CN110877046A - 一种铀镉复合污染土壤钝化修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铀镉复合污染土壤钝化修复方法，属于土壤修复领域，其实现了对镉铀复合污染土壤的有效修复，具有修复效果好的优点。其包括生物炭制备、土壤修复等操作。同时，本申请以农业废弃物为原料，制备方法简单，操作方便，成本低廉，能够满足铀镉复合污染土壤的大规模修复需求，有效改善土壤，具有较高的应用价值和较好的应用前景。进一步，本申请能够实现原位钝化，简单快捷，且修复后可继续利用，有效保证土壤的利用价值和农民的经济效益，减少因停耕修复所带来的经济损失。进一步，本申请请求保护前述修复方法的应用，尤其是将修复后的土壤上种植叶菜类蔬菜的应用。本申请能显著减少叶菜类蔬菜中铀、镉的含量，具有较高的实用价值。

Description

一种铀镉复合污染土壤钝化修复方法

技术领域

本发明涉及土壤修复领域，尤其是铀镉复合污染土壤领域，具体为一种铀镉复合污染土壤钝化修复方法。

背景技术

土壤是生态系统的重要组成部分，也是生物赖以生存的物质基础。然而，近半个世纪以来，由于工业废水、农业化肥肆意排放以及矿产资源的不断开发等人类活动，产生了大量含重金属的污染物，使环境受到严重污染。土壤重金属污染物种类和数量不断增加，严重破坏生态平衡，威胁人类健康。

环境中的重金属主要来源于人类活动，如开采矿山、冶炼、电镀以及制革行业的蓬勃发展，含镉农药化肥的大量使用等。由于重金属污染具有长期性、不可逆性、隐蔽性等特点，使得其造成的污染治理困难，且重金属可经作物吸收后，再由食物链进入人体，或被雨水冲刷后流入河流，污染饮用水；因此，重金属污染土壤的治理应引起足够的重视。进一步，重金属对土壤的污染，会导致粮食的大量减产，造成严重的经济损失。

本申请以铀、镉污染的农田土壤为对象，提供一种价格低廉、使用方便的土壤铀镉复合污染钝化修复方法。

发明内容

本发明的发明目的在于，提供一种铀镉复合污染土壤钝化修复方法，其实现了对镉铀复合污染土壤的有效修复，具有修复效果好的优点。同时，本申请以农业废弃物为原料，制备方法简单，操作方便，成本低廉，能够满足铀镉复合污染土壤的大规模修复需求，有效改善土壤，具有较高的应用价值和较好的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铀镉复合污染土壤钝化修复方法，包括如下步骤：

