CN109127721A

CN109127721A - 土壤重金属污染修复方法

Info

Publication number: CN109127721A
Application number: CN201810671415.XA
Authority: CN
Inventors: 范分良; 宋阿琳; 卢玉秋; 李艳玲; 张亚磊; 蒋胜勇
Original assignee: Institute of Agricultural Resources and Regional Planning of CAAS
Current assignee: Institute of Agricultural Resources and Regional Planning of CAAS
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2019-01-04

Abstract

本发明公开了一种土壤重金属污染修复方法，其方法为：对污染土壤疏松透气；向土壤中添加营养成分并调节土壤含水量至20～30%：对土壤进行射线灭菌或施用氯化苦；种植玉米，其余耕作管理措施同当地农田习惯方法；在玉米植株生长至生物量最大时，收获全部玉米植株；或，对污染土壤疏松透气；向土壤中添加营养成分并调节土壤含水量至20～30%：种植玉米；待玉米长至两叶一心时，向玉米植株施用阿泰灵，其余耕作管理措施同当地农田习惯方法；在玉米植株生长至生物量最大时，收获全部玉米植株。本发明的方法解决了当前植物修复过程中周期长，重金属深层污染修复困难，可提高重金属吸收，为土壤重金属修复提供了技术支撑。

Description

土壤重金属污染修复方法

技术领域

本发明涉及土壤污染治理技术领域，具体涉及一种土壤重金属污染修复方法。

背景技术

近年来，由于工农业生产的迅猛发展，“三废”和各种化学产品、农药、化肥、除草剂的恣意施用，重金属对土壤、水体的污染越来越严重。我国污灌农田面积达1000多万hm²，其中30%的土壤遭受不同程度的重金属如镉、汞、铅、铜等的污染，造成上千万吨粮食的减产。其中镉（Cd）污染问题最为突出，全国约有1.3万hm²耕地受到镉的污染。

镉是一种对动、植物均具有很强毒性的重金属，是IA级致癌物，具有致癌、致畸和致突变作用。由于工业废物管理不善和使用高含量镉的城市废弃物与肥料等，造成了土壤的镉污染，并通过作物生产而进入食物链，进而威胁人们的健康。因此，土壤重金属镉污染的修复治理势在必行。

目前，常采用的物理及物理化学的方法时热解吸法、电化学法和提取法治理土壤中金属污染。对于挥发性的重金属可用加热方法从土壤中解吸出来；若重金属渗透性不高且传导性差则可用电化学法除去；提取法可利用试剂和土壤中的重金属作用，形成溶解性的重金属离子或金属试剂络合物，回收再利用。但是，利用以上各类传统的物理化学方法治理土壤重金属污染，不但耗资巨大，而且治理过程比较繁琐。

当前植物修复因治理过程原位的优势而日益受到重视。植物修复措施是以植物忍耐和超量积累某种或某些化学元素理论为基础，一些重金属污染区存在着对重金属具耐性的植物，这些植物通过排斥或在局部使重金属富集，使重金属在植株根部细胞壁沉淀而“束缚”其跨膜吸收，或与某些蛋白质、有机酸结合生成不具生物活性的解毒形式，从而提高了对重金属伤害的忍耐度。然而，在实际应用中，植物修复技术也存在这周期长、对重金属深层污染修复困难，超积累植物通常生物量低，生长缓慢，效果不显著，植株成活率低等方面的问题。

因此，亟需一种成本低，管理与操作简易且环境美学兼容的植物修复方法取代传统治理重金属的方法，以期提高植物重金属的吸收，为土壤重金属修复提供了技术支撑，同时也进一步为减少农业生产污染，提高环境质量提供科技支撑。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种土壤重金属污染修复方法，以解决当前植物修复过程中周期长，效果不显著，重金属深层污染修复困难的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种土壤重金属污染修复方法，包括以下步骤：

（1）对待修复的重金属镉污染土壤进行疏松透气；

（2）向上述疏松透气后的土壤中添加下述营养成分的同时调节土壤含水量至20～30%：

N 90～110 mg·kg^-1土，P 90～110 mg·kg^-1土，K 90～110 mg·kg^-1土，微量元素铁、铜、锰、锌、钼、硼酸均为4～6mg·kg^-1土；

（3）对经步骤（2）处理的土壤进行射线灭菌或施用氯化苦；

（4）在经步骤（3）处理的土壤中种植玉米，其余耕作管理措施同当地农田习惯方法；

（5）在玉米植株生长至生物量最大时，收获全部玉米植株。

优选的，在所述步骤（3）中：所述射线灭菌采用伽马射线。

进一步的，所述伽马射线照射的剂量控制为35～45 kGy。

优选的，在所述步骤（3）中：所述氯化苦的施用量控制为60～70 mg·kg^-1土。

优选的，在所述步骤（3）中：氯化苦施用后密闭土壤2周，每隔2～3天混土1次。

另一种土壤重金属污染修复方法，包括以下步骤：

1）对待修复的重金属镉污染土壤进行疏松透气；

2）向上述疏松透气后的土壤中添加下述营养成分的同时调节土壤含水量至20～30%：

N 90～110 mg·kg^-1土，P 90～110 mg·kg^-1土，K 90～110 mg·kg^-1土，微量元素铁、铜、锰、锌、钼、硼酸均4～6mg·kg^-1土；

