CN106914478A - 重金属污染土壤的能源植物修复方法及用于该方法的改良剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种重金属污染土壤的能源植物修复方法及用于该方法的改良剂，能源植物施种于经改良后的土壤，实现对土壤中重金属的吸收，采用质量百分含量为生物有机肥80～95％，泥炭土3～15％和pH调节剂2～5％的改良剂实现对土壤肥力和pH值的调控，为植物提供更加有利的生长环境，显著提高用于重金属吸收的植物的生物量和富集效果，进而促进植物对重金属的吸收；还可实现农作物秸秆与畜禽粪便的大规模消纳，具有显著的经济效益与环境效益。

Description

重金属污染土壤的能源植物修复方法及用于该方法的改良剂
技术领域
本发明属于环境治理技术领域，尤其涉及一种重金属污染土壤的能源植物修复方法及用于该方法的改良剂。
背景技术
随着电子产品消耗量的逐年增长，电子垃圾逐年增加。我国电子垃圾的产量从2010年的230万吨增长到2015年的560万吨。伴随着电子垃圾的增多，电子垃圾拆解行业快速发展，然而由于电子垃圾拆解技术的落后，以及监管不到位的因素，拆解场地对局部土壤造成了严重的污染，威胁人类与生态健康。
拆解场地污染主要为重金属污染，我国主要的电子垃圾拆解场地有广州汕头贵屿镇、清远龙塘镇和南海大沥镇浙江台州市以及河北、湖南等地。电子垃圾拆解场地常见的土壤重金属污染包括Cr、Hg、Cu、Cd、Pb。
目前，我国主要的重金属污染土壤修复技术分为三大类：工程物理化学法，农业化学调控法和生物修复法。工程治理是指用物理或物理化学的原理来治理土壤重金属污染。主要有客土法、换土法、翻土法、淋洗法、热处理法和电解法；化学治理就是通过向重金属污染土壤投入抑制剂，增加土壤阳离子代换量和粘粒的含量，改变土壤pH值、Eh和电导等理化性质，使土壤重金属发生氧化、还原、沉淀、吸收、抑制和拮抗等作用，进而降低重金属的活性使得重金属对土壤的破坏性减弱。但是工程治理法存在实施复杂和治理费用高的问题，化学治理法存在重金属易再度活化，重金属处理不彻底的问题。生物修复法，尤其是植物修复法，以其操作简单、重金属吸收效果显著，以及可有效避免重金属再度活化等优势得到广泛关注，但是植物修复法由于所需治理的土壤被大量重金属污染，会抑制植物生长，降低修复效果。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种重金属污染土壤的能源植物修复方法及用于该方法的改良剂，本发明提供的修复方法对重金属的吸收量高。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种重金属污染土壤的能源植物修复方法，包括以下步骤：
(1)将改良剂施用于污染土壤；所述改良剂包括下述质量百分含量的组分：生物有机肥80～95％，泥炭土3～15％和pH调节剂2～5％；
(2)将所述施用改良剂后的土壤上施种能源植物。
优选的，所述改良剂施用与所述能源植物施种的时间间隔为1～2天。
优选的，所述改良剂的施用量以能使土壤中有机质含量不低于15g/kg为准。
优选的，所述改良剂的施用深度不低于20cm。
优选的，所述能源植物包括杂交狼尾草、荻、芦竹、柳枝稷和蓖麻中的一种或多种。
优选的，所述施种的行距为30～80cm，所述施种的株距为20～50cm。
本发明还提供了一种用于重金属土壤修复的改良剂，包括下述质量百分含量的组分：生物有机肥80～95％，泥炭土3～15％和pH调节剂2～5％。
优选的，所述生物有机肥的pH值为5.5～8.5；所述生物有机肥中有机质的含量不低于30wt％；所述生物有机肥的含水量不大于20wt％。
优选的，所述生物有机肥包括以下重量份的组分：植物秸秆65～75份、动物粪便15～25份和生物炭3～10份。
优选的，所述pH调节剂包括氧化钙、氧化镁和氧化硅中的一种或多种。
