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pH8.7，重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别为515.3、228.4、79.5、426.2、32.1和67.8mg/kg。

根据国家土壤环境质量标准GB15618-2008可知，土壤pH＞7.5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300，80，0.8，100，1.5和25mg/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）放水淹没地表，浸泡6小时后，排干水，将生物炭基肥施入到重金属污染的盐碱地土壤中，混合均匀，陈化60天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后，将微生物复合菌剂接种在土壤中15天；

3）待步骤2）中微生物复合菌剂接种在土壤中15天后，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通蓖5号蓖麻种子长成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20cm，行距为25cm。不定期浇水除草，以保证蓖麻正常生长。三月下旬，在实验田中连续栽种1个周期的一年生通蓖5号蓖麻，以蓖麻果实成熟收获结束为一个周期，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

4）待步骤3）中蓖麻整体移除后，放水淹没地表，浸泡6小时后，排干水，再次施入生物炭基肥到重金属污染的盐碱地土壤中，混合均匀，陈化60天；

5）待步骤4）中生物炭基肥陈化结束后，再次接种微生物复合菌剂在土壤中15天；

6）待步骤5）中微生物复合菌剂接种在土壤中15天后，三月中上旬，选用健康茁壮2m的白皮柳树苗栽种柳树，连续种植2个周期柳树，每个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期；

7）循环重复执行步骤1）~步骤6）一次，土壤中重金属的含量达到安全标准。

步骤1）和步骤4）中移除的一年生通蓖5号蓖麻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1h，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50重量份的生物炭与10重量份的腐殖酸、4重量份的硫酸钾、3重量份的硫酸钙、8重量份的腐植酸铵、15重量份的尿素、4重量份的柠檬酸、3重量份的草酸、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6mm的颗粒后，施入7kg/亩的生物炭基肥到步骤1）和步骤4）排干水的土壤中。

步骤2）和步骤5）中微生物复合菌剂以圆褐固氮菌、地衣芽孢杆菌、沼泽红假单孢菌、枯草芽孢杆菌和植物乳酸菌的重量比为2：2：1.5：0.75：1制备，微生物复合菌剂接种于土壤上的用量为0.6kg/亩。

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下降至7.1，重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别为192.1、64.2、0.67、63.5、0.96和17.4mg/kg，土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别下降了62.72%，71.89%，99.16%，85.10%，97.00%，74.33%。

实施例2

1）放水淹没地表，浸泡6小时后，排干水，将生物炭基肥施入到重金属污染的盐碱地土壤中，混合均匀，陈化60天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后，将微生物复合菌剂接种在土壤中15天；

3）待步骤2）中微生物复合菌剂接种在土壤中15天后，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油蓖5号蓖麻种子长成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20cm，行距为25cm。不定期浇水除草，以保证蓖麻正常生长。三月下旬，在实验田中连续栽种1个周期的一年生油蓖5号蓖麻，以蓖麻果实成熟收获结束为一个周期，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

4）待步骤3）中油蓖5号蓖麻整体移除后，放水淹没地表，浸泡6小时后，排干水，再次施入生物炭基肥到重金属污染的盐碱地土壤中，混合均匀，陈化60天；

5）待步骤4）中生物炭基肥陈化结束后，再次接种微生物复合菌剂在土壤中15天；

6）待步骤5）中微生物复合菌剂接种在土壤中15天后，三月中上旬，选用健康茁壮2m的白皮柳树苗栽种柳树，连续种植2个周期柳树，每个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期；

循环重复执行步骤1）~步骤6）一次，土壤中重金属的含量达到安全标准。

步骤1）和步骤4）中移除的一年生油蓖5号蓖麻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60重量份的生物炭与15重量份的腐殖酸、6重量份的硫酸钾、4重量份的硫酸钙、12重量份的腐植酸铵、20重量份的尿素、6重量份的柠檬酸、4重量份的草酸、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5mm的颗粒后，施入8kg/亩的生物炭基肥到步骤1）和步骤4）排干水的土壤中。