(1)生物炭制备

以农业废弃物为原料，将原料烘干粉碎后，在300～380℃下缺氧炭化1～3.5h后，冷却至室温，取出炭化物，磨碎，完成生物炭的制备；

(2)土壤修复

向待处理的土壤中加入步骤(1)制备的生物炭，并调节到土壤田间持水量至35～80％，保持10～100天，即可；

步骤(1)中，所述农业废弃物为玉米秸秆、药渣、牛粪、酒糟、甘蔗皮中的一种或多种；

以待处理的土壤干重计，步骤2添加的生物炭的质量为待处理的土壤干重的0.1～8％。

所述步骤1中，农业废物物为玉米秸秆或药渣。

所述步骤1中，缺氧炭化温度为340～360℃，缺氧炭化时间为1.5～2.5h。

所述步骤1中，缺氧炭化温度为350℃，缺氧炭化时间为2.0h。

所述步骤1中，将原料烘干粉碎后，置于马弗炉内缺氧炭化。

所述步骤2中，调节到土壤田间持水量至60～75％，保持40～50天。

所述步骤2中，调节到土壤田间持水量至70％，保持45天。

该方法在叶菜类蔬菜栽培土壤中的应用。

在前述铀镉复合污染土壤修复后，在土壤上种植叶菜类蔬菜。

针对前述问题，本申请提供一种铀镉复合污染土壤钝化修复方法。在前期的研究过程中，发明人进行了大量的筛选，最终确定以玉米秸秆、药渣、牛粪、酒糟、甘蔗皮为原料，通过两步法对铀镉复合污染土壤进行修复。实验结果表明，采用不同原料进行修复时，各钝化处理组土壤中可提取态的铀、镉含量均显著降低。同时，以玉米秸秆为原料进行修复时，其对铀的钝化效果最为显著，可提取态的铀去除率达到52.3％；以药渣为原料进行修复时，其对镉的钝化效果最为显著，可提取态的镉去除率达到47.6％。各组土壤pH值、有机质含量和阳离子交换容量均有所升高，各生物炭处理组土壤FDA水解酶活性和脱氢酶活性均显著高于对照组。根据Eco板中的孔平均颜色变化率(AWCD)值、多样性指数、碳源利用特征和主成分分析结果均表明：本申请显著提高了土壤微生物代谢活性和功能多样性，尤其是以玉米秸秆生物炭和甘蔗皮生物炭为原料进行铀镉复合污染土壤修复的效果最为显著；各处理组土壤微生物碳水化合物类碳源利用能力最高，胺类利用能力最低。除多聚物类外，本申请五个处理组的利用率均高于对照组。

进一步，本申请以农业废弃物为原料，对铀镉复合污染的土壤进行钝化修复，不仅实现了农业废弃物资源化利用，也为修复土壤重金属污染提供一种高效实用的技术，具有重要的现实意义。

进一步，本申请能够实现原位钝化，简单快捷，且修复后可继续利用，有效保证土壤的利用价值和农民的经济效益，减少因停耕修复所带来的经济损失。进一步，本申请请求保护前述修复方法的应用，尤其是将修复后的土壤上种植叶菜类蔬菜的应用。本申请能显著减少叶菜类蔬菜中铀、镉的含量，具有较高的实用价值。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为五种生物炭的SEM图。

图2为各处理对土壤铀、镉可提取态重金属的影响。

图3为各处理组中土壤酶活测定结果图。

图4为各处理组中土壤AWCD值变化图。

图5为不同处理对土壤微生物六类碳源的相对利用能力的影响。

图6为基于Biolog ECO数据不同生物炭处理组中土壤微生物碳代谢主成分分析。

图7为钝化处理对土壤可提取态铀、镉的影响。

图8为C处理组对白菜株高的影响。

图9为C处理组对白菜生物量的影响。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

(一)实施例测定

1材料与方法

1.1供试土壤

土壤取自西南科技大学校园实验田，挑拣出植物残体及石子后，阴凉处风干并磨碎过1mm筛。将一定量的CdCl₂与UO₂(CH₃COO)₂·H₂O溶解于去离子水溶液中，期间不断搅拌使之充分混匀，置于20℃培养箱继续老化一个月，待用。最终土壤中重金属浓度、有机质含量(OM)及阳离子交换量(CEC)见表1。

表1供试土壤的铀、镉含量及理化性质

pH	OM(g·kg<sup>-1</sup>)	CEC(cmol·kg<sup>-1</sup>)	镉(mg·kg<sup>-1</sup>)	铀(mg·kg<sup>-1</sup>)
					6.9	13	13.1	3.1	30.1

1.2生物炭的制备与表征

以玉米秸秆、药渣、牛粪、酒糟、甘蔗皮为原料，将原料烘干粉碎后，分别放入坩埚中；并将坩埚置于马弗炉内，350℃缺氧炭化2h；待马弗炉温度降至室温后，取出黑色残渣，磨碎，过100目筛，得到五种生物炭。用CHNS-O元素分析仪测定生物炭C、H、N元素的百分含量。

1.3铀、镉污染土壤的钝化处理

1.3.1土壤钝化处理

供试土壤风干粉碎后过20目筛，称取经预处理的供试土壤于盆中，每盆200g(以干重计)。设置6个处理，未添加生物炭的土壤作为对照(记为CK)，另外5个处理中分别加入五种生物炭。生物炭的添加量为土重的2％，充分混匀，并调节到土壤田间持水量的70％，同时每个处理设3个重复。在培养过程45d后采集样品，测定土壤样品可提取态铀、镉含量。

1.3.2土壤可提取态重金属测定

配置DTPA浸提液：称取1.967g DTPA溶于15.6mL三乙醇胺和少量水中；再将1.47gCaCl₂·2H₂O溶于水，一并转入1000mL容量瓶中，加水至约950mL，用6mol·L^-1HCl调节pH至7.30，最后用水定容。

浸提步骤：称取25g风干并过20目筛的土样，放入150mL硬质玻璃三角瓶中，加入50mL DTPA浸提剂，于室温下往复振荡，3000r·min^-1离心60min，再用ICP-MS测定上清液中铀、镉的含量。

