CN109013679A - 一种陕南茶园土壤重金属Cd的吸附阻控方法 - Google Patents

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赵佐平
刘智峰
邵先钊
岳思羽
宋凤敏
汤波
李琛
季晓晖
刘瑾
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    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
    • A01B79/00—Methods for working soil
    • A01B79/02—Methods for working soil combined with other agricultural processing, e.g. fertilising, planting

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Abstract

本发明公开了一种陕南茶园土壤重金属Cd的吸附阻控方法，其通过在茶园土壤中添加不大于土壤重量5％的生物质炭，将土壤中Cd控制在土壤中，还可以有效抑制茶苗对Cd的吸收积累和迁移。

Description

一种陕南茶园土壤重金属Cd的吸附阻控方法
技术领域
本发明涉及一种陕南茶园土壤重金属Cd的吸附阻控方法。
背景技术
茶叶不但是中国传统的饮品，也是非常重要的经济作物。它不仅具有悠久的文化历史底蕴，也拥有非常丰富的营养价值和保健功效。近些年来，茶叶越来越受到人们的关注。随着社会经济的发展，茶园中土壤也遭受到不同程度的污染，因此，茶叶中重金属含量也与日俱增。
Cd具有很强的毒性。在自然界中，Cd是以化合物形式存在于矿物质中，Cd会通过食物、水和空气等方式进入体内。Cd在人体内的传播以血液传播方式为主，当积累在体内的Cd浓度达到一定程度后，将会引发出各种疾病。比起别的重金属来说，土壤中的Cd更加容易被植物体吸收，并累积在植物中，之后Cd会通过食物链积聚在人体内，当浓度达到一定程度之后，就会危害人类身体健康，导致各种疾病发生。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种陕南茶园土壤重金属Cd的吸附阻控方法，采用在土壤中加入生物质炭的方法来减少重金属Cd对茶园土壤及茶树危害。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种陕南茶园土壤重金属Cd的吸附阻控方法，于茶园土壤中添加不大于土壤重量5％的生物质炭。
进一步的，所述生物质炭由秸秆制成。
进一步的，所述生物质炭的添加量为2％或5％。
进一步的，所述生物质炭的pH为8.5-9。
进一步的，所述生物质炭的pH为8.75进一步的。
进一步的，所述生物质炭的制备方法如下：以汉江上游稻油轮作区的稻油生产过程中产生的油菜秸秆为原料，用蒸馏水清洗干净后，65℃烘干，粉碎后加入不锈钢盒，加盖密封的马弗炉中500℃高温裂解1.5h，裂解后过20目筛保存，制得生物质炭。
更进一步的，还包括酸洗的步骤：将不同制备温度下的生物炭在1mol/L稀H2SO4溶液中浸泡2d，以蒸馏水清洗作对照，浸泡后，用去离子水清洗，前后两次pH值保持一致即证明把酸已去除掉，然后在70℃温度下烘干。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
添加生物质炭对于茶园土壤中的Cd有明显的吸附阻控效，不仅可以将土壤中Cd控制在土壤中，还可以有效抑制茶苗对Cd的吸收积累和迁移。
附图说明
图1为培养一个月时不同浓度梯度下的Cd含量变化图；
图2为培养一年时不同浓度梯度下的Cd含量变化；
图3为培养一个月时不同生物质炭含量下Cd含量变化图；
图4为培养一年时不同生物质炭含量下Cd含量变化图；
图5为茶树根中Cd的浓度示意图。
具体实施方式
实施例1
于茶园土壤中添加不大于土壤重量5％的生物质炭，活性炭的pH为8.75。
实施例2
于茶园土壤中添加不大于土壤重量2％的生物质炭，活性炭的pH为8.75如图1所示，一种陕南茶园土壤重金属Cd的吸附阻控方法。
