CN107211614A - 改良螯合剂淋洗土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改良螯合剂淋洗土壤的方法，包括以下步骤：将水生植物栽种到螯合剂淋洗土壤中，施加肥料进行栽培，完成对螯合剂淋洗土壤的改良处理；水生植物为空心莲子草和/或狐尾藻。本发明首次采用空心莲子草和/或狐尾藻对螯合剂淋洗土壤进行改良，不仅可以改良可恢复土壤中酶及微生物的降解活性，而且还能够对残存在土壤中的螯合剂进行生物降解，显著地降低土壤的毒性，并解决因螯合剂淋洗造成的土壤中植物难以生长生存的问题，具有成本低、实用性高、改良效果好等优点。

Description

改良螯合剂淋洗土壤的方法

技术领域

本发明属于土壤化学修复领域，涉及一种改良螯合剂淋洗土壤的方法。

背景技术

如今，利用人工螯合剂对重金属污染土壤进行淋洗修复是一种高效并切实可行的污染土壤修复方法，但是该修复方法中所存在的问题也同样是不容忽视的。根据相关报道，螯合剂的使用会对土壤肥力及植物生长造成严重影响，如：(1)将EDTA加入土壤中，会强化Cd在土壤中的移动性，提高了Cd对植物的毒性，从而抑制印度芥菜的生长；(2)以EDTA-Na₂作为淋洗剂对土壤进行淋洗时，会造成土壤中养分的流失，相比柠檬酸、苹果酸等淋洗剂，EDTA-Na₂所造成的土壤中养分的损失最大，其对土壤中速效N、速效P、有机质的最大损失率依次为：26.89％、8.73％、5.79％；(3)利用0.1mol/L的EDTA溶液对土壤进行淋洗，在淋洗过程中会不同程度地使土壤中的Fe、Ca、Mg、Al等阳离子淋出，并在淋洗后土壤上栽种黑麦草，对比原始土壤，发现黑麦草成活率仅为62％～64％；(4)EDTA进入土壤后，68％的EDTA会与目标金属离子结合，剩下的32％则与其它离子结合。由以上相关报道可知，螯合剂在淋洗过程中会造成土壤中营养元素的流失，导致土壤肥力下降，使得植物不能正常生长，不利于土壤的后续资源化利用；同时由于螯合剂的生物降解性能较差，能长期残留在土壤中，具有潜在风险，且该残留螯合剂对植物具有毒性，会抑制植物的正常生长，甚至会导致植物直接死亡，无法实现土壤的后续资源化利用。

虽然在利用螯合剂对土壤进行重金属治理方面已取得了突破，但是关于如何降低螯合剂淋洗土壤的毒性以及如何改善螯合剂淋洗土壤的肥力和理化性质的研究，到目前为止尚未见到报道。因此，需要寻找出一种成本低、实用性高、改良效果好的改良螯合剂淋洗土壤的方法，以进一步提高螯合剂淋洗土壤的使用效率和实现螯合剂淋洗土壤的后续资源化利用，同时也为今后大型农田实验提供一定的科学参考。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本低、实用性高、改良效果好的改良螯合剂淋洗土壤的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种改良螯合剂淋洗土壤的方法，包括以下步骤：将水生植物栽种到螯合剂淋洗土壤中，施加肥料进行栽培，完成对螯合剂淋洗土壤的改良处理；所述水生植物为空心莲子草和/或狐尾藻。

上述的方法中，优选的，所述栽培完成后还包括以下步骤：收割水生植物，将收割所得水生植物回填到所述螯合剂淋洗土壤中进行堆肥处理。

上述的方法中，优选的，所述堆肥处理的温度为30℃～35℃，时间为20天～25天。

上述的方法中，优选的，所述收割所得水生植物在回填之前还包括以下步骤：将所述收割所得水生植物的地上部分进行风干、粉碎，过20mm筛，制成粉末。

上述的方法中，优选的，所述水生植物为空心莲子草时，所述空心莲子草的栽种量为每千克所述螯合剂淋洗土壤中栽种所述空心莲子草2～3株；

所述水生植物为狐尾藻时，所述狐尾藻的栽种量为每千克所述螯合剂淋洗土壤中栽种所述狐尾藻2～3株；

所述水生植物为空心莲子草和狐尾藻时，所述空心莲子草的栽种量为每千克所述螯合剂淋洗土壤中栽种所述空心莲子草为2～3株，所述狐尾藻的栽种量为每千克所述螯合剂淋洗土壤中栽种所述狐尾藻2～3株。