1.4土壤酶活测定

FDA水解酶以无色的荧光素二乙酸为基质，采用比色法来测定其活性，结果以1h内1g土壤中荧光素的毫克数来表示。脱氢酶采用TTC法测定，结果以24h后1g土壤中TPF的毫克数来表示。每种土样的酶活测定均需要设置无基质对照，整个实验需做无土对照。

1.5 Biolog-ECO法研究土壤微生物群落功能多样性

称取10g土壤样品，加入90mL的0.85％(w/v)灭菌NaCl溶液中，150r·min^-1振荡30min，静置5min，吸取5mL上清液加入灭菌的0.85％(w/v)NaCl溶液中稀释10倍，混匀后再稀释10倍，最终稀释至1000倍。取稀释好的溶液接种Biolog Eco微平板，后将ECO板放至于30±1℃培养箱中，分别在0、24、48、72、96、120、144、168h时用GEN III Micro Station自动快速微生物鉴定仪测定590nm与750nm下吸光值。

(1)平均颜色变化率(AWCD)被用来表示微生物代谢强度，其计算公式为：

式中，R为对照孔(含水而非碳源)的吸光度，Ci为接种碳源孔的吸光度，当Ci-R<0时，AWCD的吸光度值为0。

(2)采用培养72h测得的吸光度计算各处理组中微生物群落的多样性指数，计算公式为：

Shannon指数(H)＝-∑PilnPi；

式中，Pi＝(Ci-R)/AWCD；

Simpson指数(D)＝1-∑(Pi)²；

1.6数据分析

采用Origin 9.0、SPSS 22.0等软件进行数据统计处理，其中所出现的图表数据都是3次重复的平均值±标准差(SE)，并采用单因素方差分析(One-way ANOVA)和最小显著差异法(LSD)比较不同数据的差异。

2结果与分析

2.1生物炭的理化性质

本申请采用玉米秸秆、药渣、牛粪、酒糟、甘蔗皮为原料，分别制备出五种不同的生物炭，生物炭的理化性质及元素组成如表2所示。五种生物炭的pH值均为碱性，且五种生物炭都具有较高OM值与CEC值；其中，甘蔗生物炭的OM值与CEC值最高，分别达到72.4g·kg^-1、135.5cmol·kg^-1。五种生物炭的元素组成分析结果可以看出，五种生物炭的C含量相似，而酒糟生物炭和甘蔗生物炭的N含量较高。(N+O)/C原子比表征物质的极性程度，玉米秸秆生物炭和甘蔗生物炭的(N+O)/C原子最高，即玉米秸秆生物炭和甘蔗生物炭的极性更强。

表2生物炭性质及元素组成

图1为五种生物炭的表面微观形貌(其中，图1a为玉米秸秆生物炭，图1b为药渣生物炭，图1c为牛粪生物炭，图1d为酒糟生物炭，图1e为甘蔗生物炭)，可以看出：玉米秸秆生物炭、酒糟生物炭和甘蔗生物炭表面形态相似，均为多孔结构，表面微孔密集地分布于炭层上，形成镂空形态，这就大增加了生物炭的比表面积。药渣生物炭主要为块状，牛粪生物炭为片层状，同时也存在多孔结构，但较其余三种不明显。

2.2本申请对土壤中重金属铀、镉含量的影响

如前所述，分别将制备的五种生物炭以土重的2％(均以干重计)，施加入供试土壤后，于第45d采集样品，测定土壤中可提取态铀、镉含量。

添加五种生物炭后，各处理土壤的钝化效果如图2所示(图2中，CK：未添加生物炭；SB1：添加玉米秸秆生物炭；SB2：添加药渣生物炭；SB3：添加牛粪生物炭；SB4：添加酒糟生物炭；SB5：添加甘蔗生物炭；下同)。相比于对照组，各处理土壤中可提取态的铀、镉含量均显著降低。对于铀的钝化，玉米秸秆生物炭的效果最为显著，可提取态的铀去除率达到52.3％(P<0.05)，但玉米秸秆生物炭对镉的钝化效率相比于其他生物炭处理组并非最高，可提取态的镉去除率为33.8％。对于镉的钝化，药渣生物炭的效果最为显著，可提取态的镉去除率达到47.6％，但药渣生物炭对铀的钝化效率相对其他生物炭处理组最低，可提取态的铀去除率仅为21.8％。

