CN108941194B - 镉-铅复合污染农田修复剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镉‑铅复合污染农田修复剂及其制备方法，该修复剂包括以下组分及其重量份：5～20份的AM真菌，20～40份的铁锰氧化物；45～90份的生物质炭。本修复剂不但可修复镉、铅复合污染土壤，同时还能有效降低农产品中镉和铅含量；本修复剂中生物质炭、铁锰氧化物和AM真菌之间的协同促进作用固定铅‑镉同时促进植物生物量增加；本修复剂效果稳定，制备方法简单，且成本较低，适用于大面积镉、铅污染土壤推广使用。

Description

镉-铅复合污染农田修复剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及农业环境保育与修复技术领域，具体地指一种镉-铅复合污染农田修复剂及其制备方法。

背景技术

我国部分地区土壤环境污染较为严重，土壤污染通常以某一种污染物为主，并同时存在着其他污染物，即复合污染问题。据报道，目前我国受Cd、As、Cr、Pb等重金属污染的耕地面积近2500万hm²，约占总耕地面积的1/5。其中镉污染为主的镉-铅复合污染严重危害了我国湖南等主要粮食产地的粮食产量和质量安全，因此，土壤镉-铅复合污染己成为一个重要的环境问题，对人体健康和国家粮食安全造成严重威胁。

目前，已经出现一些可以同时修复镉-铅复合污染农田的技术和产品。中国专利申请201410727131.X公开了一种重金属镉-铅复合污染土壤修复剂及其制备方法，制备方法为：将聚乙烯醇、海藻酸钠、磷酸二氢钙、碳酸氢钠制成一种可以对土壤中的铅镉起到良好固定作用的小球颗粒。其特点是无毒害、可以生物降解，由于小球的密度较小，缓慢释放有效成分，维持长久的固定效果。中国专利申请201711257469.3公开了一种用于砷镉污染土壤修复剂，将硅酸铝、蛭石粉、膨润土、粉煤灰、磷酸氢二铵和生物炭混合均匀并且粉碎为粉末，得到第一混合物，再向第一混合物中加入聚丙烯酰胺和柠檬酸并且进行机械搅拌，混合均匀即可得到土壤修复药剂。但是这些产品仍然存在以下几个方面的问题：1)仅明确了修复剂对土壤重金属浸出性和有效性的降低作用，是否促进作物生长及降低作物吸收转运重金属能力未知；2)修复剂易于流失，浪费修复效率，难以维持长期稳定高效；3)原料组分过于复杂，制备成本较高，难以大面积推广使用。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种镉-铅复合污染农田修复剂及其制备方法，该修复剂修复效果长期稳定有效，能促进作物生长及降低作物吸收转运重金属能力，且制备成本低。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种镉-铅复合污染农田修复剂，包括以下组分及其重量份：

AM真菌 5～20份；

铁锰氧化物 20～40份；

生物质炭 45～90份。

进一步地，所述镉-铅复合污染农田修复剂，包括以下组分及其重量份：

AM真菌 5～10份；

铁锰氧化物 20～30份；

生物质炭 60～90份。

进一步地，所述AM真菌为珍珠巨孢囊霉或珠状巨孢囊霉，孢子含量＞20个/g。

进一步地，所述铁锰氧化物由锰氧化物和铁氧化物按照1～3:1的重量比例混合而成，所述铁氧化物中Fe₂O₃含量＞95％，pH值为5～7。

进一步地，所述铁锰氧化物由锰氧化物和铁氧化物按照1～3:1的重量比例混合而成，所述锰氧化物中MnO₂含量＞90％，pH值为5～7。

进一步地，所述生物质炭碱度为8～9，固定碳的质量分数大于50％，BET比表面积为50～200m²/g。

进一步地，所述铁锰氧化物和所述生物质炭均呈粉末状。

一种镉-铅复合污染农田修复剂的制备方法，包括以下步骤：

在室温条件下，将5～20重量份的AM真菌和20～40重量份的铁锰氧化物混合均匀，使得AM真菌包被铁锰氧化物；然后将包被AM真菌的铁锰氧化物过筛，形成混合均匀度变异系数≤10％的粉末状混合物；接着分批加入共45～90重量份的生物质炭到粉末状混合物中进行搅拌混合均匀，然后过筛；即可得到所述镉-铅复合污染农田修复剂。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果如下：

其一，本发明针对现有技术中存在的不足，提供一种治理镉-铅复合污染农田的粉粒状修复剂及其制备方法，可修复镉、铅复合污染土壤，同时有效降低农产品中镉和铅含量。本发明的粉粒状修复剂呈碱性，针对酸性土壤可提高碱度，采用人工或者机械搅拌方法混均匀然后与污染土壤混匀，配比方法简单且均匀，使用方便，同时也不会造成二次污染。

