CN108787741A - 一种污染土壤植物修复栽培体的制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污染土壤植物修复栽培体的制备方法和使用方法，其中，制备方法包括选取两种可降解材料分别制得内层壳体和外层壳体，其中，所述内层壳体的降解速度小于所述外层壳体的降解速度；将所述内层壳体套设在所述外层壳体内，使得所述内层壳体和所述外层壳体之间存在与外部连通的空间，向所述空间内注有氨基羧酸型螯合剂；向内层壳体内加入培养土，用于修复土壤的植物可以通过播种、分苗或扦插的方式在培养土上种植。本发明提出的方法不仅能使种苗得到良好生长，而且能提高植物对重金属的吸收能力，使用简单，成本低，可同时实现植被恢复和土壤改良。

Description

一种污染土壤植物修复栽培体的制备和使用方法

技术领域

本发明涉及重金属污染土壤治理与修复领域，具体涉及一种污染土壤植物修复栽培体的制备和使用方法。

背景技术

工农业生产造成大量土壤污染，不仅土壤肥力退化，降低作物产量与品质，而且恶化环境，并通过食物链危及人类的生命和健康。污染土壤的治理已成为环境污染与治理的难点。

目前，缺乏廉价而有效的污染土壤的净化技术。所采用的如玻璃化、电动力学、热处理、表面活性剂等一些物理或化学方面的常规方法，不仅成本昂贵，操作复杂，而且常常导致土壤结构破坏、土壤生物活性下降和土壤肥力退化。采用微生物修复的方法，虽然相对成本较低，具有一定的去处效果，但外源微生物的驯化、土壤中的存活率低和安全性制约微生物修复技术的应用。采用植物提取、植物固定等修复的方法，因其成本低，操作简单，无二次污染而日益受到各国重视。由于污染物的毒性对植物生长发育产生一定抑制，致使植物群体很难在污染土壤上形成清除污染物质所必须的生物量，从而导致土壤解毒过程十分缓慢，效果欠佳，限制其进一步的推广使用。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种重金属污染土壤淋洗实验装置及其方法，旨在解决污染物的毒性对植物生长发育产生一定抑制，致使植物群体很难在污染土壤上形成清除污染物质所必须的生物量，从而导致土壤解毒过程十分缓慢的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种污染土壤植物修复栽培体的制备方法，所述栽培体内承载有氨基羧酸型螯合剂和培养土，所述制备方法包括以下步骤：

选取两种可降解材料分别制得内层壳体和外层壳体，其中，所述内层壳体的降解速度小于所述外层壳体的降解速度；

将所述内层壳体套设在所述外层壳体内，使得所述内层壳体和所述外层壳体之间存在与外部连通的空间，向所述空间内注有氨基羧酸型螯合剂；

向内层壳体内加入培养土，用于修复土壤的植物可以通过播种、分苗或扦插的方式在培养土上种植。

优选地，所述外层壳体通过周向环设的筋条与所述内层壳体可拆卸连接，所述筋条为可降解材料。

优选地，所述选取两种可降解材料分别制得内层壳体和外层壳体的步骤之前还包括：

检测污染土壤的重金属浓度；

根据所述重金属浓度确定所述外层壳体的尺寸。

优选地，所述根据所述重金属浓度确定所述外层壳体的尺寸的步骤包括：

检测污染土壤的重金属类型；

根据所述重金属浓度和所述重金属类型选择氨基羧酸型螯合剂的类型以及计算需要使用的氨基羧酸型螯合剂的体积；

根据需要使用的氨基羧酸型螯合剂的体积确定所述外层壳体的尺寸。

优选地，所述氨基羧酸型螯合剂包括谷氨酸N，N一二乙酸、亚氨基二琥珀酸、冬氨酸二乙氧基琥珀酸、乙二胺二琥珀酸或二乙基三乙酸。

优选地，采用草本泥炭为主要原料，配加适量辅料保水剂、生根剂、长效缓释肥料，将辅料混合、搅拌、粉碎、筛选后与主要原料混合、搅拌，经成型机制成带有种孔或扦插孔的圆柱体培养土。