2.3本申请对土壤理化性质及酶活影响

进一步，发明人还考察了采用本申请45d后各处理土壤理化性质变化，如表3所示。

表3生物炭处理45d后各处理土壤理化性质的变化

钝化处理	pH	CEC(cmol·kg<sup>-1</sup>)	OM(g·kg<sup>-1</sup>)
				CK	6.98±0.08<sup>d</sup>	13.05±0.39<sup>e</sup>	12.46±0.6<sup>d</sup>
SB1	7.49±0.06<sup>b</sup>	25.18±0.48<sup>b</sup>	23.77±0.35<sup>a</sup>
				SB2	7.32±0.06<sup>c</sup>	24.43±0.43<sup>b</sup>	21.71±0.75<sup>b</sup>
SB3	7.64±0.04<sup>a</sup>	20.28±0.41<sup>c</sup>	17.23±0.66<sup>c</sup>
				SB4	7.59±0.05<sup>ab</sup>	18.04±0.28<sup>d</sup>	18.31±0.34<sup>c</sup>
SB5	7.41±0.07<sup>bc</sup>	27.76±0.39<sup>a</sup>	22.81±0.36<sup>ab</sup>

表3的结果显示，采用五种生物炭对土壤进行修复后，都会不同程度地增加土壤的pH值，且不同种类的生物炭对土壤pH值的影响有所差异。阳离子交换量用来估算土壤吸收、保留和交换阳离子的能力，高阳离子交换容量有利于重金属离子的固定。采用五种生物炭对土壤进行钝化处理后，各组土壤阳离子交换容量均有所升高，其中，SB₅处理组对土壤阳离子交换量的提高效果最为显著(P<0.05)。土壤有机质可以改良土壤结构，提高土壤肥力，为土壤微生物活动以及植物生长提供营养。结果显示，采用五种生物炭进行土壤修复后，土壤总有机质含量均有不同程度的升高，SB₁、SB₅处理组较其他处理组效果显著。

采用五种生物炭对土壤修复45d后，土壤酶活测定结果如图3所示。各处理组土壤FDA水解酶活性和脱氢酶活性均显著高于对照组(P<0.05)。其中，SB1、SB3处理组中土壤FDA水解酶活性最高，相对于对照组，其活性增加幅度达71.2％和63.3％(P<0.05)；SB1、SB5处理组中土壤脱氢酶活性最高，相对于对照组，其活性增加幅度达84.4％和97.9％。

2.4生物炭对土壤微生物群落结构的影响

不同处理组处理后土壤AWCD变化趋势如图4所示，各处理组随着培养时间的延长，AWCD值均呈增长趋势。在培养前期(24h内)，AWCD值增长缓慢，即微生物群落对碳源利用较低；24h后AWCD值显著增长，碳源逐渐被利用,微生物代谢活性增强；144h后AWCD值增长基本稳定。从整体看，各处理组土壤中微生物整体代谢活性随着时间的增加而增强。具体看来，与对照组相比，各处理组中土壤在培养过程中AWCD值差异显著，对照组中的AWCD值在培养24h后均显著低于其他处理((P<0.05)。可见，采用本申请显著增加土壤微生物代谢活性，尤其是添加玉米秸秆生物炭和甘蔗生物炭对土壤微生物代谢活性的提升效果最为显著。

Shannon、Simpson和McIntosh指数分别反映了土壤中微生物群落的物种丰富度、物种优势度和物种均一性。本申请利用这3种多样性指数，以各处理土壤培养72h时的数据，计算土壤微生物群落功能多样性。由表4可知，微生物的Shannon、Simpson、McIntosh多样性指数均呈现生物炭处理组显著高于对照组(P<0.05)，表明施入生物质炭能提升土壤微生物的多样性。五种生物炭对土壤微生物的多样性的提升效果也有差异，SB₁处理组Shannon指数与Simpson指数最高，较CK处理分别增加了9.6％、3.3％，SB₅处理组McIntosh指数最高，较CK处理分别增加了57.2％。