本发明提供了一种用于重金属污染土壤能源植物修复方法的改良剂，本发明能源植物施种于经改良后的土壤，实现对土壤中重金属的吸收；采用质量百分含量为生物有机肥80～95％，泥炭土3～15％和pH调节剂2～5％的改良剂实现对土壤肥力和pH值的调控，为能源植物提供更加有利的生长环境，显著提高用于重金属吸收的能源植物的生物量和富集效果，进而促进能源植物对重金属的吸收；本发明所述改良剂的使用还可实现农作物秸秆与畜禽粪便的大规模消纳，具有显著的经济效益与环境效益。本发明实施例的结果表明：在土壤中施加所述改良剂后能显著提高土壤肥力，有助于能源植物的健康生长，不仅产物产量(生物量)提高，吸收重金属的富集系数也得到相应提高，能源植物对重金属的吸收量增加。
具体实施方式
本发明提供了一种重金属污染土壤的能源植物修复方法，将包括质量百分含量为生物有机肥80～95％，泥炭土3～15％和pH调节剂2～5％的改良剂施用于污染土壤，然后将所述施用改良剂后的土壤上施种能源植物。
本发明在重金属污染土壤中施用所述改良剂，实现对土壤肥力和pH值的调控，为能源植物提供更加有利的生长环境，显著提高用于重金属吸收的能源植物的生物量和富集效果，进而促进能源植物对重金属的吸收；还可实现农作物秸秆与畜禽粪便的大规模消纳，具有显著的经济效益与环境效益。
本发明还提供了重金属污染土壤的能源植物修复方法，包括以下步骤：
(1)将改良剂适用于污染土壤；所述改良剂包括下述质量百分含量的组分：生物有机肥80～95％，泥炭土3～15％和pH调节剂2～5％；
(2)在所述施用改良剂后的土壤上施种能源植物。
在本发明中，待修复的重金属污染土壤可具体为铬、镍、铜、铅、砷和汞中的一种或多种污染的土壤。在本发明的实施例中，当待修复的重金属污染土壤含有铬时，所述土壤中铬含量可以为0.5～3.5mg/kg；当待修复的重金属污染土壤含有镍时，所述土壤中镍含量可以为50～100.0mg/kg；当待修复的重金属污染土壤含有铜时，所述土壤中铜含量可以为30～120.0mg/kg；当待修复的重金属污染土壤中含有铅时，所述土壤中铅的含量可以为30～150.0mg/kg；当待修复的重金属污染土壤中含有砷时，所述土壤中砷的含量可以为50～100.0mg/kg；当待修复的重金属污染土壤中含有汞时，所述土壤中汞的含量可以为0.5～2.0mg/kg。
在本发明的实施例中，待修复的重金属污染土壤中有机质含量可以是1～5g/kg。
在本发明的实施例中，待修复的重金属污染土壤的pH值优选为4～9。
本发明将改良剂施用于污染土壤。在本发明中，所述改良剂包括下述质量百分含量的组分：生物有机肥80～95％，泥炭土3～15％和pH调节剂2～5％。
在本发明中，所述改良剂，以质量百分含量计，包括80～95％的生物有机肥，优选为85～90％，在本发明的实施例中，具体为86％、88％、或93％。在本发明中，所述生物有机肥的pH值优选为5.5～8.5，进一步优选为6～8，更优选为6.5～7.5，最优选为7；所述生物有机肥的有机质含量优选不低于30wt％，进一步优选为35～60wt％，更优选为40～50wt％；所述生物有机肥的含水量优选不大于20wt％，进一步优选为2～15wt％，更优选为5～12wt％，最优选为10wt％。
在本发明中，以重量份计，所述生物有机肥优选包括植物秸秆65～75份、动物粪便15～25份和生物炭3～10份，进一步优选包括植物秸秆70～73份、动物粪便20～23份和生物炭5～8份，更优选为植物秸秆72份、动物粪便22份和生物炭6份。本发明对所述植物秸秆、动物粪便和生物炭的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。在本发明中，所述生物有机肥有助于提高土壤的有机质含量，为植物生长提供充足的营养物质。
本发明优选采用发酵的方式得到所述生物有机肥，具体为：将所述植物秸秆、动物粪便和生物炭混合后发酵。本发明对所述发酵的具体形式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的制备生物有机肥的发酵方式即可。本发明采用发酵方式制备生物有机肥，为植物秸秆和动物粪便的大规综合模利用提供了途径。
