CN110860557A - 一种复合重金属污染土壤的修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于土壤修复技术领域，公开了一种复合重金属污染土壤的修复方法，(1)表面土壤预处理：将重金属污染土壤的离地表面25‑30公分深的表层土壤犁翻，风干，磨碎、过筛；(2)整地：在修复植物种植前1个月，向重金属污染土壤以固体肥料形式施入活化剂，每亩施用50～150kg，施入深度为10～20cm，将活化剂与土壤掺混均匀；活化剂施用1～2周后铺设保水材料；(3)种植：选择在每年3‑4月份进行修复植物种植，在整平的区域上撒播含有种子的种植基质，通过植物根系生长富集土壤中的重金属污染物。本发明修复方法具有操作简单，修复成本、后期维护成本低，重金属富集效果好，治理效率高，适用于大面积铅、砷等重金属污染土壤植物修复的应用。

Description

一种复合重金属污染土壤的修复方法
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域，特别涉及一种复合重金属污染土壤的修复方法。
背景技术
土地重金属污染是一个世界性的难题，严重制约本地区的农牧业生产和社会经济发展。当今的重金属污染往往是两种或两种以上的多种重金属并存的复合污染。土壤重金属污染主要包括汞、镉、铅、铬和类金属砷等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌、铜、镍等元素，重金属污染元素在土壤中移动性差、滞留时间长、只能发生形态的转变和迁移，不能被微生物降解，其持留时间甚至超过一千年。重金属，尤其是镉、铅、砷、锌毒性较大，会抑制土壤微生物生长，破坏生态平衡，进而引起土壤退化、肥力不足，而且在重金属污染土壤中种植的农作物产品已检出了重金属含量超标，大大地限制了无公害食品、绿色食品、有机食品的生产和农产品出口，对经济效益的增加以及人体的健康和安全也是严重的阻碍。因此土壤的重金属污染造成的严重环境和公共健康问题日益受到人们的密切关注。
目前，治理土壤重金属污染方法包括化学法、生物修复法，其中生物修复法包括植物修复、微生物修复和动物修复。植物修复法是利用植物及其根际微生物对土壤污染物的吸收、挥发、转化、降解、固定作用而去除土壤中污染物的修复技术。目前已经发现很多植物可同时对多种重金属有强大的富集能力，但大多数已报道的植物修复方法效果不显著、见效慢、修复效果不稳定，再加上受到气候、土壤环境的限制，使得这些植物的重金属积累量有限，从而在其应用上受到限制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种复合重金属污染土壤的修复方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种复合重金属污染土壤的修复方法，包括以下步骤：
(1)表面土壤预处理：将重金属污染土壤的离地表面25-30公分深的表层土壤犁翻，风干至含水率低于10％，磨碎、过100-150目筛，得到预处理后的表层土壤；
(2)整地：在修复植物种植前1个月，向步骤(1)表面处理后的重金属污染土壤以固体肥料形式施入活化剂，每亩施用50～150kg，施入深度为10～20cm，将活化剂与土壤掺混均匀；活化剂施用1～2周后铺设保水材料；
(3)种植：选择在每年3-4月份进行修复植物种植，在整平的区域上撒播含有种子的种植基质，基质厚度为3-5cm；所述种子为转运系数大于1.5的植物，通过植物根系生长富集土壤中的重金属污染物。
优选的，所述重金属包括铅、砷、铬、锌。
优选的，所述活化剂包括如下重量比的组分：腐殖土30-40％，草木灰20-30％，柠檬酸15-25％，环糊精10-15％，复合微生物菌剂3-8％，氨基酸1.5-4.5％，氧化石墨烯0.1-0.5％。
优选的，所述复合微生物菌剂由解磷菌、尿素酶芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌按质量比为1:1:1组成。
优选的，所述保水材料为聚乙烯或聚丙烯塑料膜。
优选的，所述修复植物为蜈蚣草、白刺、花棒中的一种或多种。
优选的，所述种植基质包括如下重量比的组分：粘质土20-30％；珍珠岩12-18％；蛭石10-15％；草炭土8-12％；缓释肥1-3％；稳定剂0.5-1.5％；团粒剂0.1-0.5％；种子2-5％；水25-35％。