表4不同生物炭处理土壤微生物群落多样性

处理组	Shannon(H)	Simpson(D)	McIntosh(U)
				CK	2.6933±0.0101<sup>e</sup>	0.9128±0.0022<sup>e</sup>	1.6867±0.0181<sup>d</sup>
SB<sub>1</sub>	2.9527±0.004<sup>a</sup>	0.9428±0.0004<sup>a</sup>	2.4423±0.0189<sup>b</sup>
				SB<sub>2</sub>	2.7977±0.0029<sup>d</sup>	0.9303±0.0003<sup>c</sup>	2.3941±0.0442<sup>b</sup>
SB<sub>3</sub>	2.8131±0.0156<sup>d</sup>	0.9348±0.0007<sup>b</sup>	2.4024±0.0062<sup>b</sup>
				SB<sub>4</sub>	2.8463±0.0076<sup>c</sup>	0.9245±0.0006<sup>d</sup>	2.0635±0.0159<sup>c</sup>
SB<sub>5</sub>	2.8993±0.0046<sup>b</sup>	0.9347±0.0006<sup>b</sup>	2.6513±0.0232<sup>a</sup>

Biolog生态板上的三十一种碳源可分为六类碳源(根据结构与化学性质)：多聚物类、碳水化合物类、酚酸类、羧酸类、氨基酸类和胺类。图5表示培养72h时六大类碳源的相对利用能力进行分析，在6类碳源中，各处理组土壤微生物碳水化合物类碳源利用能力最高，胺类碳源利用能力最低。除多聚物类外，其余五类碳源的利用率数据生物炭处理组均高于对照组，说明添加生物炭有利于提高土壤微生物的碳源利用力。SB₁处理组土壤对碳水化合物类和氨基酸类碳源利用力最高；SB₂处理组土壤对羧酸类和胺类碳源利用力最高；SB₅处理组土壤对多聚物类和酚类碳源利用力最高。

本申请还对不同处理的土壤31类碳源的AWCD进行碳源利用主成分分析(PCA)，研究不同处理下土壤微生物的碳源利用能力的差异。PCA分析一共提取了5个主成分解释了数据的大约90.29％的差异，第1主成分(PC1)解释率为41.21％，第2主成分(PC2)的解释率为20.61％。对PC1和PC2进行分析，将不同处理在2个主成分上的得分值以PC1、PC2为横纵坐标作图(图6)。选取PC1和PC2分析不同生物炭处理下土壤微生物碳源利用情况，6种处理在PC轴上分布有明显差异，SB1、SB5位于第一象限，SB2、SB3、SB4位于第四象限，CK位于第二象限，与5种生物炭处理组距离较远。土壤微生物代谢中31种碳源在PC1和PC2上的载荷表明(表5)，对PC1贡献较大的碳源(特征向量大于0.6)主要有DD-纤维二糖、D-半乳糖醛酸、I-赤藓糖醇、L-天门冬酰胺、α-D-葡萄糖-1-磷酸、D-木糖、α-D-乳糖、D-甘露醇和N-乙酰-D-葡萄糖胺；对PC2贡献较大的碳源主要有β-甲基-D-葡萄糖苷、L-苏氨酸、衣康酸、吐温80、D-苹果酸、α-环式糊精和苯乙胺。

表5 31种碳源在PC1和PC2上的载荷值

3讨论

3.1本申请对重金属的作用

试验结果表明，本申请能不同程度提高土壤pH值，还能增强土壤透气性，促进养分转化，改良土壤物理结构，有利于解决农田土壤酸化、盐基离子流失加剧，从而造成的土壤逐渐贫瘩的问题；同时，本申请中制备的生物炭均有较大的阳离子交换量，有利于促进土壤中铀、镉离子的钝化；而本申请所制备的生物炭在修复铀镉复合污染土壤时，有利于钝化处理土壤总有机质含量的提高。进一步，在本申请中，五种处理能降低土壤铀、镉的可提取态含量；其中，玉米秸秆对于铀的钝化效果最为显著，药渣生物炭对镉的钝化效果最为显著。

3.2本申请对土壤微生态的影响机制

试验结果表明，各处理组修复的土壤中微生物的整体代谢活性、碳源利用特征、功能多样性均高于对照组，说明本申请改变了土壤微生物的代谢方式，缓解了重金属铀、镉对土壤微生物的代谢及功能多样性的影响，并提升功能多样性，尤其SB₁和SB₂处理组提升效果最显著。