在本发明中，所述改良剂，以质量百分含量计，包括3～15％的泥炭土，优选为5～12％，进一步优选为6～9％。本发明实施例中，具体为4％、8％或10％份。在本发明中，所述泥炭土能够分解土壤中无效磷、钾，固定空气中氮分子，供给植物营养，从而提高肥料利用率，疏松板结土壤，增加土壤中有机质含量，增强土壤持水保肥能力；所述泥炭土结合生物有机肥的添加有助于提高能源植物的生物量，进而提高对重金属的吸收和富集。本发明对所述泥炭土的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的泥炭土即可。
在本发明中，所述改良剂，以质量百分含量计，包括2～5％的pH调节剂，优选为2.5～4.5％，进一步优选为3～4％。在本发明中，所述pH调节剂优选包括氧化钙、氧化镁和氧化硅中的一种或多种。本发明对所述氧化钙、氧化镁和氧化硅的来源没有要求，采用本领域技术人员所熟知的氧化钙、氧化镁和氧化硅即可。在本发明中，所述pH调节剂能够实现对土壤pH值的调节，通过所述pH调节剂的添加，调控土壤pH值为6.8～7.9之间可有效保证能源植物的正常生长，同时还能促进植物对重金属的吸收。
本发明对上述技术方案所述改良剂的制备方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员所熟知的组合物制备的技术方案即可，具体为：将所述生物有机肥、泥炭土和pH调节剂混合，得到用于重金属污染土壤能源植物修复方法的改良剂。本发明优选以袋装的形式储存所述混合物，优选每袋50kg，便于施用时的计量。
本发明将上述技术方案所述的改良剂施用于所述重金属污染土壤。在本发明中，所述改良剂的施用量优选以能使土壤中有机质含量能不低于15g/kg为准，进一步优选为16～20g/kg；为了调控土壤中有机质含量，在施用改良剂前，本发明优选对土壤中有机质含量进行测定，本发明对所述有机质含量的测定方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的有机质含量的测定方式即可。
完成所述测定后，本发明优选根据所述土壤中有机质含量确定所述改良剂的施用量；在本发明中，所述改良剂的施用量优选为150～250kg/亩，进一步优选为175～225kg/亩，更优选为180～200kg/亩。
在本发明中，所述改良剂的施用深度不低于20cm，进一步优选为22～30cm，更优选为25cm。在本发明中，所述改良剂的施用深度的限定有助于改良剂对土壤的改良作用的发挥，同时避免改良剂直接裸露于土壤表层，弱化改良效果。本发明对所述改良剂的施用方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的土壤施肥方式即可。
将所述改良剂施用于所述土壤后，本发明在所述施用改良剂后的土壤上施种能源植物。在本发明中，所述施用改良剂和所述施种植物间的时间间隔优选为1～2天；在所述时间间隔中，本发明完成对所述施用改良剂后的土壤的晾晒，有助于改良剂对污染土壤的调质。
在本发明中，所述能源植物优选包括杂交狼尾草、荻、芦竹和柳枝稷、蓖麻等。在本发明中，所述能源植物以间作的方式施种，通过植物多样性提高植物对重金属的吸收量。
在本发明中，所述能源植物的种类优选根据所需被治理土壤的条件进行选择；所述土壤的条件状况优选包括气候条件、土壤条件和污染情况。在本发明中，所述能源植物的选择具体为：根据所述土壤中重金属的种类和含量，选择对所述重金属耐受性强的能源植物；在本发明的实施例中，用于铬含量为0.5～3.5mg/kg的能源植物为芦竹、蓖麻；用于镍含量为50～100.0mg/kg的能源植物为杂交狼尾草、蓖麻；用于铜含量为30～120.0mg/kg的能源植物为蓖麻；用于铅的含量为30～150.0mg/kg的能源植物为荻、红麻、黄麻、旱柳、蜈蚣草；用于砷的含量为50～100.0mg/kg的能源植物为杂交狼尾草、柳枝稷、荻；用于汞含量为0.5～2.0mg/kg的能源植物为杂交狼尾草、油菜、蓖麻。