优选地，所述内层壳体的规格是：外形为圆柱体，高20-50厘米，直径12-40厘米。

为实现上述目的，本发明提供的重金属污染土壤淋洗实验方法，包括如下步骤：

用喷壶缓慢喷水润湿培养土后，将植物种子或种苗播入栽培体中；

将栽培体移入污染土壤进行修复。

本发明的技术方案中，将种苗种植在内层壳体内的培养土中，将栽培体直接放入污染土壤中，种苗也能避免被污染物限制生长，另外，氨基羧酸型螯合剂承载在内层和外层壳体之间，当外层壳体降解后，螯合剂进入土壤中，能将重金属解吸到土壤中，进一步被内层壳体降解后深入土壤内的植物吸收。本发明的方法不仅能使种苗得到良好生长，而且能提高植物对重金属的吸收能力，使用简单，成本低，可同时实现植被恢复和土壤改良。

附图说明

图1为本发明污染土壤植物修复栽培体的制备方法第一实施例的流程示意图；

图2为本发明污染土壤植物修复栽培体的制备方法第二实施例的流程示意图；

图3为本发明污染土壤植物修复栽培体的制备方法第三实施例中根据所述重金属浓度确定所述外层壳体的尺寸步骤的细化流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提出的污染土壤植物修复栽培体的制备方法的第一实施例，在该实施例中，污染土壤植物修复栽培体的制备方法包括：

步骤S100，选取两种可降解材料分别制得内层壳体和外层壳体，其中，所述内层壳体的降解速度小于所述外层壳体的降解速度。

植物修复是一项新兴的环保型污染土壤修复技术，即利用超积累植物对重金属的去除潜力，使其在整个生活周期中会直接或间接地吸收、分离或降解污染物，从而达到净化土壤的目的。植物修复具有处理费用低、对土壤环境扰动小、修复过程一般无二次污染，兼有环境友好和环境美学的特性。但是，大部分超累积植物的生物量低、生长缓慢；植物根系分布在土壤表层，对深层土壤修复效果较差。

本实施例中，栽培体直接放入污染土壤中，不需要额外占用地方放置栽培体，由于内外层壳体的阻隔，种苗可以在内层壳体中得到良好生长，当内层壳体降解后，根茎成熟的植物深入土壤，土壤的解毒效果好。

优选地，内层壳体的规格是：外形为圆柱体，高20-50厘米，直径12-40厘米。

步骤S200，将所述内层壳体套设在所述外层壳体内，使得所述内层壳体和所述外层壳体之间存在与外部连通的空间，向所述空间内注有氨基羧酸型螯合剂。

需要说明的是，重金属污染土壤植物提取修复的强化途径主要有两种：一是提高超富集植物的生物量；二是提高植物体内的重金属含量。螯合剂能活化土壤中的重金属离子，促进土壤中重金属的解吸作用和植物由根部向地上部的转运能力，提高土壤中重金属的生物有效性，使其易于被植物吸收，从而可以提高植物对重金属的累积量。另一方面，螯合剂可以改变重金属在土壤中的赋存状态，从而降低重金属对植物的毒性。螯合剂的作用机制包括土壤和植物两方面，土壤作用过程是指螯合剂进入土壤后，将重金属从土壤颗粒上解吸到土壤溶液中，而土壤溶液是土壤中矿质离子、重金属离子以及植物根系直接作用的介质，因而大大增加了植物对重金属吸收的可能性；植物作用过程包括了植物根系对土壤溶液中重金属的吸收以及重金属在植物体内的转移和贮存。螯合诱导的效果受多种因素影响，包括植物种类、重金属类型、土壤中的重金属浓度、土壤的理化性质以及螯合剂的使用量等。

螯合剂也分为降解和非降解型。非降解型螯合剂在环境中持续时间较长，大量使用此类不可降解的螯合剂，会导致沉积物和含水土层的金属再活化，从而污染地下水和饮用水。本发明中采用可降解氨基羧酸型螯合剂，更加环保。优选地，氨基羧酸型螯合剂包括谷氨酸N，N一二乙酸(GLDA)、亚氨基二琥珀酸(IDSA)、冬氨酸二乙氧基琥珀酸(AES)、乙二胺二琥珀酸(EDDS)或二乙基三乙酸(NTA)。

