CN111330970A - 一种降低农用地重金属复合污染土壤生物有效性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低农用地重金属复合污染土壤生物有效性的方法，包括如下步骤：(1)制备生物炭；(2)制备生物炭混合菌液；(3)制备重金属污染处理剂：向生物炭混合菌液中加入羧甲基淀粉和海藻酸钠，混合均匀后滴加到氯化钙溶液中，固化得到生物炭混合菌球；将生物炭混合菌球与贝壳粉、蛭石、鸡粪、石灰、硫酸亚铁、五水硫酸铜混合，得到重金属污染处理剂；(4)农作物种植前对土地进行翻耕，并施加重金属污染处理剂。使用本发明方法对复合污染土壤进行处理，可有效降低铅、镉、汞、砷、铬的生物有效性。
Description
技术领域
本发明涉及重金属污染修复技术领域，更具体的说是涉及一种降低农用地重金属复合污染土壤生物有效性的方法。
背景技术
重金属污染是指由重金属或其化合物造成的环境污染，由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属超标制品等人为因素所致。
我国大约有16％的土壤(其中农业土壤占19％)受到了不同程度的污染，重金属污染占所有污染类型的82.4％，其中铅、镉、汞、砷、铬污染较为严重。
重金属污染会在土壤中长期滞留，并且可经植物富集；因此，农用地重金属含量超标会导致所生产农产品重金属含量超标，进而影响食品安全。
目前对于重金属污染的治理主要包括重金属富集植物的栽种和土壤修复剂的施用。然而，栽种重金属富集植物所富集的重金属含量有限，修复周期长，短时间内无法实现土地的农用价值，并且重金属富集植物需要进行进一步处理；而现有土壤修复剂通常仅对一种或两种重金属有效，对于多种重金属复合污染土壤修复效果较差；若同时使用多种土壤修复剂进行铅、镉、汞、砷、铬复合污染土壤的治理还可能会造成土壤板结，进而影响农作物生长。
因此，如何降低农用地重金属复合污染土壤生物有效性是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种降低农用地重金属复合污染土壤生物有效性的方法，使用重金属污染处理剂在种植农作物之前对农用地进行处理，有效降低农产品的重金属含量，保证食品安全。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种降低农用地重金属复合污染土壤生物有效性的方法，包括如下步骤：
(1)制备生物炭：
将茶籽壳、桉木屑、柚子皮、棉杆烘干粉碎，混合后于400-600℃无氧热处理2-3h，冷却得到生物炭；
(2)制备生物炭混合菌液：
将解淀粉芽孢杆菌菌悬液、产碱假单胞菌菌悬液与植物乳杆菌菌悬液混匀，得到混合菌液；向混合菌液中加入生物炭，28-30℃培养24-48h，制得生物炭混合菌液；
(3)制备重金属污染处理剂：
向生物炭混合菌液中加入羧甲基淀粉和海藻酸钠，混合均匀后滴加到氯化钙溶液中，固化得到生物炭混合菌球；
将生物炭混合菌球与贝壳粉、蛭石、鸡粪、石灰、硫酸亚铁、五水硫酸铜混合，得到重金属污染处理剂；
(4)农作物种植前对土地进行翻耕，并施加重金属污染处理剂。
使用茶籽壳、桉木屑、柚子皮、棉杆制备生物炭，对于铅、镉、汞、砷、铬钝化效果好。使用生物炭吸附混合菌液中的微生物，并制成生物炭混合菌球，可保证重金属钝化的长期持续效果，避免重金属污染修复效果随农作物生长过程逐渐减弱。混合菌液中三种微生物相互协同，增强重金属污染处理效率。生物炭混合菌液通过羧甲基淀粉、海藻酸钠及氯化钙形成的骨架固化成球，避免微生物的流失，并且增强对重金属钝化的长期稳定性。生物炭混合菌球与贝壳粉、蛭石、鸡粪、石灰、硫酸亚铁、五水硫酸铜混合，用于种植前土壤处理，既保证了重金属的短期快速钝化，又提高了钝化的长期稳定性，且对于铅、镉、汞、砷、铬均具有良好的钝化效果；此外还较好地改善了土壤状态，包括土壤疏松程度、土壤持水力以及土壤中营养成分。
优选地，步骤(1)中茶籽壳、桉木屑、柚子皮、棉杆于60-80℃烘干，粉碎至过120目筛；
茶籽壳、桉木屑、柚子皮、棉杆混合重量比为(4-5)∶(2-3)∶(2-3)∶(1-2)。
优选地，步骤(2)混合菌液中解淀粉芽孢杆菌、产碱假单胞菌与植物乳杆菌菌的活菌量均为1×108-1×1010CFU/mL。
优选地，步骤(2)中生物炭用量为10-15g/100mL混合菌液。
优选地，步骤(3)中羧甲基淀粉用量为3-4g/100mL生物炭混合菌液；
海藻酸钠用量为5-6g/100mL生物炭混合菌液；
氯化钙溶液质量浓度为6-7.5％。
优选地，步骤(3)中生物炭混合菌球与贝壳粉、蛭石、鸡粪、石灰、硫酸亚铁、五水硫酸铜的重量比为(500-400)∶(60-80)∶(60-80)∶(60-80)∶(15-25)∶(8-15)∶(8-15)。
优选地，步骤(4)中重金属污染处理剂用量为400-800kg/亩。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明方法在农作物种植前施加重金属污染处理剂进行重金属污染修复，节约了土壤修复的时间成本。重金属污染处理剂的施加保证了植物生长过程中土壤重金属的稳定状态，进而有效降低重金属的生物有效性。
具体实施方式
下面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做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。