优选的，所述种植基质包括如下重量比的组分：粘质土25％；珍珠岩15％；蛭石13％；草炭土10％；缓释肥2％；稳定剂1％；团粒剂0.35％；种子3.55％；水30.1％。
优选的，所述缓释肥由专用复合肥和过磷酸钙按质量比为4-8:1组成。
优选的，所述专用复合肥为含有氮、磷、钾养分的肥料，其中氮、磷、钾的重量比是12:9:9。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1、本发明选用蜈蚣草、白刺、花棒作为修复植物，对生长环境的适应性强，适用于大面积种植，可以同时吸附多种重金属离子；在种植修复植物之前，通过添加活化剂对重金属污染土壤进行活化处理，其中活化剂中添加复合微生物菌剂，由解磷菌、尿素酶芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌组成的复合微生物菌剂通过代谢作用能产生多种低分子量的有机酸，影响土壤中重金属的形态，起到活化重金属的作用，提高植物对重金属的吸收效率；添加的氧化石墨烯可以维持和改良土壤理化性质、吸附固定土壤中的各种重金属，将土壤中的重金属改性为可供植物吸收的可提取态；添加的环糊精具有三维网状结构，与氧化石墨烯结合，作为复合微生物菌剂生长繁殖的温床，提高微生物菌剂的活化作用。
2、本发明采用种植基质进行修复植物的播种，提高修复植物的生长能力，促进修复植物的根系生长，有利于吸收土壤中重金属铅、砷、铬、锌，可有效改善土壤中的重金属含量，降低植物的重金属食用风险，改善土壤结构，促进植物生长。
3、本发明修复方法可维持长期持续的植物原位生长修复，实现对土壤中多种重金属复合污染的修复，同时还可以改善土壤有机质含量，增加土壤的保水保肥能力，调节土壤理化性质，使其更适合于修复后的进一步利用。
4、本发明修复方法具有操作简单，修复成本、后期维护成本低，重金属富集效果好，治理效率高，适用于大面积铅、砷等重金属污染土壤植物修复的应用。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
一种复合重金属污染土壤的修复方法，包括以下步骤：
(1)表面土壤预处理：将重金属污染土壤的离地表面25-30公分深的表层土壤犁翻，风干至含水率低于10％，磨碎、过100-150目筛，得到预处理后的表层土壤；
(2)整地：在修复植物种植前1个月，向步骤(1)表面处理后的重金属污染土壤以固体肥料形式施入活化剂，每亩施用50kg，施入深度为10cm，将活化剂与土壤掺混均匀；活化剂施用1～2周后铺设聚乙烯塑料膜；其中活化剂包括如下重量比的组分：腐殖土30％，草木灰30％，柠檬酸15％，环糊精15％，复合微生物菌剂5％，氨基酸4.5％，氧化石墨烯0.5％；
(3)种植：选择在每年3-4月份进行蜈蚣草种植，在整平的区域上撒播含有种子的种植基质，基质厚度为3-5cm；其中种植基质包括如下重量比的组分：粘质土20％；珍珠岩18％；蛭石15％；草炭土12％；缓释肥3％；稳定剂1.5％；团粒剂0.5％；种子5％；水25％，其中缓释肥由专用复合肥和过磷酸钙按质量比为4:1组成。
实施例2
一种复合重金属污染土壤的修复方法，包括以下步骤：
(1)表面土壤预处理：将重金属污染土壤的离地表面25-30公分深的表层土壤犁翻，风干至含水率低于10％，磨碎、过100-150目筛，得到预处理后的表层土壤；
(2)整地：在修复植物种植前1个月，向步骤(1)表面处理后的重金属污染土壤以固体肥料形式施入活化剂，每亩施用50～150kg，施入深度为10～20cm，将活化剂与土壤掺混均匀；活化剂施用1～2周后铺设聚乙烯或聚丙烯塑料膜；其中活化剂包括如下重量比的组分：腐殖土35％，草木灰25％，柠檬酸20％，环糊精12％，复合微生物菌剂5％，氨基酸2.5％，氧化石墨烯0.5％；
(3)种植：选择在每年3-4月份进行蜈蚣草种植，在整平的区域上撒播含有种子的种植基质，基质厚度为3-5cm；其中种植基质包括如下重量比的组分：粘质土25％；珍珠岩15％；蛭石13％；草炭土10％；缓释肥2％；稳定剂1％；团粒剂0.35％；种子3.55％；水30.1％；其中缓释肥由专用复合肥和过磷酸钙按质量比为5:1组成。
实施例3
一种复合重金属污染土壤的修复方法，包括以下步骤：
(1)表面土壤预处理：将重金属污染土壤的离地表面25-30公分深的表层土壤犁翻，风干至含水率低于10％，磨碎、过100-150目筛，得到预处理后的表层土壤；
