CN110496857A - 一种土壤修复工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤修复工艺，其特征在于，包括以下步骤：1)翻土，循环将底层的土壤翻动到土壤表层；2)种植超富集植物，在循环翻土后的土壤中种植超富集植物；3)施加肥料，对种植超富集植物的土壤施加植物修复剂；4)灌溉浇水，对种植超富集植物的土壤和富集植物进行节水灌溉；本发明提供的一种土壤修复工艺，将底层的土壤翻动到土壤上层，并在土壤上种植超富集植物和施加肥料，不仅可以大范围修复重金属污染的土壤，而且环境友好，操作方便，降低了修复成本。

Description

一种土壤修复工艺

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种土壤修复工艺。

背景技术

随着工业化、城镇化和农村集约化的快速发展，矿山开采和冶炼、城市污水排放、含重金属的农药和除草剂的大量使用以及畜牧业粪污的过量还田等都导致土壤系统中的重金属累积量不断增加，同时重金属在土壤中移动性小，不易淋溶，难以被微生物降解，致使部分土壤中重金属含量超过土壤合理容纳量，造成农田作物减产甚至绝收，并且通过食物链在各个营养级之间传递和富集，将对人体产生严重的潜在危害。据统计，从2009年至2011年2月，仅2年间我国就有30多起重特大重金属污染事件，严重影响了群众健康。目前我国重金属污染农田超过3亿亩，约占总耕地面积的16.67％。

据报道，全球每年释放的铜、镉、铅、锌重金属污染物分别达到93.90万吨、2.2万吨、78.30万吨和135.00万吨。治理土壤重金属污染是21世纪全球迫切需要解决的环境污染问题之一。在治理土壤重金属污染方法中，常用的有客土法、施用石灰或者化学淋溶法等方法，这些方法在对污染土壤改良或者修复中虽具有一定的作用，但在实践中却往往都存在某些局限。如工艺复杂，耗时耗工，成本高昂，且土壤结构和肥力容易遭到破坏，对于低浓度、大范围重金属污染的土壤不适于用上述方法治理。

因此，亟待一种土壤修复工艺的出现，将底层的土壤翻动到土壤上层，并在土壤上种植超富集植物和施加肥料，不仅可以大范围修复重金属污染的土壤，而且环境友好，操作方便，降低了修复成本。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种土壤修复工艺，将底层的土壤翻动到土壤上层，并在土壤上种植超富集植物和施加肥料，不仅可以大范围修复重金属污染的土壤，而且环境友好，操作方便，降低了修复成本。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种土壤修复工艺，包括以下步骤：

1)翻土，循环将底层的土壤翻动到土壤表层；

2)种植超富集植物，在循环翻土后的土壤中种植超富集植物；

3)施加肥料，对种植超富集植物的土壤施加植物修复剂；

4)灌溉浇水，对种植超富集植物的土壤和富集植物进行节水灌溉。

本发明提供的一种土壤修复工艺，将底层的土壤翻动到土壤上层，并在土壤上种植超富集植物和施加肥料，不仅可以大范围修复重金属污染的土壤，而且环境友好，操作方便，降低了修复成本。

在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：

作为优选的方案，步骤3)中还包括对超富集植物进行微生物联合植物修复。

作为优选的方案，所述微生物联合植物修复包括：细菌联合植物修复和菌根真菌联合植物修复。

作为优选的方案，所述细菌联合植物修复剂包括：细菌分泌的植物生长调节剂、螯合剂或抗生素中的任一种。

作为优选的方案，所述菌根真菌联合植物修复剂包括：菌根菌、VA菌根和AM菌根。

作为优选的方案，所述细菌联合植物修复为通过超富集植物接种细菌联合植物修复剂，所述菌根真菌联合植物修复为通过超富集植物接种菌根真菌联合植物修复剂。

作为优选的方案，步骤3)中的植物修复剂为螯合剂乙二胺四乙酸、可生物降解螯合剂谷氨酸二乙酸四钠或乙醇胺改性的聚天冬氨酸中的任一种。

作为优选的方案，步骤4)的节水灌溉包括：在翻土后的土壤中种植超富集植物后，浇透水一次。

作为优选的方案，步骤4)节水灌溉采用间隙自动喷雾，上午8:00至下午18:00，每隔5～8min喷1次，每次15-25s，并在种植超富集植物后的一个月内使超富集植物叶面保持湿润状态，直至愈伤组织生成，将喷雾时间调为每隔15min喷25-35s。