步骤2）和步骤5）中微生物复合菌剂以圆褐固氮菌、地衣芽孢杆菌、沼泽红假单孢菌、枯草芽孢杆菌和植物乳酸菌的重量比为4：4：2.5：1.5：3制备，微生物复合菌剂接种于土壤上的用量为0.6kg/亩。

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下降至7.2，重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别为198.8、69.4、0.62、69.7、0.95和19.2mg/kg，土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别下降了61.42%，69.61%，99.22%，83.65%，97.04%，71.68%。

实施例3

1）放水淹没地表，浸泡6小时后，排干水，将生物炭基肥施入到重金属污染的盐碱地土壤中，混合均匀，陈化60天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后，将微生物复合菌剂接种在土壤中15天；

3）待步骤2）中微生物复合菌剂接种在土壤中15天后，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油蓖4号蓖麻种子长成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，以保证蓖麻正常生长。三月下旬，在实验田中连续栽种1个周期的一年生油蓖4号蓖麻，以蓖麻果实成熟收获结束为一个周期，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

4）待步骤3）中油蓖4号蓖麻整体移除后，放水淹没地表，浸泡6小时后，排干水，再次施入生物炭基肥到重金属污染的盐碱地土壤中，混合均匀，陈化60天；

5）待步骤4）中生物炭基肥陈化结束后，再次接种微生物复合菌剂在土壤中15天；

6）待步骤5）中微生物复合菌剂接种在土壤中15天后，三月中上旬，选用健康茁壮2m的旱柳柳树苗栽种柳树，连续种植2个周期柳树，每个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期；

循环重复执行步骤1）~步骤6）一次，土壤中重金属的含量达到安全标准。

步骤1）和步骤4）中移除的一年生油蓖4号蓖麻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3mm筛，装袋备用，然后将55重量份的生物炭与12重量份的腐殖酸、5重量份的硫酸钾、4重量份的硫酸钙、10重量份的腐植酸铵、18重量份的尿素、5重量份的柠檬酸、4重量份的草酸、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5mm的颗粒后，施入6kg/亩的生物炭基肥到步骤1）和步骤4）排干水的土壤中。

步骤2）和步骤5）中微生物复合菌剂以圆褐固氮菌、地衣芽孢杆菌、沼泽红假单孢菌、枯草芽孢杆菌和植物乳酸菌的重量比为3：3：2：1：2制备，微生物复合菌剂接种于土壤上的用量为0.5kg/亩。

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下降至7.2，重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别为196.4、62.5、0.72、62.8、1.03和18.6mg/kg，土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别下降了61.89%，72.64%，99.09%，85.27%，96.79%，72.57%。

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）放水淹没地表，浸泡5小时后，排干水，将生物炭基肥施入到重金属污染的盐碱地土壤中，混合均匀，陈化60天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后，将微生物复合菌剂接种在土壤中15天；

3）待步骤2）中微生物复合菌剂接种在土壤中15天后，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通蓖5号蓖麻种子长成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20cm，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，以保证蓖麻正常生长。三月下旬，在实验田中种植连续栽种1个周期的一年生通蓖5号蓖麻，以蓖麻果实成熟收获结束为一个周期，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

4）待步骤3）中通蓖5号蓖麻整体移除后，放水淹没地表，浸泡5小时后，排干水，再次施入生物炭基肥到重金属污染的盐碱地土壤中，混合均匀，陈化60天；

5）待步骤4）中生物炭基肥陈化结束后，再次接种微生物复合菌剂在土壤中15天；

6）待步骤5）中微生物复合菌剂接种在土壤中15天后，三月中上旬，选用健康茁壮2m的白皮柳树苗栽种柳树，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，连续种植2个周期柳树，每个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期；