其二，本修复剂效果稳定，2％用量对土壤溶液pH值有0.5个pH单位的提升，2％用量对土壤溶液Pb浓度降低效率达到60％以上，2％用量对土壤溶液Cd浓度降低效率达到40％以上。制备方法简单，人工和机械混合即可，且成本较低，适用于大面积镉、铅污染土壤推广使用。

其三，生物质炭、铁锰氧化物和AM真菌之间的协同促进作用固定铅-镉同时促进植物生物量增加。生物炭具有丰富孔隙结构和活性官能团、较高阳离子交换量和pH等条件，强大的吸附作用使得其钝化重金属效果显著。铁锰氧化物与镉、铅等重金属形成铁锰氧化结合态，降低镉、铅移动性和溶解性，降低植物对镉、铅的吸收转运。生物炭和铁锰氧化物对镉-铅复合污染土壤钝化效果在短期内稳定，AM真菌与植物形成菌根，不断分泌有机物与镉和铅形成难溶性络合物，减少固定重金属再浸出现象，使得修复效果长期稳定有效；生物炭和铁锰氧化物进入土壤，改变了土壤理化性质，AM真菌改善土壤团粒结构，消除土壤板结现象；土壤重金属影响AM真菌的活动，抑制孢子萌发和菌丝生长,进而使其侵染率和种群多样性下降，生物炭和铁锰氧化物降低镉-铅生物有效性，使得AM真菌能够顺利形成菌根；生物炭和铁锰氧化物钝化镉-铅的同时代入一定量的氮磷钾和铁等植物生长所必需的营养元素，由于其吸附作用被固定在根际土壤周围，AM真菌促进植物根系生长，能够更好地吸收营养物质，促进植物的生物量增加和减少土壤养分流失；AM真菌侵染植物根系后，根系分泌物的数量和种类发生变化，导致菌根际Mn还原细菌的数量下降，所以菌根根系Mn氧化势高于非菌根对照根系，从而降低了Mn对菌丝和植物根系的生物有效性,这是减轻Mn毒的一个机制；生物炭和铁锰氧化物并未完全固定镉-铅有效性，部分镉-铅浸出后被植物吸收，AM真菌真菌组织中的聚磷酸、有机酸和真菌细胞壁分泌的粘液等均能结合过量的重金属元素，减少重金属向地上部的转移而达到解毒作用，植物吸收的大部分镉-铅残留于植物根系当中，可直接从土壤去除。综上可知，本发明的修复剂在有效降低农田土壤中镉和铅活性的基础上，可同时显著降低农产品中重金属镉和铅的含量。

其四，针对钝化效果的评价，也即：镉、铅浓度的测定，可采用土壤溶液取样器直接对土壤溶液进行取样分析。作物主要通过吸收土壤水分吸收土壤重金属，因此土壤溶液中镉、铅浓度能够代表具有生物有效性的镉、铅浓度，通过土壤溶液取样分析更能直接反应本修复剂对于镉、铅生物有效性的钝化效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

下列实施例所使用的铁锰氧化物为粉状试剂，纯度大于99.5％，其中，铁锰氧化物由锰氧化物和铁氧化物按照2:1的重量比例混合而成，铁氧化物中Fe₂O₃含量大于95％，pH值介于5～7，粉末状，锰氧化物MnO₂含量大于90％，pH值介于5～7，粉末状；生物炭由北京北方永邦科技有限公司提供，优选碱度8～9，粉状，固定碳的质量分数＞50％，BET比表面积50～200m²/g；AM真菌可采用市售AM真菌，优选珍珠巨孢囊霉/珠状巨孢囊霉，孢子含量＞20个/g，最适温度25～30℃，适宜生存土壤pH为5.5～7.5；以下实施例1～3中所称“份”均指“重量份”。

实施例1

室温条件下，将10份AM真菌和30份铁锰化物混合均匀，使得AM真菌包被铁锰氧化物，将包被AM真菌的铁锰氧化物过100目筛，形成混合均匀度变异系数不大于10％的粉末状混合物，然后分3批加入共60份生物质炭到粉末状混合物并进行机械搅拌，然后过100目筛，得到镉-铅复合污染农田修复剂。对于未能过筛颗粒人工捏碎至能过100目筛。

将本修复剂按照2％质量比与风干过2mm筛污染土壤混合均匀，直至颜色密度均匀一致，保持80％的田间持水量在室温25℃条件下进行土培实验，每盆风干过筛土壤净重2kg，同时设置对照，培养时间为1个月。一个月后采集土壤溶液分析，土壤溶液pH值由4.8升至6.0，土壤溶液Pb浓度由2mg/l降低至0.2mg/l，降幅达到90.0％，土壤溶液Cd浓度由0.3mg/l降至0.1mg/l，降幅达到66.7％；收获所得小白菜地上可食用部分(干重)Cd浓度由50mg//kg降至10mg/kg，降幅达到80％，Pd浓度由500mg/kg降至40mg/kg，降幅达到92％。