3）在经步骤2）处理后的土壤上种植玉米；

4）待玉米长至两叶一心时，向玉米植株施用阿泰灵，其余耕作管理措施同当地农田习惯方法；

5）在玉米植株生长至生物量最大时，收获全部玉米植株。

优选的，在所述步骤4）中：所述阿泰灵的施用量控制为0.2～0.4 mg·kg^-1土。

优选的，在所述步骤4）中：所述阿泰灵的施用方法为喷施玉米植株，每周喷施1次，共喷施2～3次。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：

1.本发明通过射线辐照或施用氯化苦、阿泰灵等措施改变土壤微生物多样性，进而提高植物对重金属的吸收，解决当前植物修复过程中周期长，重金属深层污染修复困难，具有巨大的社会、经济和生态效益。

2.本发明方法通过调控微生物的多样性以促进作物生长，提高重金属吸收，为土壤重金属修复提供了新的技术支撑，同时也进一步为减少农业生产污染，提高环境质量提供科技支撑。

3.本发明通过改变微生物多样性进而加快作物生长，联合了微生物修复技术以辅助植物修复，在植物修复中发挥着重要的作用。

4. 本发明中选用了生物量大、种植成本低的玉米为修复植物，能够达到更好的修复效果。

附图说明

图1为不同微生物调控处理下玉米株高对比图；

图2为不同微生物调控处理下玉米生物量对比图；

图3为不同微生物调控处理下玉米镉含量对比图；

图4为不同微生物调控处理下玉米镉累积量对比图；

图5为不同微生物调控处理下土壤有效镉含量对比图；

图6为不同微生物调控处理下土壤细菌丰度的对比图；

图7为不同微生物调控处理下土壤真菌丰度的对比图。

图8为不同微生物调控处理下土壤细菌群落的对比图。

图9为不同微生物调控处理下土壤真菌群落的对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的试剂如无特别说明，均为市售常规试剂；所涉及的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。

实施例中重度镉污染土壤的有效镉含量为2mg·kg^-1。

实施例1：一种土壤重金属污染修复方法

具体步骤如下：

（1）将重金属镉污染土壤过2 mm 筛，把过筛好的土壤分别装于带有海绵通气盖的塑料袋中，每袋2 kg；

（2）配置营养液把土壤养分调节到过量，同时把土壤含水量调节到20%；

其中，所述养分过量的添加量为N 90～110 mg·kg^-1土，P 90～110 mg·kg^-1土，K 90～110 mg·kg^-1土，微量元素铁、铜、锰、锌、钼、硼酸均4～6 mg·kg^-1土；

（3）把装好的土壤采用40 kGy伽马灭菌；

（4）种玉米苗，其余耕作管理措施同农田习惯方法。

实施例2：一种土壤重金属污染修复方法

具体步骤如下：

（1）取重金属镉污染土壤过2.5 mm 筛，把过筛好的土壤分别装于带有海绵通气盖的塑料袋中，每袋2 kg；

（2）配置营养液把土壤养分调节到过量，同时把土壤含水量调节到25%；

其中，所述养分过量的添加量为N 90～110 mg·kg^-1土，P 90～110 mg·kg^-1土，K 90～110mg·kg^-1土，微量元素铁、铜、锰、锌、钼、硼酸均4～6 mg·kg^-1土；