循环重复执行步骤1）~步骤6）一次，土壤中重金属的含量达到安全标准。

步骤1）和步骤4）中移除的一年生通蓖5号蓖麻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3mm筛，装袋备用，然后将60重量份的生物炭与15重量份的腐殖酸、6重量份的硫酸钾、4重量份的硫酸钙、12重量份的腐植酸铵、20重量份的尿素、6重量份的柠檬酸、4重量份的草酸、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5mm的颗粒后，施入5kg/亩的生物炭基肥到步骤1）和步骤4）排干水的土壤中。

步骤2）和步骤5）中微生物复合菌剂以圆褐固氮菌、地衣芽孢杆菌、沼泽红假单孢菌、枯草芽孢杆菌和植物乳酸菌的重量比为4：4：2：1：2制备，微生物复合菌剂接种于土壤上的用量为0.8kg/亩。

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下降至7.1，重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别为212.3、74.6、0.75、73.4、1.29和22.8mg/kg，土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度分别下降了58.80%，67.34%，99.05%，82.78%，95.98%，66.37%。

从实施例1~4的修复结果可知，采用本发明的修复方法，通过生物炭基肥和微生物菌剂的先后处理，可以在一定程度上降低土壤的盐碱度，然后再与植物进行协同修复在6~7年内大大的降低了土壤中Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As等重金属的含量，进一步的对土壤重金属污染进行了更好地修复。

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不经过任何处理的一年生通蓖5号蓖麻，连续种植蓖麻的时间为7个周期，以从蓖麻栽种到蓖麻采摘结束为一个周期：

1）放水淹没地表，浸泡5小时后，排干水；

2）选用通过20%的H₂O₂消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的通蓖5号蓖麻种子长成28cm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20cm。不定期浇水除草，以保证蓖麻正常生长。三月下旬，在实验田中种植连续栽种7个周期的一年生通蓖5号蓖麻，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除，7个周期后对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量进行分析。

对比例2

在上述试验区域的试验田中仅栽种不经过任何处理的白皮柳树，连续栽种柳树的时间为7个周期，以12个月为一个周期：

1）放水淹没地表，浸泡5小时后，排干水；

2）三月中上旬，选用健康茁壮2m的白皮柳树苗栽种柳树，连续栽种7个周期，每个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期，7个周期后对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量进行分析。

对比例3

在上述实验区域的试验田内生物炭基肥处理后仅种植蓖麻：

1）放水淹没地表，浸泡5小时后，排干水，将生物炭基肥施入到重金属污染的盐碱地土壤中，混合均匀，陈化60天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后栽种蓖麻，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通蓖5号蓖麻种子长成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20cm，行距为25cm。不定期浇水除草，以保证蓖麻正常生长。三月下旬，在实验田中种植连续栽种7个周期的一年生通蓖5号蓖麻，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除，7个周期后对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量进行分析。

蓖麻和柳树废弃物与稻壳、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3mm筛，装袋备用，然后将60重量份的生物炭与15重量份的腐殖酸、6重量份的硫酸钾、4重量份的硫酸钙、12重量份的腐植酸铵、20重量份的尿素、6重量份的柠檬酸、4重量份的草酸、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5mm的颗粒后，施入7kg/亩的生物炭基肥到步骤1）排干水的土壤中。

对比例4

在上述实验区域的试验田内生物炭基肥处理后仅栽种柳树：

1）放水淹没地表，浸泡5小时后，排干水，将生物炭基肥施入到重金属污染的盐碱地土壤中，混合均匀，陈化60天；

2）三月中上旬，选用健康茁壮2m的白皮柳树苗栽种柳树，连续栽种7个周期，每个周期结束后将柳树整体移除，以12个月为一个周期，7个周期后对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量进行分析。

蓖麻和柳树废弃物与稻壳、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3mm筛，装袋备用，然后将60重量份的生物炭与15重量份的腐殖酸、6重量份的硫酸钾、4重量份的硫酸钙、12重量份的腐植酸铵、20重量份的尿素、6重量份的柠檬酸、4重量份的草酸、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5mm的颗粒后，施入8kg/亩的生物炭基肥到步骤1）排干水的土壤中。