盆栽试验
试验材料
盆栽试验所用茶苗为汉中市农业科学研究所扦插苗，土壤为陕西省汉中市城固茶园土壤，土壤基本理化性质：含水率(烘干法)、pH值(pH计)、电导率(电导率仪)、速效钾(NH4OAc浸提，火焰原子吸收分光光度法)；速效磷(可见光分光光度)；硝态氮(CaCl2浸提，紫外分光光度法)。结果见表1。所用生物质炭为玉米秸秆制备。所用生物质炭的基本性质见表2。
表1土壤的基本性质
表2生物质炭的基本性质
试验方案
盆栽试验开始于2016年4月，每盆中装土4kg，并在土壤中按土壤干重的0％、1％、2％、5％混入生物质炭，记为C0、C1、C2、C5；混有不同质量分数的生物质炭的盆中分别按0、5、10、20mg/kg不同处理浓度添加Cd，记为Cd0、Cd1、Cd2、Cd3；每个处理重复2次。在种植茶苗一星期后，喷入300ml的Cd溶液，加入盆栽土壤中的镉用Cd(NO3)2·4H2O配制。分别在2016年5月10日和2017年4月30日取土。所取土壤样品皆在室温下风干，碾碎后在0.15mm下过筛后装入塑封袋备测。
在2017年4月30日，土壤采集完成以后，将茶苗分解为根、茎、叶3个部位，分别测定茶苗根、叶中Cd含量。分解后的根叶，需要先用自来水冲洗多次，再用蒸馏水冲洗两次，特别是茶苗根上面的土壤必须处理干净，否则会严重影响最终结果。之后将茶苗根、叶在室温下风干，之后在85℃下烘干，茶苗的根、叶在烘干之前，必须经过4到5个小时左右的杀青与灰化处理。取出烘干后的样品，冷却至室温后，碾碎后在0.15mm下过筛后装袋备测。
样品测定方法
土壤中Cd的预处理
称取1.0000g过0.15mm筛后土样置于100mL锥形瓶中，加王水(浓盐酸与浓硝酸按3：1配制)35ml，微波消解仪中消解。冷却后用蒸馏水定容至50mL容量瓶待测。
茶树中Cd的预处理
准确称取茶苗根、叶样品0.3000g，加入25mL由浓HNO3和HClO4按3：1配制而成的溶液，浸泡过一夜后在微波消解仪中消解。冷却后用蒸馏水多次冲洗器壁，洗液与残液混合后定容到50mL容量瓶中备测。
样品测定方法
土样与植株的浓度测定均使用火焰原子吸收分光光度法。
结果与分析
添加生物质炭对于茶苗生长情况的影响
根据试验过程中的观察记录，我们发现在茶苗生长中，皆出现程度各异的损伤与死亡。出现这种情况，原因之一可能是因为生物质炭是碱性，添加生物质炭后改变了土壤的pH值，而茶苗是喜酸性植物，比较适合生长在pH为4.0-6.5之间的土壤中。
添加生物质炭对于土壤中Cd含量的影响
表3分别给出了培养一个月后和一年后土壤中的Cd含量，可知，当Cd添加量为5mg/kg时，生物质炭添加量为1％时比0时增加了0.72mg/kg，同比增长62.07％；生物质炭添加量为2％是比1％时增加了2.1mg/kg，同比增长了79.79％；生物质炭添加量为5％时比2％时增加了0.16mg/kg，同比增长4.02％；同理，以此类推得，当Cd添加量为10mg/kg时，生物质炭添加量从0增加到5％时，土壤中Cd含量分别增加了0.9、0.5、0.18mg/kg，增长率分别为11.70％、5.50％、9.90％；当Cd添加量为20mg/kg时，生物质炭百分从1％逐渐增加到5％时，土壤中Cd含量分别增加了0.37、0.43、5.23mg/kg，增长率分别为2.90％、13.65％、38.51％；当一年后，Cd添加量为15mg/kg时，生物质炭百分从1％逐渐增加到5％时，土壤中Cd含量分别增加了2.54、12.17、13.35mg/kg，增长率分别为19.52％、78.26％、48.16％；当Cd添加量为30mg/kg时，生物质炭百分从1％逐渐增加到5％时，土壤中Cd含量分别增加了28.96、3.99、21.33mg/kg，增长率分别为162.42％、8.53％、29.58％；当Cd添加量为60mg/kg时，生物质炭百分从1％逐渐增加到5％时，土壤中Cd含量分别增加了17.67、18.1、4.69mg/kg，增长率分别为64.75％、40.26％、7.44％。再结合图1和2可明显得出，随着生物
质炭含量增加，土壤中Cd含量都有不同程度的增加，表明滞留在土壤
中的Cd越多，说明生物质炭对Cd具有非常强的吸附滞留效果。
表3土壤中Cd含量