具体地，外层壳体通过周向环设的筋条与内层壳体可拆卸连接，筋条也为可降解材料。筋条和内外层壳体之间可以通过卡扣连接，可以根据内外层壳体的尺寸相应选择筋条的长短。进一步，筋条上开设有通孔，以免阻挡向内外层壳体之间的空间注入螯合剂。

步骤S300，向内层壳体内加入培养土，用于修复土壤的植物可以通过播种、分苗或扦插的方式在培养土上种植。

具体地，采用草本泥炭为主要原料，配加适量辅料保水剂、生根剂、长效缓释肥料，将辅料混合、搅拌、粉碎、筛选后与主要原料混合、搅拌，经成型机制成带有种孔或扦插孔的圆柱体培养土。其中草木泥炭的成分为：有机质≥30％，腐植酸≥25％，粒度0.5-2cm，含水量25％-35％，纤维含量≥40％，灰分≤40％。

通过这种方式获得的培养土具备如下优点：1、通过泥炭栽培体的苗期培养，植物根系发达，为植物根区提供保护层，有利于植物抗性增强，提高植物在污染土壤的成活率和生长速度；2、可根据不同土壤类型的特点，以及气候条件，污染地区的植被情况，灵活选择植物进行种植；3、采用泥炭为天然清洁的有机矿产资源，不会造成二次污染；4、制备简单，用于压制型煤生产的设备简单改型后即可满足生产。

本发明的技术方案中，将种苗种植在内层壳体内的培养土中，将栽培体直接放入污染土壤中，种苗也能避免被污染物限制生长，另外，氨基羧酸型螯合剂承载在内层和外层壳体之间，当外层壳体降解后，螯合剂进入土壤中，能将重金属解吸到土壤中，进一步被内层壳体降解后深入土壤内的植物吸收。本发明的方法不仅能使种苗得到良好生长，而且能提高植物对重金属的吸收能力，使用简单，成本低，可同时实现植被恢复和土壤改良。

请参照图2，图2为本发明提出的污染土壤植物修复栽培体的制备方法的第二实施例，基于本发明提出的污染土壤植物修复栽培体的制备方法的第一实施例，所述选取两种可降解材料分别制得内层壳体和外层壳体的步骤之前还包括：

步骤S400，检测污染土壤的重金属浓度；

步骤S500，根据所述重金属浓度确定所述外层壳体的尺寸。

需要说明的是，虽然可生物降解的螯合剂对环境毒害小，但是添加过量的螯合剂不能被植物利用，反而能活化土壤中的微量元素，致使必需元素淋失，导致植物营养不良。此外，过量的螯合剂会通过淋溶作用进入地下水，对环境造成二次污染。所以，使用人工螯合剂时，要对周围土壤环境进行详细评估，严格控制螯合剂的施用量和改进添加措施。

在本实施例中，先检测污染土壤的重金属浓度，然后再确定需要使用的螯合剂的含量，从而获得需要制备的外层壳体的尺寸大小，可以避免过量的螯合剂造成副作用。

请参照图3，图3为本发明提出的污染土壤植物修复栽培体的制备方法的第三实施例，基于本发明提出的污染土壤植物修复栽培体的制备方法的第二实施例，所述根据所述重金属浓度确定所述外层壳体的尺寸的步骤包括：

步骤S501，检测污染土壤的重金属类型；

步骤S502，根据所述重金属浓度和所述重金属类型选择氨基羧酸型螯合剂的类型以及计算需要使用的氨基羧酸型螯合剂的体积；

步骤S503，根据需要使用的氨基羧酸型螯合剂的体积确定所述外层壳体的尺寸。

需要说明的是，不同的氨基羧酸型螯合剂对不同重金属的活化作用不相同，则也使得在修复土壤时，要考虑选择合适的螯合剂。以下说明几种氨基羧酸型螯合剂对不同重金属的作用：

乙二胺二琥珀酸对铜和锌的活化作用较强；二乙基三乙酸能够促进锌、铜、铁、锰、镉等离子的迁移，尤其是对砷、铅和铜的效果更加明显；亚氨基二琥珀酸对镉、锌、铜和铅均有明显的活化作用；冬氨酸二乙氧基琥珀酸在诱导植物修复重金属污染土壤尤其是锌和镉污染土壤中有极大的潜力。