在本发明中，所述施种的行距优选为30～80cm，进一步优选为35～45cm；所述施种的株距优选为20～50cm，进一步优选为25～28cm。本发明优选以条状或块状为施种单位，间隔施种所述能源植物，有助于发挥生物多样性优势，提高能源植物对土壤重金属的吸收。本发明对所述施种方式的具体形式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的形式即可；在本发明的实施例中，当所述施种方式为条状方式时，将所述地块分成条状土地后施种所述植物，所述条状土地的宽度优选为200～400cm；当所述施种方式为块状方式时，将所述地块分成块状土地后施种所述植物，所述块状土地优选为边长为50～100cm的方形地块。
本发明还提供了用于重金属污染土壤能源植物修复方法的改良剂，包括下述质量百分含量的组分：生物有机肥80～95％，泥炭土3～15％和pH调节剂2～5％。
在本发明中，所述改良剂的优选按照上述技术方案所述的改良剂进行限定，在此不再赘述。
本发明提供了重金属污染土壤的能源植物修复方法。本发明通过改良剂实现对土壤肥力和pH值的调控，为植物提供更加有利的生长环境，显著提高用于重金属吸收的植物的生物量和富集效果，进而促进植物对重金属的吸收，结合后续能源植物的施种，实现对土壤中重金属的吸收。
本发明还提供了一种用于重金属污染土壤能源植物修复方法的改良剂，包括下述质量百分含量的组分：生物有机肥80～95％，泥炭土3～15％和pH调节剂2～5％。采用包括本发明提供的改良剂能够改善土壤的肥力和调整土壤pH值为能源植物提供更加有利的生长环境，显著提高用于重金属吸收的能源植物的生物量和富集效果，进而促进能源植物对重金属的吸收。
下面结合实施例对本发明提供的重金属污染土壤的能源植物修复方法及用于该方法的改良剂进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
以下实施例和对比例均以天津市某工业园区内总面积为3000m2的试验田为土壤采样基地，将整块试验田平均分成六份计为A、B、C、D、E和F，在每个方块田内按照随机取样的原则取3个样本土壤，样本土壤深度不得超过25cm。通过在阴凉处通风晾干，去除杂质后测量土壤有机质含量、pH值和重金属含量等参数，结果如表1所示。本发明对所述重金属含量的测试方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的重金属含量测试方式即可。
表1原始土壤肥力质量情况表
并对该试验田土壤中重金属含量进行检测，重金属元素含量检测结果如表2所示。
表2原土壤重金属含量情况表
实施例1
改良剂的配制：植物秸秆86％、动物粪便10％和生物炭4％的比例配制，发酵得到生物有机肥；得到生物有机肥后，按照生物有机肥80％，泥炭土15％和氧化钙5％的比例混合，得到土壤改良剂。
测定试验田土壤中的有机质含量，按照每亩施加50Kg的用量在地块A、B、C和D的试验田中施加土壤改良剂。
按照随机取样的原则取3个样本土壤，其中样本土壤取样深度不得超过25cm。样本土壤通过在阴凉处通风晾干，去除杂质后测量土壤有机质含量、pH值和重金属含量参数，结果如表3所示。
表3施肥后土壤肥力质量情况表
A地块施用改良剂后的试验田晾晒一天后，将A地块分成一列列300cm宽的条状土地，条状方式种植杂交狼尾草。
实施例2
B地块施用改良剂后的试验田晾晒一天后，将B地块分成200cm×300cm的块状土地，块状方式施种蓖麻。
实施例3
将C块土地分成一列列300cm宽的条状土地，按照同列种植同一种植物的方式，将蓖麻和杂交狼尾草间隔种植在土地的不同条状区域，形成条状的杂交种植。
实施例4
将D块土地分成200cm×300cm的块状土地，按照同块状土地种植同一种植物的方式，将蓖麻和杂交狼尾草间隔种植在土地的不同块状区域，形成块状的杂交种植。