由图3和图4可知，无论在培养一个月还是一年时，当外源添加Cd浓度一定时，生物质炭添加量为5％，土壤中Cd含量最高，表明当生物质炭添加量为5％时，阻控效果最好。
添加生物质炭对茶苗不同部位Cd含量的影响
表4给出了盆栽土壤添加Cd处理一年后，茶树根部位Cd含量。由表4可以看出，当重金属浓度为15mg/kg时，当生物质炭添加量为0时，茶苗根、叶中的浓度分别为27.45、8.76mg/kg，相差18.69mg/kg；当生物质炭添加量为1％时，茶苗根、叶中的浓度分别为176.46、8.64mg/kg，相差167.82mg/kg；当生物质炭添加量为2％时，茶苗根、叶中的浓度分别为63.8、0.70mg/kg，相差63.1mg/kg。当重金属浓度为30mg/kg时，当生物质炭添加量为0时，茶苗根、叶中的浓度分别为223.13、10.89mg/kg，相差212.24mg/kg；当生物质炭添加量为5％时，茶苗根、叶中的浓度分别为95.34、9.93mg/kg，相差85.41mg/kg。当重金属浓度为60mg/kg时，当生物质炭添加量为0时，茶苗根、叶中的浓度分别为210.77、16.62mg/kg，相差194.15mg/kg；当生物质炭添加量为2％时，茶苗根、叶中的浓度分别为238.35、19.07mg/kg，相差219.28mg/kg；当生物质炭添加量为5％时，茶苗根、叶中的浓度分别为47.33、10.41mg/kg，相差36.92mg/kg。由此数据可以看出，茶苗根中浓度普遍高于叶中。
由图5可以看出，在生物质炭含量为0时，植株根中Cd浓度普遍低于1％时，造成这种情况的原因，可能是因为生物质炭为零时，土壤中Cd无法被固定，导致土壤大量Cd流失，因此植株中并未吸收过多有效态Cd。当生物质炭百分比在5％时，茶苗中Cd含量最低。表明，生物质炭将重金属Cd控制在了土壤中，因此茶苗无法吸收更多的Cd。
根据图5可以得出，随生物质炭百分比增加，根部Cd含量显著降低，茶树各部位中Cd的含量均随土壤中生物质炭百分比的增加而呈降低趋势，表明，茶苗会吸收土壤中的部分Cd，并积累在体内，且各部位对Cd的吸收情况大不相同，根中的吸收量明显大于叶中，这与石元值[19]等研究结果基本一致。由李云[20]等实验结果可以得出，Cd在茶苗体内是具有一定的迁移能力的，但这种能力很弱，表明茶苗所吸收的土壤中的Cd基本都被根部吸收固定，往上转移的量特别少。表明，使用生物质炭不仅将土壤中Cd控制在土壤中，还可以有效抑制茶苗对Cd的吸收积累和迁移。
表4茶苗不同部位Cd含量
注：表4中----表示数据未检出
结论：添加生物质炭对于茶园土壤中的Cd有明显的吸附阻控效，不仅可以将土壤中Cd控制在土壤中，还可以有效抑制茶苗对Cd的吸收积累和迁移。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种陕南茶园土壤重金属Cd的吸附阻控方法，其特征在于：于茶园土壤中添加不大于土壤重量5％的生物质炭。
2.根据权利要求1所述的陕南茶园土壤重金属Cd的吸附阻控方法，其特征在于：所述生物质炭由秸秆制成。
3.根据权利要求1所述的陕南茶园土壤重金属Cd的吸附阻控方法，其特征在于：所述生物质炭的添加量为2％或5％。
4.根据权利要求1所述的陕南茶园土壤重金属Cd的吸附阻控方法，其特征在于：所述生物质炭的pH为8.5-9。
5.根据权利要求4所述的陕南茶园土壤重金属Cd的吸附阻控方法，其特征在于：所述生物质炭的pH为8.75。
6.根据权利要求1所述的陕南茶园土壤重金属Cd的吸附阻控方法，其特征在于：所述生物质炭的制备方法如下：以汉江上游稻油轮作区的稻油生产过程中产生的油菜秸秆为原料，用蒸馏水清洗干净后，烘干，粉碎后加入不锈钢盒，加盖密封的马弗炉中高温裂解1.5h，裂解，过20目筛保存，制得生物质炭。
7.根据权利要求6所述的陕南茶园土壤重金属Cd的吸附阻控方法，其特征在于：还包括酸洗的步骤：将不同制备温度下的生物炭在1mo l/L稀H2SO4溶液中浸泡2d，以蒸馏水清洗作对照，浸泡后，用去离子水清洗，至前后两次pH值保持一致，然后在70℃温度下烘干。
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