对比例5

在上述实验区域的试验田内生物炭基肥处理后，种植一年生油蓖4号蓖麻和白皮柳树：

1）放水淹没地表，浸泡5小时后，排干水，将生物炭基肥施入到重金属污染的盐碱地土壤中，混合均匀，陈化60天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后栽种蓖麻，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油蓖4号蓖麻种子长成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20cm，行距为25cm。不定期浇水除草，以保证蓖麻正常生长。三月下旬，在实验田中种植连续栽种1个周期的一年生油蓖4号蓖麻，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

3）待步骤2）中油蓖4号蓖麻整体移除后，放水淹没地表，浸泡5小时后，排干水，再次施入生物炭基肥到重金属污染的盐碱地土壤中，混合均匀，陈化60天；

4）待步骤3）中生物炭基肥陈化结束后，三月中上旬，选用健康茁壮2m的白皮柳树苗栽种柳树，连续栽种2个周期柳树，12个月为一个周期，12个月后将柳树整体移除；

重复执行步骤1）~步骤4）一次后，对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量进行分析。

步骤1）和步骤3）中移除的一年生油蓖4号蓖麻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，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2mm筛，装袋备用，然后将80重量份的稻壳、秸秆或蓖麻、柳树废弃物制成的生物炭与3重量份的硫酸钠、4重量份的氯化镁、3重量份的硫酸钙、8重量份的磷酸铵、10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/亩的生物炭基肥到步骤1）和步骤3）重金属污染的土壤中。

对比例6

在上述实验区域的试验田内种植接种了微生物复合菌剂处理后，种植一年生通蓖5号蓖麻和旱柳柳树：

1）放水淹没地表，浸泡5小时后，排干水后，将微生物复合菌剂接种在土壤中15天；

2）待步骤1）中微生物复合菌剂接种结束后栽种蓖麻，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通蓖5号蓖麻种子长成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20cm，行距为25cm。不定期浇水除草，以保证蓖麻正常生长。三月下旬，在实验田中种植连续栽种1个周期的一年生通蓖5号蓖麻，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

3）待步骤2）中通蓖5号蓖麻整体移除后，放水淹没地表，浸泡5小时后，排干水后，再次接种微生物复合菌剂在土壤中15天；

4）待步骤3）中微生物复合菌剂接种结束后，三月中上旬，选用健康茁壮2m的旱柳柳树苗栽种柳树，连续栽种2个周期柳树，12个月为一个周期，12个月后将柳树整体移除；

重复执行步骤1）~步骤4）一次后，对土壤酸碱性、土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu、Hg和As的浓度含量进行分析。

步骤1）和步骤3）中微生物复合菌剂以圆褐固氮菌、地衣芽孢杆菌、沼泽红假单孢菌、枯草芽孢杆菌和植物乳酸菌的重量比为4：4：2：1：2制备，微生物复合菌剂接种于土壤上的用量为0.8kg/亩。

土壤治理效果

根据国家土壤环境质量标准GB15618-2008可知，土壤pH＞7.5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300，80，0.8，100，1.5和25mg/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）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与实验区土壤，经过6~7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，而且对于盐碱地土壤的土壤酸碱性也有更好地修复和改善。2）对比例1~6与实施例1~4相比，通过生物炭、微生物对盐碱地土壤的提前协同修复，可以从一定程度上改善土壤酸碱性和土壤肥力，再通过植物对盐碱地土壤重金属的修复和对土壤结构以及性质的进一步改善，土壤最终的土质得到更好地修复，土壤中重金属的含量也大大降低，对土壤中重金属的修复较为全面，而对比例1~6中可以看出缺少其中任何一种修复方法对盐碱地土壤酸碱性以及土壤中重金属的修复效果都有所降低，最终治理结束后土壤中重金属的含量仍然较大，土质也仍然偏碱性，在相同的修复时间内修复的效果也相对较为缓慢。3）对比例1、2与实施例1~4或相比，可以看出单一的植物对盐碱地土壤重金属的修复治理效果较慢，效果较差，对土壤酸碱性的修复也不够理想，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中的修复方法对盐碱地土壤重金属的修复更加的全面具体。4）对比例5、6与实施例1~4相比可以看出单一植物与生物炭、微生物的协同修复效果也较为不理想，虽然对于盐碱地土壤的酸碱性修复略微有所改善，但是对重金属的吸收较低也显得较为单一，说明这种单一植物的协同修复重金属容易达到修复吸收饱和状态，在相同的修复时间内，重金属的含量并没有达到农业用地旱地重金属的二级标准值，这说明不同植物的交叉循环修复有利于更好更全面的吸收重金属。