作为优选的方案，步骤2)中采用套作模式在翻土后的土壤中种植不同种类的超富集植物，超富集植物的根系物质分泌有机酸。

具体实施方式

下面将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。

除非特别指明，以下实施例中所用的原料均可从正规渠道商购获得。

一种土壤修复工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)翻土，循环将底层的土壤翻动到土壤表层；

2)种植超富集植物，在循环翻土后的土壤中种植超富集植物；

3)施加肥料，对种植超富集植物的土壤施加植物修复剂；

4)灌溉浇水，对种植超富集植物的土壤和富集植物进行节水灌溉。

本发明提供的一种土壤修复工艺，将底层的土壤翻动到土壤上层，并在土壤上种植超富集植物和施加肥料，不仅可以大范围修复重金属污染的土壤，而且环境友好，操作方便，降低了修复成本。

在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：

在一些实施例中，步骤3)中还包括对超富集植物进行微生物联合植物修复。

在一些实施例中，所述微生物联合植物修复包括：细菌联合植物修复和菌根真菌联合植物修复。

在一些实施例中，所述细菌联合植物修复剂包括：细菌分泌的植物生长调节剂、螯合剂或抗生素中的任一种。

在一些实施例中，所述菌根真菌联合植物修复剂包括：菌根菌、VA菌根和AM菌根。

VA菌根是vesicular arbuscular的缩写，是指可以在植物根部形成泡囊-丛枝结构的一类菌根。AM菌根是arbuscular mycorrhiza的缩写，是指在植物根部形成丛枝结构的一类菌根。

在一些实施例中，所述细菌联合植物修复为通过超富集植物接种细菌联合植物修复剂，所述菌根真菌联合植物修复为通过超富集植物接种菌根真菌联合植物修复剂。

在一些实施例中，步骤3)中的植物修复剂为螯合剂乙二胺四乙酸、可生物降解螯合剂谷氨酸二乙酸四钠或乙醇胺改性的聚天冬氨酸中的任一种。

在一些实施例中，步骤4)的节水灌溉包括：在翻土后的土壤中种植超富集植物后，浇透水一次。

在一些实施例中，步骤4)节水灌溉采用间隙自动喷雾，上午8:00至下午18:00，每隔5～8min喷1次，每次15-25s，并在种植超富集植物后的一个月内使超富集植物叶面保持湿润状态，直至愈伤组织生成，将喷雾时间调为每隔15min喷25-35s。

在一些实施例中，步骤2)中采用套作模式在翻土后的土壤中种植不同种类的超富集植物，超富集植物的根系物质分泌有机酸。

微生物联合植物修复可以分为以下两类，细菌联合植物修复和菌根真菌联合植物修复。细菌分泌的植物生长调节剂、螯合剂、抗生素等物质能够增强植物的环境适应能力，并且能够有效缓解土壤中重金属的毒性和供给植物营养物质，从而提高了植物的修复效率。

本发明通过对龙葵接种内生细菌后发现，龙葵对镉的吸收量增大83.01％，显著促进了龙葵的生长。本发明研究发现，接种菌根菌后，蜈蚣草体内的砷含量可达到2054mg·kg-1，生物量增加17.8g·pot-1，说明接种菌根菌后真菌生长出的菌丝体能在通过增大吸收面积增加接种植物的营养供给，从而提高植物的生物量，进而提高累积植物的重金属吸附量。本申请盆栽实验表明，亚麻接种VA菌根后，可以促进亚麻对磷、锌的吸收，显著提高亚麻磷、锌的累积量。

不同农艺措施能够改变植物生长的微环境。其中增加土壤养分，添加螯合剂等多种方式能够起到增加植物吸附量的作用。同时间套作模式可利用不同超富集植物在同一地块内竞争的关系，增强了超富集植物根系物质的分泌分泌物，活化土壤养分，分泌物中主要组分为有机酸，有机酸能使土壤中的重金属形成螯合物，同时降低了土壤pH值，增强了重金属的生物有效性，从而提高植物根系吸附重金属的能力。

本发明通过3年5次试验结果表明玉米和东南景天间作有利于降低土壤镉污染。本申请通过7种不同植物与玉米套作模式发现，玉米对镉的耐受能力和吸附能力分别提高了35％和52％。

土壤水分变化可显著改变土壤性质进而影响土壤重金属有效性。水分管理通过调控土壤中重金属的生物有效性，促进或抑制植物生长发育，进而调控植物重金属修复效率。研究表明，灌溉模式的改变使得稻田土壤理化性质、水稻植株根系生长规律等发生一系列变化，将会导致土壤重金属赋存形态及其有效性发生变化，进而引起重金属渗漏淋失、地表径流过程、作物吸收富集等差异。

本申请水稻盆栽试验表明，长期淹水处理的水稻根表Fe(II)含量比常规处理(灌浆期无明显水层)增加了1.2倍，根表Cd含量则只有常规处理的82.6％。通过本申请田间试验表明，与淹水灌溉相比，控制灌溉可减少水稻全生育期稻田土壤Cd、Cr淋失量53.3％和19.3％，还使0-20Gm土壤Cd、Cr含量分别下降了1.2％和0.6％，同时增大了土壤Cd、Cr在植株体内的吸收。节水灌溉还可以增加重金属Cd在水稻植株根系的分布。但也有研究表明，与长期风干土壤相比，经干湿交替后风干土壤重金属有效性降低或显著降低。过度缺水会减弱植物修复重金属污染土壤的能力，在种植过程中需进行适当的水分管理以提高植物修复效率。