(2)整地：在修复植物种植前1个月，向步骤(1)表面处理后的重金属污染土壤以固体肥料形式施入活化剂，每亩施用50～150kg，施入深度为10～20cm，将活化剂与土壤掺混均匀；活化剂施用1～2周后铺设聚乙烯或聚丙烯塑料膜；其中活化剂包括如下重量比的组分：腐殖土30％，草木灰25％，柠檬酸20％，环糊精15％，复合微生物菌剂8％，氨基酸1.9％，氧化石墨烯0.1％；
(3)种植：选择在每年3-4月份进行白刺种植，在整平的区域上撒播含有种子的种植基质，基质厚度为3-5cm；其中种植基质包括如下重量比的组分：粘质土20％；珍珠岩18％；蛭石12％；草炭土12％；缓释肥3％；稳定剂0.9％；团粒剂0.1％；种子2％；水32％，其中缓释肥由专用复合肥和过磷酸钙按质量比为6:1组成。
实施例4
一种复合重金属污染土壤的修复方法，包括以下步骤：
(1)表面土壤预处理：将重金属污染土壤的离地表面25-30公分深的表层土壤犁翻，风干至含水率低于10％，磨碎、过100-150目筛，得到预处理后的表层土壤；
(2)整地：在修复植物种植前1个月，向步骤(1)表面处理后的重金属污染土壤以固体肥料形式施入活化剂，每亩施用50～150kg，施入深度为10～20cm，将活化剂与土壤掺混均匀；活化剂施用1～2周后铺设聚乙烯或聚丙烯塑料膜；其中活化剂包括如下重量比的组分：腐殖土40％，草木灰20％，柠檬酸25％，环糊精10％，复合微生物菌剂3％，氨基酸1.5％，氧化石墨烯0.5％；
(3)种植：选择在每年3-4月份进行花棒种植，在整平的区域上撒播含有种子的种植基质，基质厚度为3-5cm；其中种植基质包括如下重量比的组分：粘质土30％；珍珠岩12；蛭石10％；草炭土8％；缓释肥1％；稳定剂0.5％；团粒剂0.5％；种子3％；水35％，其中缓释肥由专用复合肥和过磷酸钙按质量比为8:1组成。
对比例1
一种复合重金属污染土壤的修复方法，包括以下步骤：
(1)表面土壤预处理：将重金属污染土壤的离地表面25-30公分深的表层土壤犁翻，风干至含水率低于10％，磨碎、过100-150目筛，得到预处理后的表层土壤；
(2)整地：在修复植物种植前1个月，向步骤(1)表面处理后的重金属污染土壤以固体肥料形式施入农家肥，每亩施用50～150kg，施入深度为10～20cm，将农家肥与土壤掺混均匀；农家肥施用1～2周后铺设聚乙烯或聚丙烯塑料膜；
(3)种植：选择在每年3-4月份进行蜈蚣草种植，在整平的区域上撒播含有种子的种植基质，基质厚度为3-5cm；其中种植基质包括如下重量比的组分：粘质土25％；珍珠岩15％；蛭石13％；草炭土10％；缓释肥2％；稳定剂1％；团粒剂0.35％；种子3.55％；水30.1％；其中缓释肥由专用复合肥和过磷酸钙按质量比为5:1组成。
对比例2
一种复合重金属污染土壤的修复方法，包括以下步骤：
(1)表面土壤预处理：将重金属污染土壤的离地表面25-30公分深的表层土壤犁翻，风干至含水率低于10％，磨碎、过100-150目筛，得到预处理后的表层土壤；
(2)整地：在修复植物种植前1个月，向步骤(1)表面处理后的重金属污染土壤以固体肥料形式施入活化剂，每亩施用50～150kg，施入深度为10～20cm，将活化剂与土壤掺混均匀；活化剂施用1～2周后铺设聚乙烯或聚丙烯塑料膜；其中活化剂包括如下重量比的组分：腐殖土35％，草木灰25％，柠檬酸20％，环糊精12％，复合微生物菌剂5％，氨基酸2.5％，氧化石墨烯0.5％；
(3)种植：选择在每年3-4月份进行蜈蚣草种植，在整平的区域上撒播蜈蚣草种子，施入农家肥进行种植。
对比例3
一种复合重金属污染土壤的修复方法，包括以下步骤：
(1)表面土壤预处理：将重金属污染土壤的离地表面25-30公分深的表层土壤犁翻，风干至含水率低于10％，磨碎、过100-150目筛，得到预处理后的表层土壤；
(2)整地：在修复植物种植前1个月，向步骤(1)表面处理后的重金属污染土壤以固体肥料形式施入活化剂，每亩施用50～150kg，施入深度为10～20cm，将活化剂与土壤掺混均匀；活化剂施用1～2周后铺设聚乙烯或聚丙烯塑料膜；其中活化剂包括如下重量比的组分：腐殖土35％，草木灰25％，柠檬酸20％，环糊精12％，复合微生物菌剂5％，氨基酸2.5％，氧化石墨烯0.5％；
(3)种植：选择在每年3-4月份进行吊兰种植，在整平的区域上撒播含有种子的种植基质，基质厚度为3-5cm；其中种植基质包括如下重量比的组分：粘质土25％；珍珠岩15％；蛭石13％；草炭土10％；缓释肥2％；稳定剂1％；团粒剂0.35％；种子3.55％；水30.1％；其中缓释肥由专用复合肥和过磷酸钙按质量比为5:1组成。