对比例1
E地块不经改良剂的调质，直接将E地块分成一列列300cm宽的条状土地，条状方式种植杂交狼尾草。
对比例2
F地块不经改良剂的调质，直接将F地块分成200cm×300cm的块状土地，块状方式施种蓖麻。
对实施例1～4、对比例1和对比例2方案中的植物体内的重金属含量进行测定，测定结果如表4所示。
表4实施例1～4和对比例1～2处理后的植物体内重金属含量
表4中产物产量是指杂交狼尾草和蓖麻的产量，根据表4中产物产量的变化说明改良剂的施加与否对能源植物产量的影响。从表4中可见，实施例1中A地块中杂交狼尾草产物产量为60.21t/hm2，对比例1中E地块杂交狼尾草产物产量57.23t/hm2，土壤经改良剂调质后生物量增加；实施例2中B地块的蓖麻产量4.67t/hm2，对比例2中F地块蓖麻产物产量为4.49t/hm2，土壤经改良剂调质后所种植的植物的生物量增加；实施例3中C地块经改良剂调质后，条状方式种植杂交狼尾草和蓖麻，结果表明，杂交狼尾草产量提高至60.45t/hm2，蓖麻产量提高至4.71t/hm2；实施例4中D地块经改良剂调质后，块状方式种植杂交狼尾草和蓖麻，杂交狼尾草产量提高至60.98t/hm2，蓖麻产量提高至4.72t/hm2。说明，提高生物多样性有利于增加植物生物量；富集系数一定的情况下，产物产量越大对土壤中重金属的去除效果越好。
表4数据中植物体内重金属含量高，土壤中所含的重金属含量就降低了，符合土壤中重金属的含量-植物体内重金属的含量＝土壤中剩余重金属含量。结合表4中的数据，由实施例1和对比例1对照以及实施例2与对比例2的对照可以得知，在土壤中加入有机肥让土壤更加肥沃有助于植物的健康生长，不仅产品产量提高，吸收重金属的富集系数也得到部分提高；由实施例1、2和3对照可知，杂交狼尾草和蓖麻杂交种植的形式，由于植物多样性从而使得植物生长的更好，植物的重金属富集系数也得到提高；由实施例3和实施例4对照可知，在间作施种过程中两种植物之间的间隙越小，能够更好的促进植物的生长和重金属富集系数的提高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种重金属污染土壤的能源植物修复方法，包括以下步骤：
(1)将改良剂施用于污染土壤；所述改良剂包括下述质量百分含量的组分：生物有机肥80～95％，泥炭土3～15％和pH调节剂2～5％；
(2)在所述施用改良剂后的土壤上施种能源植物。
2.根据权利要求1所述的能源植物修复方法，其特征在于，所述改良剂施用与所述能源植物施种的时间间隔为1～2天。
3.根据权利要求1所述的能源植物的修复方法，其特征在于，所述改良剂的施用量以能使土壤中有机质含量不低于15g/kg为准。
4.根据权利要求1或3所述的能源植物修复方法，其特征在于，所述改良剂的施用深度不低于20cm。
5.根据权利要求1所述的能源植物修复方法，其特征在于，所述能源植物包括杂交狼尾草、荻、芦竹、柳枝稷和蓖麻中的一种或多种。
6.根据权利要求1或5所述的能源植物的修复方法，其特征在于，所述施种的行距为30～80cm，所述施种的株距为20～50cm。
7.一种用于重金属污染土壤能源植物修复方法的改良剂，包括下述质量百分含量的组分：生物有机肥80～95％，泥炭土3～15％和pH调节剂2～5％。
8.根据权利要求7所述的改良剂，其特征在于，所述生物有机肥的pH值为5.5～8.5；所述生物有机肥中有机质的含量不低于30wt％；所述生物有机肥的含水量不大于20wt％。
9.根据权利要求7或8所述的改良剂，其特征在于，所述生物有机肥包括以下重量份的组分：植物秸秆65～75份、动物粪便15～25份和生物炭3～10份。
10.根据权利要求7所述的改良剂，其特征在于，所述pH调节剂包括氧化钙、氧化镁和氧化硅中的一种或多种。
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