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与微生物菌剂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。

本发明一种盐碱地土壤重金属污染的修复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 (10)

1.一种盐碱地土壤重金属污染的修复方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）放水淹没地表，浸泡4~6小时后，排干水，将生物炭基肥施入到重金属污染的盐碱地土壤中，混合均匀，陈化60~70天；

2）待步骤1）中生物炭基肥陈化结束后，将微生物复合菌剂接种在土壤中10~15天；

3）待步骤2）中微生物复合菌剂接种在土壤中10~15天后连续栽种1~2个周期的蓖麻，以蓖麻果实成熟收获结束为一个周期，每个周期蓖麻果实收获结束后将蓖麻整体移除；

4）待步骤3）中蓖麻整体移除后，放水淹没地表，浸泡4~6小时后，排干水，再次施入生物炭基肥到重金属污染的盐碱地土壤中，混合均匀，陈化60~70天；

5）待步骤4）中生物炭基肥陈化结束后，再次接种微生物复合菌剂在土壤中10~15天；

6）待步骤5）中微生物复合菌剂接种在土壤中10~15天后连续种植1~2个周期柳树，每个周期结束后将柳树整体移除，以10~12个月为一个周期；

7）循环重复执行步骤1）~步骤6），直至土壤中重金属的含量达到安全标准。

2.如权利要求1所述一种盐碱地土壤重金属污染的修复方法，其特征在于：所述生物炭基肥包括：50~60重量份蓖麻或柳树废弃物制成的生物炭、10~15重量份的腐殖酸、4~6重量份的硫酸钾、3~4重量份的硫酸钙、8~12重量份的腐植酸铵、15~20重量份的尿素、4~6重量份的柠檬酸、3~4重量份的草酸和6~8重量份的高温炉渣。

3.如权利要求1所述一种盐碱地土壤重金属污染的修复方法，其特征在于：所述微生物复合菌剂包括：圆褐固氮菌、地衣芽孢杆菌、沼泽红假单孢菌、枯草芽孢杆菌和植物乳酸菌，所述圆褐固氮菌、地衣芽孢杆菌、沼泽红假单孢菌、枯草芽孢杆菌和植物乳酸菌的重量比为2~4：2~4：1.5~2.5：0.75~1.5：1~3。

4.如权利要求1所述一种盐碱地土壤重金属污染的修复方法，其特征在于：所述生物炭基肥的施入量为5~8kg/亩，所述微生物复合菌剂接种到土壤中的用量为0.5~0.8kg/亩。

5.如权利要求1或2所述一种盐碱地土壤重金属污染的修复方法，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2所述一种盐碱地土壤重金属污染的修复方法，其特征在于：所述生物炭的制备步骤为：

1）蓖麻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。

7.如权利要求2或6所述一种盐碱地土壤重金属污染的修复方法，其特征在于：所述生物炭的粒径为2~3mm。

8.如权利要求1所述一种盐碱地土壤重金属污染的修复方法，其特征在于：所述种植蓖麻的方法为幼苗栽种，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。

9.如权利要求8所述一种盐碱地土壤重金属污染的修复方法，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蓖麻种子长成的蓖麻幼苗。

10.如权利要求1所述一种盐碱地土壤重金属污染的修复方法，其特征在于：所述柳树选用1.5~2m的柳树苗栽种。