同时，六大类碳源利用情况分析可知，本申请的修复方法改变了土壤微生物对不同碳源的利用能力。这可能是由于本申请减少了土壤中的重金属铀、镉，降低其生物毒性，保护壤微生物免受铀、镉的胁迫，因此，改变土壤中的微生物群落组成，新的优势菌群出现后改变了土壤微生物对碳源利用的偏嗜。进一步，本申请对微生物多样性的影响结果表明，本申请的五个处理均能增加土壤微生物群落多样性指数(Shannon指数、Simpson指数和Mclntosh指数)，这可能是由于本申请能为微生物提供了较多的能源和养分，加快微生物的新陈代谢，促进土壤微生物大量繁殖；或是，本申请改变了土壤中铀、镉的赋存状态，降低了其生物毒性，因此提高了土壤微生物的多样性。

综上，本申请提高了土壤微生物代谢活性和功能多样性均，尤其是玉米秸秆生物炭和甘蔗皮生物炭处理组提高效果最为显著。

(二)修复土壤的蔬菜实例验证

在此，选用筛选出的钝化效果较好的玉米秸秆为原料进行修复的处理组进行测试。

不同的植物形成特有的根系环境，所以对钝化剂的响应和重金属的转运可能也不同。对于不同分类的蔬菜其可食部分的重金属含量可能有较大的差异，理论上讲根茎类蔬菜可食部分富集重金属量最高，其次是叶菜类，瓜果和茄果类蔬菜重金属富集量最低。研究污染环境中生物炭对不同蔬菜根积累的影响，有利于钝化修复后当地作物种植的筛选，对作物的安全生产有重要的影响。

4材料与方法

4.1生物炭制备

将玉米秸秆烘干粉碎后，分别放入坩埚中；并将坩埚置于马弗炉内，350℃缺氧炭化2h；待马弗炉温度降至室温后，取出黑色残渣，磨碎，过100目筛，得到玉米秸秆生物炭，作为相应的钝化剂。

4.2土壤钝化处理

土壤模拟污染同1.1。最终土壤中重金属浓度、有机质含量(OM)及阳离子交换量(CEC)见表6。

每盆2.5kg供试土壤样品，设置2个处理，未添加钝化剂的土壤作为对照(CK)，另外1个处理中加入生物炭(C)。添加量为3％(以干重计)，充分混匀，同时每个处理设3个重复。置于温室中，温度控制在25±1℃，定期浇水保持土壤湿度，培养75d。

表6土壤的铀、镉含量及理化性质

pH	OM(g·kg<sup>-1</sup>)	CEC(cmol·kg<sup>-1</sup>)	Cd(mg·kg<sup>-1</sup>)	U(mg·kg<sup>-1</sup>)
					7.1	13.9	12.6	2.5	28.9

4.3钝化后土壤的盆栽试验

选取叶菜类的白菜(Brassica pekinensis)进行盆栽实验。用乙醇和30％的H₂O₂(1:1)混合液对蔬菜种子表面消毒20min，并用大量的无菌水洗涤。再播种育苗，待种子发芽2周后选择发育一致的幼苗，每盆种植3株，蔬菜暴露在自然光下，土壤定期灌溉。蔬菜成熟后收获，分别收获根和可食部分，去离子水洗净后干燥，用ICP-MS测定铀、镉含量(通常情况下，白菜的可食部分为其地上部分)。

4.4土壤酶活测定及铀、镉可提取态测定

添加钝化剂75d后测定土壤酶活和可提取态铀、镉含量。土壤FDA水解酶与脱氢酶测定同1.4；土壤可提取态铀、镉测定同1.3.2。

5结果与分析

5.1本申请对土壤可提取态铀、镉含量的影响

钝化剂(即玉米秸秆生物炭)以土重的3％(均以干重计)，施加入供试土壤后，于第75d采集样品，测定土壤中可提取态铀、镉含量，以未加钝化剂处理作为对照。处理土壤的钝化效果如图7所示。相比于对照组，钝化处理土壤中可提取态的铀、镉含量均显著降低。