试验效果
根据国家土壤环境质量标准GB15618-2008可知，土壤pH＝5.5-6.5的情况下，农业用地旱地重金属Pb、As、Cd、Zn二级标准值分别为80、30、0.3、200mg/kg；对本发明实施例1-4及对比例1-3所述重金属污染的土壤治理方法的效果从重金属最终含量(mg/kg)进行评价和检验，如表1所示。
Pb(mg/kg) As(mg/kg) Cd(mg/kg) Zn(mg/kg)
实验区土壤 145 48 0.45 320
实施例1 71.23 21.03 0.21 146.34
实施例2 65.42 18.74 0.16 132.56
实施例3 67.89 19.23 0.18 145.96
实施例4 69.12 20.46 0.22 148.12
对比例1 115.36 33.26 0.36 235.87
对比例2 118.69 31.58 0.34 226.42
对比例3 98.76 30.65 0.32 203.54
从表1可以看出，实施例1-4，经过1-3年的修复后土壤中重金属的含量均在国家土壤环境质量标准二级标准值以下，在很短的时间内即可完成对土壤重金属的修复；对比例1-3与实施例1-4相比，改变活性剂、种植基质和修复植物，其对土壤的修复治理效果均会下降，这不仅与植物种类有关，也与各种治理方法之间的协同调节作用密不可分。
以上为本发明较佳实施例，只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种复合重金属污染土壤的修复方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)表面土壤预处理：将重金属污染土壤的离地表面25-30公分深的表层土壤犁翻，风干至含水率低于10％，磨碎、过100-150目筛，得到预处理后的表层土壤；
(2)整地：在修复植物种植前1个月，向步骤(1)表面处理后的重金属污染土壤以固体肥料形式施入活化剂，每亩施用50～150kg，施入深度为10～20cm，将活化剂与土壤掺混均匀；活化剂施用1～2周后铺设保水材料；
(3)种植：选择在每年3-4月份进行修复植物种植，在整平的区域上撒播含有种子的种植基质，基质厚度为3-5cm；所述种子为转运系数大于1.5的植物，通过植物根系生长富集土壤中的重金属污染物。
2.根据权利要求1所述的复合重金属污染土壤的修复方法，其特征在于：所述重金属包括铅、砷、铬、锌。
3.根据权利要求1所述的复合重金属污染土壤的修复方法，其特征在于：所述活化剂包括如下重量比的组分：腐殖土30-40％，草木灰20-30％，柠檬酸15-25％，环糊精10-15％，复合微生物菌剂3-8％，氨基酸1.5-4.5％，氧化石墨烯0.1-0.5％。
4.根据权利要求1所述的复合重金属污染土壤的修复方法，其特征在于：所述复合微生物菌剂由解磷菌、尿素酶芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌按质量比为1:1:1组成。
5.根据权利要求1所述的复合重金属污染土壤的修复方法，其特征在于：所述保水材料为聚乙烯或聚丙烯塑料膜。
6.根据权利要求1所述的复合重金属污染土壤的修复方法，其特征在于：所述修复植物为蜈蚣草、白刺、花棒中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的复合重金属污染土壤的修复方法，其特征在于：所述种植基质包括如下重量比的组分：粘质土20-30％；珍珠岩12-18％；蛭石10-15％；草炭土8-12％；缓释肥1-3％；稳定剂0.5-1.5％；团粒剂0.1-0.5％；种子2-5％；水25-35％。
8.根据权利要求7所述的复合重金属污染土壤的修复方法，其特征在于：所述种植基质包括如下重量比的组分：粘质土25％；珍珠岩15％；蛭石13％；草炭土10％；缓释肥2％；稳定剂1％；团粒剂0.35％；种子3.55％；水30.1％。
9.根据权利要求7所述的复合重金属污染土壤的修复方法，其特征在于：所述缓释肥由专用复合肥和过磷酸钙按质量比为4-8:1组成。
10.根据权利要求9所述的复合重金属污染土壤的修复方法，其特征在于：所述专用复合肥为含有氮、磷、钾养分的肥料，其中氮、磷、钾的重量比是12:9:9。
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