实施例2

室温条件下，将5份AM真菌和20份铁锰化物混合均匀，使得AM真菌包被铁锰氧化物，将包被AM真菌的铁锰氧化物过100目筛，形成混合均匀度变异系数不大于10％的粉末状混合物，然后分3批加入共90份生物质炭到粉末状混合物并进行机械搅拌均匀，直至颜色密度均匀一致，然后过100目筛，得到治理镉-铅复合污染农田的粉状修复剂，对于未能过筛颗粒人工捏碎至能过100目筛。

将本修复剂按照2％质量比与风干过2mm筛污染土壤混合均匀，直至颜色密度均匀一致，保持80％的田间持水量在室温25℃条件下进行土培实验，每盆风干过筛土壤净重2kg,同时设置对照，培养时间为1个月。一个月后采集土壤溶液分析，土壤溶液pH值由4.8升至5.5，土壤溶液Pb浓度由2mg/l降低至0.5mg/l，降幅达到75.0％，土壤溶液Cd浓度由0.3mg/l降至0.1mg/l，降幅达到66.7％；收获所得小白菜地上可食用部分(干重)Cd浓度由50mg//kg降至15mg/kg，降幅达到70％，Pd浓度由500mg/kg降至150mg/kg，降幅达到70％。

实施例3

室温条件下，将20份AM真菌和40份铁锰化物混合均匀，使得AM真菌包被铁锰氧化物，将包被AM真菌的铁锰氧化物过100目筛，形成混合均匀度变异系数不大于10％的粉末状混合物，然后分3批加入45份生物质炭到粉末状混合物并进行机械搅拌，直至颜色密度均匀一致，然后过100目筛，得到治理镉-铅复合污染农田的粉状修复剂。对于未能过筛颗粒人工捏碎至能过100目筛。

将本修复剂按照2％质量比与风干过2mm筛污染土壤混合均匀，直至颜色密度均匀一致，保持80％的田间持水量在室温25℃条件下进行土培实验，每盆风干过筛土壤净重2kg，同时设置对照，培养时间为1个月。一个月后采集土壤溶液分析，土壤溶液pH值由4.8升至5.5，土壤溶液Pb浓度由2mg/l降低至0.4mg/l，降幅达到80.0％，土壤溶液Cd浓度由0.3mg/l降至0.15mg/l，降幅达到50.0％；收获所得小白菜地上可食用部分(干重)Cd浓度由50mg//kg降至20mg/kg，降幅达到60％，Pd浓度由500mg/kg降至100mg/kg，降幅达到80％。

Claims (3)

1.一种镉-铅复合污染农田修复剂，其特征在于，包括以下组分及其重量份：

AM真菌 5～20份；

铁锰氧化物 20～40份；

生物质炭 45～90份；

所述生物质炭碱度为8～9，固定碳的质量分数大于50％，BET比表面积为50～200m²/g；

所述铁锰氧化物和所述生物质炭均呈粉末状；

所述镉-铅复合污染农田修复剂的制备方法，包括以下步骤：

在室温条件下，将5～20重量份的AM真菌和20～40重量份的铁锰氧化物混合均匀，使得AM真菌包被铁锰氧化物；然后将包被AM真菌的铁锰氧化物过筛，形成混合均匀度变异系数≤10％的粉末状混合物；接着分批加入共45～90重量份的生物质炭到粉末状混合物中进行搅拌混合均匀，然后过筛；即可得到所述镉-铅复合污染农田修复剂；

所述AM真菌为珍珠巨孢囊霉，孢子含量＞20个/g；

所述铁锰氧化物由锰氧化物和铁氧化物按照1～3:1的重量比例混合而成，所述铁氧化物中Fe₂O₃含量＞95％，pH值为5～7；所述锰氧化物中MnO₂含量＞90％，pH值为5～7。

2.根据权利要求1所述镉-铅复合污染农田修复剂，其特征在于：包括以下组分及其重量份：

AM真菌 5～10份；

铁锰氧化物 20～30份；

生物质炭 60～90份。

3.一种镉-铅复合污染农田修复剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在室温条件下，将5～20重量份的AM真菌和20～40重量份的铁锰氧化物混合均匀，使得AM真菌包被铁锰氧化物；然后将包被AM真菌的铁锰氧化物过筛，形成混合均匀度变异系数≤10％的粉末状混合物；接着分批加入共45～90重量份的生物质炭到粉末状混合物中进行搅拌混合均匀，然后过筛；即可得到所述镉-铅复合污染农田修复剂。