5.2钝化后土壤的理化性质及酶活变化

本申请还考察75d后各处理土壤理化性质及酶活变化，如表7所示。结果显示，与对照组相比，生物炭处理组(C)中土壤pH值显著升高(P<0.05)。本申请中，与对照组比较，C处理组中阳离子交换量和有机质含量都显著提高。本申请能改变土壤FDA水解酶活性和脱氢酶活性，且C处理组中土壤FDA水解酶活性显著高于对照组(P<0.05)，相对于对照组，其活性增加幅度达35.1％(P<0.05)；C处理组中土壤脱氢酶活性均显著高于对照组，相对于对照组，其活性增加幅度达78.4％。

表7钝化75d后各处理组土壤理化性质的变化

5.3钝化处理后蔬菜的生长状况

株高是植物形态学指标之一，其变化可视为植物受土壤中重金属胁迫程度的直接反应，也是检验钝化剂对重金属的钝化效果的重要指标。图8显示了C处理组对白菜株高的影响。与对照组相比，C处理组能显著提高株高。

生物量检验植物生长状况的重要指标，也是植株受重金属胁迫程度的主要体现方式。图9显示了C处理组对白菜生物量的影响。钝化处理对植物的生物量都有一定的影响，与对照相比，C处理对白菜的生物量有显著提高(P<0.05)，相比于对照组其生物量分别增加了59.7％。这些结果与实验结束时观察到的植物的健康状况一致。在钝化剂处理之后，白菜显示出正常的发育，没有任何毒性症状。

5.4钝化处理后白菜中的铀、镉含量

我们通过盆栽试验，模拟了C处理组修复后的白菜对铀、镉的吸收情况，检验钝化剂的修复效果。

如表8所示，与对照组相比，C处理组中蔬菜的地上和根部的铀、镉含量都显著降低(P<0.05)。C处理组中，白菜可食部分铀含量降低了35.6％，根部铀含量降低了25.4％；白菜可食部分的镉含量降低了59.8％，根部的镉含量降低了31.9％。

表8C处理对白菜吸收铀、镉的影响

综上，为了验证本申请的效果，本申请选用玉米秸秆为原料，对铀镉复合污染土壤进行修复，并以白菜为实例，通过检测白菜中重金属的富集量，检验本申请的修复效果。

实验结果表明：与对照组相比，C处理组中阳离子交换量和有机质含量都显著提高，C处理组中土壤脱氢酶和FDA水解酶活性均显著高于对照组；且土壤后土壤中可提取态的铀、镉含量均显著降低，这可能是由于本申请改变了土壤中铀、镉的赋存化学形态，进而起到钝化铀和镉的目的；对白菜的盆栽试验研究表明，本申请能提高蔬菜的生物量和株高，降低蔬菜可食部分的铀、镉含量。同时，本申请采用原位钝化的方式，简便快捷，且修复后可持续利用。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种铀镉复合污染土壤钝化修复方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）生物炭制备

以农业废弃物为原料，将原料烘干粉碎后，在300~380℃下缺氧炭化1~3.5h后，冷却至室温，取出炭化物，磨碎，完成生物炭的制备；

（2）土壤修复

向待处理的土壤中加入步骤（1）制备的生物炭，并调节到土壤田间持水量至35~80%，保持10~100天，即可；

步骤（1）中，所述农业废弃物为玉米秸秆、药渣、牛粪、酒糟、甘蔗皮中的一种或多种；

以待处理的土壤干重计，步骤2添加的生物炭的质量为待处理的土壤干重的0.1~8%。

2.根据权利要求1所述铀镉复合污染土壤钝化修复方法，其特征在于，所述步骤1中，农业废物物为玉米秸秆或药渣。

3.根据权利要求1或2所述铀镉复合污染土壤钝化修复方法，其特征在于，所述步骤1中，缺氧炭化温度为340~360℃，缺氧炭化时间为1.5~2.5h。

4.根据权利要求3所述铀镉复合污染土壤钝化修复方法，其特征在于，所述步骤1中，缺氧炭化温度为350℃，缺氧炭化时间为2.0h。

5.根据权利要求1~4任一项所述铀镉复合污染土壤钝化修复方法，其特征在于，所述步骤1中，将原料烘干粉碎后，置于马弗炉内缺氧炭化。

6.根据权利要求1~5任一项所述铀镉复合污染土壤钝化修复方法，其特征在于，所述步骤2中，调节到土壤田间持水量至60~75%，保持40~50天。

7.根据权利要求6所述铀镉复合污染土壤钝化修复方法，其特征在于，所述步骤2中，调节到土壤田间持水量至70%，保持45天。

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