EDDS、AES和IDSA处理土壤，随着时间的变化，土壤中重金属浓度呈下降趋势直至稳定状态，且AES对铜和锌的作用最大，EDDS对铜的作用最大。GLDA对钙结合效率接近EDTA，优于NTA，远高于其它可生物降解的螯合剂(如IDS、EDDS和EDG等)。

在本实施例中，根据污染土壤的重金属浓度和重金属类型选择氨基羧酸型螯合剂的类型，并计算需要使用的氨基羧酸型螯合剂的体积，从而进一步确定外层壳体的尺寸。通过这种方式可以更加有效、科学的修复土壤，减小不良影响。

上述制备获得的污染土壤修复植物栽培体的使用方法包括以下步骤：

用喷壶缓慢喷水润湿培养土后，将植物种子或种苗播入栽培体中；

将栽培体移入污染土壤进行修复；

经过短期生长后(一般为几天或数周)，收获植物，并可以通过灰化或压缩减小污染植物体的体积和重量，回收重金属。

通过这种方法可以土壤可以得到有效改良，而且使用简单。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种污染土壤植物修复栽培体的制备方法，其特征在于，所述栽培体内承载有氨基羧酸型螯合剂和培养土，所述制备方法包括以下步骤：

选取两种可降解材料分别制得内层壳体和外层壳体，其中，所述内层壳体的降解速度小于所述外层壳体的降解速度；

将所述内层壳体套设在所述外层壳体内，使得所述内层壳体和所述外层壳体之间存在与外部连通的空间，向所述空间内注有氨基羧酸型螯合剂；

向内层壳体内加入培养土，用于修复土壤的植物可以通过播种、分苗或扦插的方式在培养土上种植。

2.如权利要求1所述的污染土壤植物修复栽培体的制备方法，其特征在于，所述外层壳体通过周向环设的筋条与所述内层壳体可拆卸连接，所述筋条为可降解材料。

3.如权利要求2所述的污染土壤植物修复栽培体的制备方法，其特征在于，所述选取两种可降解材料分别制得内层壳体和外层壳体的步骤之前还包括：

检测污染土壤的重金属浓度；

根据所述重金属浓度确定所述外层壳体的尺寸。

4.如权利要求3所述的污染土壤植物修复栽培体的制备方法，其特征在于，所述根据所述重金属浓度确定所述外层壳体的尺寸的步骤包括：

检测污染土壤的重金属类型；

根据所述重金属浓度和所述重金属类型选择氨基羧酸型螯合剂的类型以及计算需要使用的氨基羧酸型螯合剂的体积；

根据需要使用的氨基羧酸型螯合剂的体积确定所述外层壳体的尺寸。

5.如权利要求1-4任一项所述的污染土壤植物修复栽培体的制备方法，其特征在于，所述氨基羧酸型螯合剂包括谷氨酸N，N一二乙酸、亚氨基二琥珀酸、冬氨酸二乙氧基琥珀酸、乙二胺二琥珀酸或二乙基三乙酸。

6.如权利要求1-4任一项所述的污染土壤植物修复栽培体的制备方法，其特征在于，采用草本泥炭为主要原料，配加适量辅料保水剂、生根剂、长效缓释肥料，将辅料混合、搅拌、粉碎、筛选后与主要原料混合、搅拌，经成型机制成带有种孔或扦插孔的圆柱体培养土。

7.如权利要求1-4任一项所述的污染土壤植物修复栽培体的制备方法，其特征在于，所述内层壳体的规格是：外形为圆柱体，高20-50厘米，直径12-40厘米。

8.一种使用权利要求1-7任一项制备的污染土壤修复植物栽培体的方法，其特征在于，包括以下步骤：

用喷壶缓慢喷水润湿培养土后，将植物种子或种苗播入栽培体中；

将栽培体移入污染土壤进行修复。