（3）把装好的土壤采用氨水灭菌，施用量为0.54 ml·kg^-1土，处理后密封2周，每隔3天混均1次；

（4）种玉米苗，其余耕作管理措施同农田习惯方法。

实施例3：一种土壤重金属污染修复方法

具体步骤如下：

（1）取重金属镉污染土壤过2 mm 筛，把过筛好的土壤分别装于带有海绵通气盖的塑料袋中，每袋2 kg；

（3）把装好的土壤采用氯化苦灭菌，施用量为65 mg·kg^-1土，处理后密封2周，每隔3天混均1次；

（4）种玉米苗，其余耕作管理措施同农田习惯方法。

实施例4：一种土壤重金属污染修复方法

具体步骤如下：

（1）取重金属镉污染土壤过1.5 mm 筛，把过筛好的土壤分别装于带有海绵通气盖的塑料袋中，每袋2 kg；

（2）配置营养液把土壤养分调节到过量，同时把土壤含水量调节到30%；

（3）把处理的土壤装入塑料桶中种苗；

（4）在玉米长至两叶一心时，喷施阿泰灵，施用量为0.3 mg·kg^-1土，每周喷施1次，共喷施3次，同时避免喷施过程中喷洒在土壤表面。

实施例5：检测不同微生物调控处理下玉米生长及土壤镉含量的变化

（1）试验处理土壤

把装好的重金属镉污染土壤分别采取不同的改变微生物多样性的方法进行处理，每组5个重复，共25袋；处理分别为：

a. 未处理（NS）

b. 实施例1采用40 kGy伽马灭菌（S）；

c. 实施例2采用氨水灭菌（AH）；

d. 实施例3采用氯化苦灭菌（NC）；

e. 实施例4叶片喷施安泰灵（AS）。

（2）通过不同微生物调控处理后，开展盆栽试验，玉米生长2个月后收获，采集植物和土壤样品进行重金属及微生物分析，检测植物生物量、全镉含量，土壤有效镉含量，并计算地上部镉的累积量。

试验结果如下：

如图1所示：与对照（NS）处理相比，不同改变微生物多样性处理中除AH处理株高降低，N、AS和NC处理玉米株高都有增加的趋势，特别是NC处理，其株高显著增加21.89%。

如图2所示：与株高相比，不同改变微生物多样性处理玉米生物量变化趋势和株高一致，但幅度不同。N、AS和NC处理玉米生物量都有增加的趋势，特别是NC处理，其生物量显著增加91.03%。

如图3所示：重金属镉污染下，与NS处理相比，AH处理植物镉全量有降低的趋势，但S，AS和NC处理显著提高了植物镉全量，其增加比例分别是：86.51%，9.89%和41.08%。

如图4所示：植物镉累积量的变化趋势与植物镉全量一致，但幅度不同，如AH，AS处理植物镉累积量与NS相比差异不显著，但S和NC处理却显著增加了植物镉累积量，其增加比例分别是121.41%和160.63%。

如图5所示：土壤有效镉含量变化趋势与NS处理相比，S，AH，AS和NC处理都不同程度降低了土壤有效镉含量，特别是AS处理，其含量显著低于NS处理，降低幅度为16.11%。

如图6和图7所示，土壤细菌丰度的变化与NS处理相比，S、AH处理细菌丰度变化差异不显著，AS和NC处理细菌的丰度显著降低；土壤真菌丰度的变化与NS处理相比，S和AS处理真菌丰度变化不显著，AH、NC处理显著增加了真菌丰度。

如图8所示，根际土壤和根内细菌群落的（PCoA）分析，与NS处理相比，S、NC处理改变微生物多样性细菌群落发生了明显的变化，而AH、AS处理改变微生物多样性细菌群落未发生显著的变化。

如图9所示，根际土壤和根内真菌群落的（PCoA）分析，与NS处理相比，S、NC、AH处理改变微生物多样性细菌群落发生了明显的变化，而AS处理改变微生物多样性细菌群落未发生显著的变化。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims

1.一种土壤重金属污染修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）对待修复的重金属镉污染土壤进行疏松透气；

N 90～110 mg·kg^-1土，P 90～110 mg·kg^-1土，K 90～110 mg·kg^-1土，微量元素铁、铜、锰、锌、钼、硼酸均为4～6 mg·kg^-1土；

（5）在玉米植株生长至生物量最大时，收获全部玉米植株。

2.根据权利要求1所述的土壤重金属污染修复方法，其特征在于，在所述步骤（3）中：所述射线灭菌采用伽马射线。

3.根据权利要求2所述的土壤重金属污染修复方法，其特征在于，所述伽马射线照射的剂量控制为35～45 kGy。

4.根据权利要求1所述的土壤重金属污染修复方法，其特征在于，在所述步骤（3）中：所述氯化苦的施用量控制为60～70 mg·kg^-1土。

5.根据权利要求1所述的土壤重金属污染修复方法，其特征在于，在所述步骤（3）中：氯化苦施用后密闭土壤2周，每隔2～3天混土1次。

6.一种土壤重金属污染修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）对待修复的重金属镉污染土壤进行疏松透气；

N 90～110 mg·kg^-1土，P 90～110 mg·kg^-1土，K 90～110 mg·kg^-1土，微量元素铁、铜、锰、锌、钼、硼酸均4～6 mg·kg^-1土；

3）在经步骤2）处理的土壤上种植玉米；

5）在玉米植株生长至生物量最大时，收获全部玉米植株。

7.根据权利要求6所述的土壤重金属污染修复方法，其特征在于，在所述步骤4）中：所述阿泰灵的施用量控制为0.2～0.4 mg·kg^-1土。

8.根据权利要求6所述的土壤重金属污染修复方法，其特征在于，在所述步骤4）中：所述阿泰灵的施用方法为喷施玉米植株，每周喷施1次，共喷施2～3次。