上述的方法中，优选的，所述螯合剂淋洗土壤为经螯合剂淋洗后的土壤；所述淋洗过程中采用的螯合剂的浓度为0.5mmol/L～50mmol/L。

上述的方法中，优选的，所述螯合剂为EDTA。更优选的，所述螯合剂为Ca-EDTA。

上述的方法中，优选的，所述肥料的施加量为每千克所述螯合剂淋洗土壤中施加肥料6g～8g。

上述的方法中，优选的，所述栽培的温度为30℃～35℃，时间为20天～25天；所述栽培过程中，每天浇水1～2次，保持水层深度为3cm～5cm。

上述的方法中，优选的，所述改良处理完成后还包括对改良后的土壤进行生态毒性验证：

(1)取改良后的土壤与肥料混合，栽种紫云英种子进行培养；所述肥料的施加量为每千克所述改良后的土壤中施加所述肥料0.1g～0.15g；

(2)测定紫云英种子的发芽率，验证土壤的生态毒性。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明提供了一种改良螯合剂淋洗土壤的方法，首次将空心莲子草和/或狐尾藻栽种到螯合剂淋洗土壤中进行栽培，由于这两种植物具有易生长、生物量大、且耐贫瘠等特点，它们能够在螯合剂淋洗土壤中正常生长，而这两种植物的根能为土壤中微生物提供良好的生存环境，因而可恢复土壤中酶及微生物的降解活性，能够对残存在土壤中的螯合剂进行生物降解，从而显著地降低了土壤的毒性，解决了因螯合剂淋洗造成的土壤中植物难以生长生存的问题。

(2)本发明中，栽培所得的空心莲子草和狐尾藻可作为天然肥料返回到土壤中，通过植被-土壤的堆肥发酵作用，能够加速腐殖质层的形成，可为植物栽培后的土壤提供植物所需的营养元素，使得土壤肥力以及理化性质得到不断改善，从而解决了因螯合剂淋洗造成的土壤营养元素流失严重、肥力下降等问题，并最终改善了土壤的生态系统，使其能够用于农作物种植等后续资源化利用。

(3)本发明中，所选用的空心莲子草和狐尾藻具有易生长、生物量大、耐贫瘠、蛋白质以及K含量较高等优点，可作为很好的改良植物和绿色肥料，将这两种植物用于改良螯合剂淋洗土壤时具有成本低、实用性高、改良效果好等优点。

(4)本发明中，紫云英种子的生长发育对土壤性质要求不高，可将其用于验证经改良后土壤的生态毒性。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。以下实施例中，若无特别说明，所得数据均是三次以上重复试验的平均值。

实施例1

一种改良螯合剂淋洗土壤的方法，采用的水生植物为空心莲子草，包括以下步骤：

(1)将重金属污染土壤(即为原始土壤)与浓度为2.5mmol/L的Ca-EDTA溶液混合，搅拌均匀，沉降12h后，抽去上层清液，得到EDTA淋洗土壤。

(2)采集野生空心莲子草，筛选出生长良好、长势均等的植株，分成三组，其中每一组中对应的空心莲子草的初始重量为200g，数量为12株，平均茎长为10.3cm；将这三组空心莲子草分别栽种到6kg步骤(1)的EDTA淋洗土壤中，按施加量为7.56g/kg(即每千克EDTA淋洗土壤中施加肥料7.56g)，往EDTA淋洗土壤中施加复合肥料(该复合肥料中含有N、K、P等营养元素，其目的是保证水生植物能够正常生长)，分别加入水形成水生生长环境，在室外自然条件下进行栽培，其中栽培的温度为30℃，时间为20天，在栽培过程中每天浇水1次，保持水层深度为4.5cm。

(3)栽培完成后，分别收割各组空心莲子草的地上部分(保留根部)，将收割所得的空心莲子草地上部分进行自然风干，用粉碎机进行粉碎，过20mm筛制成粉末；然后将粉末分别回填到各自对应的施加肥料经植物栽培后的土壤中进行堆肥处理，其中堆肥处理在室外自然条件下进行，堆肥处理的温度为30℃，时间为20天，得到空心莲子草改良土壤，完成对EDTA淋洗土壤的改良处理。