土壤中重金属大都难以被植物吸收，加入特定的植物修复剂可以提高重金属生物有效性，还可以增强植物对重金属的耐性，提高其对重金属土壤的修复能力。螯合剂和有机酸等添加剂能够促使重金属离子解吸和溶解。螯合剂乙二胺四乙酸(EDTA)是一种投入到土壤中能够形成水溶性的金属-螯合剂络合物的植物修复剂，它能够改变重金属在土壤中的赋存形态，提高重金属的生物有效性，强化植物对目标重金属的吸收。

本发明盆栽试验表明，乙二胺四乙酸促进了栾树对Mn、Pb的吸收。本发明研究表明，添加螯合剂乙二胺四乙酸有利于提高铅胁迫下的黑麦草修复效果。本发明盆栽试验表明，添加乙二胺四乙酸有利于铜胁迫下的向日葵铜吸收累积量。实验结果指出乙二胺四乙酸具有促进桑树和任豆幼苗吸收重金属Pb的作用。EDTA(乙二胺四乙酸)具有较强的络合能力，但EDTA在环境中不易被生物降解，施入土壤中残留期较长，存在潜在的生态风险。需要寻找环境友好型的替代品，初步研究发现可生物降解螯合剂GLDA(谷氨酸二乙酸四钠)在诱导超富集植物东南景天提取土壤重金属方面具有潜力，盆栽试验研究表明，可生物降解螯合剂GLDA(谷氨酸二乙酸四钠)在诱导植物修复重金属污染土壤特别是Cd和Zn污染土壤具有明显潜力。聚天冬氨酸，进一步用水合肼和乙醇胺对聚天冬氨酸(PASP)进行衍生化，淋洗实验证明用乙醇胺改性的聚天冬氨酸(PASP)对重金属的活化效果得到了提高，为修复被重金属污染的土壤提供了一种较好的络合剂。采用土柱淋滤实验，研究不同浓度的聚天冬氨酸(PASP)对重金属铅(Pb)、镉(Cd)的活化能力(加入淋出量和空白对比)。结果表明，在一定浓度范围内，聚天冬氨酸(PASP)对Pb和Cd的活化能力随聚天冬氨酸(PASP)浓度的增加而增加。在盆栽模拟实验中发现，聚天冬氨酸(PASP)对玉米修复重金属污染土壤有明显的强化作用。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种土壤修复工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)翻土，循环将底层的土壤翻动到土壤表层；

2)种植超富集植物，在循环翻土后的土壤中种植超富集植物；

3)施加肥料，对种植超富集植物的土壤施加植物修复剂；

4)灌溉浇水，对种植超富集植物的土壤和富集植物进行节水灌溉。

2.根据权利要求1所述的土壤修复工艺，其特征在于，步骤3)中还包括对超富集植物进行微生物联合植物修复。

3.根据权利要求2所述的土壤修复工艺，其特征在于，所述微生物联合植物修复包括：细菌联合植物修复和菌根真菌联合植物修复。

4.据权利要求3所述的土壤修复工艺，其特征在于，所述细菌联合植物修复剂包括：细菌分泌的植物生长调节剂、螯合剂或抗生素中的任一种。

5.据权利要求4所述的土壤修复工艺，其特征在于，所述菌根真菌联合植物修复剂包括：菌根菌、VA菌根和AM菌根。

6.据权利要求5所述的土壤修复工艺，其特征在于，所述细菌联合植物修复为通过超富集植物接种细菌联合植物修复剂，所述菌根真菌联合植物修复为通过超富集植物接种菌根真菌联合植物修复剂。

7.根据权利要求1所述的土壤修复工艺，其特征在于，步骤3)中的植物修复剂为螯合剂乙二胺四乙酸、可生物降解螯合剂谷氨酸二乙酸四钠或乙醇胺改性的聚天冬氨酸中的任一种。

8.根据权利要求1所述的土壤修复工艺，其特征在于，步骤4)的节水灌溉包括：在翻土后的土壤中种植超富集植物后，浇透水一次。

9.根据权利要求4所述的土壤修复工艺，其特征在于，步骤4)节水灌溉采用间隙自动喷雾，上午8:00至下午18:00，每隔5～8min喷1次，每次15-25s，并在种植超富集植物后的一个月内使超富集植物叶面保持湿润状态，直至愈伤组织生成，将喷雾时间调为每隔15min喷25-35s。

10.根据权利要求1所述的土壤修复工艺，其特征在于，步骤2)中采用套作模式在翻土后的土壤中种植不同种类的超富集植物，超富集植物的根系物质分泌有机酸。