实施例2

一种改良螯合剂淋洗土壤的方法，采用的水生植物为狐尾藻，包括以下步骤：

(1)将重金属污染土壤(即为原始土壤)与浓度为2.5mmol/L的Ca-EDTA溶液混合，搅拌均匀，沉降12h后，抽去上层清液，得到EDTA淋洗土壤。

(2)采集野生狐尾藻，筛选出生长良好、长势均等的植株，分成三组，其中每一组中对应的狐尾藻的初始重量为200g，数量为12株，平均茎长为11.4cm；将这三组狐尾藻分别栽种到6kg步骤(1)的EDTA淋洗土壤中，按施加量为7.56g/kg，往EDTA淋洗土壤中施加复合肥料(该复合肥料中含有N、K、P等营养元素，施加复合肥料的目的是保证水生植物能够正常生长)，分别加入水形成水生生长环境，在室外自然条件下进行栽培，其中栽培的温度为30℃，时间为20天，在该栽培过程中每天浇水1次，保持水层深度为4.5cm。

(3)栽培完成后，分别收割狐尾藻的地上部分(保留根部)，将收割所得的狐尾藻地上部分进行自然风干，用粉碎机进行粉碎，过20mm筛后制成粉末；然后将粉末分别回填到各自对应的施加肥料经植物栽培后的土壤中进行堆肥处理，其中堆肥处理在室外自然条件下进行，堆肥处理的温度为30℃，时间为20天，得到狐尾藻改良土壤，完成对EDTA淋洗土壤的改良处理。

取实施例1、实施例2的步骤(3)中收割所得的空心莲子草地上部分、狐尾藻地上部分，测定空心莲子草和狐尾藻地上部分总重量、叶重、茎重、茎长、茎数的生物量指标变化，每种植物设定3个平行样，结果如表1所示。

表1不同植物地上部分的生物量指标

由表1数据表明：经过20天生长周期后，空心莲子草和狐尾藻这两种植物中地上各部位的生物量均有明显增加；对比初始生物量，空心莲子草的茎数增长了2.62～3.94倍，茎长增加13.5％～34.9％；狐尾藻的茎数增加了1.73～2.63倍，茎长增加43.85％～76.31％。另外两种植物其生物量指标均有增加。由此看出，本发明空心莲子草和狐尾藻能够在EDTA淋洗后的土壤中正常生长，并且表现出较大生物量。

对实施例1、2中的原始土壤、EDTA淋洗土壤、改良土壤进行检测，测定这些土壤中总N、总P、总K、有效N、有效P、有效K以及有机质的含量，结果如表2所示。

表2不同土壤中营养元素及有机质的含量

由表2数据表明：相比原始土壤，EDTA淋洗土壤中大部分营养元素(Mg，Mn，总N,总P，总K，有效N，有效P，有效K)以及有机质含量均有一定程度的降低，其下降幅度分别为9.3％，13.48％，13.51％，1.49％，8.83％，24.06％，26.10％，19.71％，7.03％，这说明经EDTA淋洗后，会使土壤中的营养元素(如Mg，Mn，N，P，K)流失，从而导致肥力下降，而EDTA淋洗后的土壤中Ca的含量增加，增幅为58.69％，这是由于改良螯合剂Ca-EDTA中存在Ca²⁺，由于Ca²⁺的絮凝作用，使淋洗液具有更好地沉降性，同时也可为土壤补充Ca²⁺，更有利于植物生长。

采用空心莲子草改良EDTA淋洗土壤时，对比淋洗后土壤，改良后所得的土壤中各营养元素以及有机质均有增加，其中Ca，Mg，Mn，总N，总P，总K，有效N，有效P，有效K以及有机质的含量分别平均增加了3.31％，12.97％，14.17％，9.05％，1.68％，29.59％，49.86％，53.29％，116.4％，13.33％。

采用狐尾藻改良EDTA淋洗土壤时，改良后所得的土壤中各营养元素以及有机质均有增加，其中Ca，Mg，Mn，总N，总P，总K，有效N，有效P，有效K以及有机质的含量分别平均增加了1.33％，15.36％，20.15％，29.01％，2.64％，9.89％，76.27％，126.66％，44.6％，19.38％。

土壤经不同处理后，pH呈现出不同的变化；原土经改良螯合剂淋洗后pH下降了0.57个单位，这可能是由于螯合剂是属于酸性溶液，另外可能还有一部分螯合剂残留在土壤中，从而使土壤pH下降；而经过空心莲子草改良后土壤pH上升0.53个单位，经过狐尾藻改良后土壤pH上升0.63个单位，这可能是由于植物生长能够为土壤中微生物提供有利条件，能够对EDTA螯合剂进行降解，从而能够恢复土壤pH。

对原始土壤、EDTA淋洗土壤、施加肥料的EDTA淋洗土壤、改良土壤进行生态毒性测试，采用紫云英种子进行验证，包括以下步骤：

(1)称取实施例1中的原始土壤、EDTA淋洗土壤、空心莲子草改良后的土壤各40g；另外，称取40g实施例1中的EDTA淋洗土壤，施加复合肥料，其中复合肥料的施加量为0.12g/kg(该复合肥料含有N、P、K等营养元素)。随后向以上四种不同处理土壤中加入一定量去离子水，保持土壤含水率为30％。每种土壤设置三个平行样品。

(2)将10粒大小、形状、色泽一致的紫云英种子均匀播种在步骤(1)中的不同处理土壤中，置于人工气候箱(科力仪器有限公司，型号：PYX-800Q-B)中进行培养，其中培养过程中的温度设置在25℃。

(3)栽培七天后，统计每个处理土壤中紫云英种子的发芽率，并计算出平均值。

不同处理土壤中紫云英发芽率的变化，结果如表3所示：

表3不同处理土壤对紫云英种子发芽率的影响

处理土壤	种子发芽率(％)
		原始土壤(1号)	100
EDTA淋洗土壤(2号)	53
		施加肥料的EDTA淋洗土壤(3号)	87
空心莲子草改良土壤(4号)	98

由表3可知，1号以及3号土壤上生长的紫云英种子的发芽率都在85％以上，其中1号土壤的发芽率达到100％，而2号土壤上生长的紫云英种子发芽率较低，只有53％，这说明土壤经过螯合剂淋洗后的土壤生态毒性升高。另外，土壤在螯合剂淋洗后，其本身的一些营养元素如Fe²⁺，Mg²⁺，N，P，K等同样被淋洗出，从而导致了土壤正常的理化性质发生了改变，增加土壤的生态毒性；3号土壤的发芽率比2号土壤较高，说明在添加一定量含有N、P、K的复合肥料后，土壤中营养元素的含量得到一定程度的恢复；另外，土壤经植物改良后的发芽率能达到98％，基本能恢复到原始土壤。由此可知，土壤经螯合剂EDTA淋洗后具备一定的生态毒性，通过施加复合肥可在一定程度恢复土壤性质，而经螯合剂EDTA淋洗后的土壤通过植物改良后，其土壤基本性质能够恢复到初始土壤状态。

由此可见，将栽培所得的空心莲子草地上部分、狐尾藻地上部分返回到土壤中，能够对土壤中的营养元素进行补充，从而使土壤中的肥力状况以及理化性质能够有较为明显的改善，解决了因螯合剂淋洗造成的土壤营养元素流失严重、肥力下降等问题，并最终改善了土壤的生态系统，使其能够用于农作物种植等后续资源化利用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，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的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种改良螯合剂淋洗土壤的方法，其特征在于，包括以下步骤：将水生植物栽种到螯合剂淋洗土壤中，施加肥料进行栽培，完成对螯合剂淋洗土壤的改良处理；所述水生植物为空心莲子草和/或狐尾藻。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述栽培完成后还包括以下步骤：收割水生植物，将收割所得水生植物回填到所述螯合剂淋洗土壤中进行堆肥处理。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述堆肥处理的温度为30℃～35℃，时间为20天～25天。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述收割所得水生植物在回填之前还包括以下步骤：将所述收割所得水生植物的地上部分进行风干、粉碎，过20mm筛，制成粉末。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，所述水生植物为空心莲子草时，所述空心莲子草的栽种量为每千克所述螯合剂淋洗土壤中栽种所述空心莲子草2～3株；

所述水生植物为狐尾藻时，所述狐尾藻的栽种量为每千克所述螯合剂淋洗土壤中栽种所述狐尾藻2～3株；

所述水生植物为空心莲子草和狐尾藻时，所述空心莲子草的栽种量为每千克所述螯合剂淋洗土壤中栽种所述空心莲子草为2～3株，所述狐尾藻的栽种量为每千克所述螯合剂淋洗土壤中栽种所述狐尾藻2～3株。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，所述螯合剂淋洗土壤为经螯合剂淋洗后的土壤；所述淋洗过程中采用的螯合剂的浓度为0.5mmol/L～50mmol/L。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述螯合剂为EDTA。

8.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，所述肥料的施加量为每千克所述螯合剂淋洗土壤中施加肥料6g～8g。

9.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，所述栽培的温度为30℃～35℃，时间为20天～25天；所述栽培过程中，每天浇水1～2次，保持水层深度为3cm～5cm。

10.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，所述改良处理完成后还包括对改良后的土壤进行生态毒性验证：

(1)取改良后的土壤与肥料混合，栽种紫云英种子进行培养；所述肥料的施加量为每千克所述改良后的土壤中施加所述肥料0.1g～0.15g；

(2)测定紫云英种子的发芽率，验证土壤的生态毒性。