实施例1 重金属污染处理剂的制备
(1)制备生物炭
将茶籽壳、桉木屑、柚子皮、棉杆于60-80℃烘干，粉碎至过120目筛；按茶籽壳∶桉木屑∶柚子皮∶棉杆重量比为5∶2∶2∶1混合均匀后于500℃无氧热处理2.5h，冷却得到生物炭。
(2)制备生物炭混合菌液
将市售解淀粉芽孢杆菌(ATCC23842)、市售产碱假单胞菌(ATCC14909)与市售植物乳杆菌(ATCC14917)分别进行液体培养，收集菌体，无菌水重悬分别制成活菌数约1×1010CFU/mL的菌悬液。
将解淀粉芽孢杆菌菌悬液、产碱假单胞菌菌悬液与植物乳杆菌菌悬液等体积混匀，得到混合菌液。
按照10g/100mL比例将生物炭加入混合菌液中，28℃110rpm培养30h，制得生物炭混合菌液。
(3)制备重金属污染处理剂
每100mL生物炭混合菌液中加入3g羧甲基淀粉和6g海藻酸钠，混合均匀后滴加到质量浓度为6.5％的氯化钙溶液中，固化6h后滤除氯化钙溶液得到生物炭混合菌球。
将贝壳粉、蛭石、鸡粪、石灰、硫酸亚铁、五水硫酸铜按照7∶7∶7∶2∶1∶1重量比混合；再将上述混合物料2倍重量的生物炭混合菌球混入其中，得到重金属污染处理剂。
贝壳粉、蛭石、鸡粪、石灰粒度60-120目。各原料合适的粒度可调节使用时土壤疏松度，保证透气性的同时有效维持水肥平衡。
实施例2
于铅、镉、汞、砷、铬复合污染土壤种植番茄，种植前15天对地表30cm土壤进行翻耕，并施加实施例1重金属污染处理剂，用量约为0.6kg/m2；随后移栽番茄苗，正常管理。并且设置未进行重金属修复的对照组1以及如下对照组2。
对照组2按照10g/100mL比例将生物炭加入解淀粉芽孢杆菌菌悬液(3×109CFU/mL)中，制备生物炭菌液，并按照实施例1方法制成生物炭菌球，制得的生物炭菌球按照0.2kg/m2施入翻耕的土壤中。
待果实成熟后随机选择20株进行采摘，各组番茄果实分别按照GB5009.12、GB5009.15、GB5009.17、GB5009.11、GB5009.123规定的方法进行铅、镉、汞、砷、铬含量检测，实验结果如表1(均值)。采摘同时观察实验组土壤状态，未出现板结。
表1
| 组别 | 实验组 | 对照组1 | 对照组2 |
| 铅含量(mg/kg) | 0.038 | 0.399 | 0.206 |
| 镉含量(mg/kg) | 0.023 | 0.481 | 0.345 |
| 汞含量(mg/kg) | 0.002 | 0.033 | 0.017 |
| 砷含量(mg/kg) | 0.224 | 0.915 | 0.628 |
| 铬含量(mg/kg) | 0.097 | 1.267 | 0.833 |
实施例3
于铅、镉、汞、砷、铬复合污染土壤种植大豆，种植前15天对地表30cm土壤进行翻耕，并施加实施例1重金属污染处理剂，用量约为1kg/m2；随后播种，正常管理；并且设置未进行重金属修复的对照组。
待大豆成熟后随机选择20株进行采摘，各组大豆果实分别按照GB5009.12、GB5009.15、GB5009.17、GB5009.11、GB5009.123规定的方法进行铅、镉、汞、砷、铬含量检测，实验结果如表2(均值)。采摘同时观察实验组土壤状态，未出现板结。
表2
| 组别 | 实验组 | 对照组1 | 对照组2 |
| 铅含量(mg/kg) | 0.053 | 0.516 | 0.375 |
| 镉含量(mg/kg) | 0.045 | 0.780 | 0.642 |
| 汞含量(mg/kg) | 0.005 | 0.049 | 0.031 |
| 砷含量(mg/kg) | 0.396 | 1.112 | 0.587 |
| 铬含量(mg/kg) | 0.184 | 2.614 | 1.989 |
实施例4
于铅、镉、汞、砷、铬复合污染土壤种植油菜，种植前2天对地表30cm土壤进行翻耕，并施加实施例1重金属污染处理剂，用量约为1.2kg/m2；随后播种，正常管理；并且设置未进行重金属修复的对照组。
待油菜成熟后随机选择20株进行采摘，各组油菜叶片分别按照GB5009.12、GB5009.15、GB5009.17、GB5009.11、GB5009.123规定的方法进行铅、镉、汞、砷、铬含量检测，实验结果如表3(均值)。采摘同时观察实验组土壤状态，未出现板结。
表3
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对上述实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种降低农用地重金属复合污染土壤生物有效性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备生物炭：
将茶籽壳、桉木屑、柚子皮、棉杆烘干粉碎，混合后于400-600℃无氧热处理2-3h，冷却得到生物炭；
(2)制备生物炭混合菌液：
将解淀粉芽孢杆菌菌悬液、产碱假单胞菌菌悬液与植物乳杆菌菌悬液混匀，得到混合菌液；向混合菌液中加入生物炭，28-30℃培养24-48h，制得生物炭混合菌液；
(3)制备重金属污染处理剂：
向生物炭混合菌液中加入羧甲基淀粉和海藻酸钠，混合均匀后滴加到氯化钙溶液中，固化得到生物炭混合菌球；
将生物炭混合菌球与贝壳粉、蛭石、鸡粪、石灰、硫酸亚铁、五水硫酸铜混合，得到重金属污染处理剂；
(4)农作物种植前对土地进行翻耕，并施加重金属污染处理剂。
2.根据权利要求1所述的一种降低农用地重金属复合污染土壤生物有效性的方法，其特征在于，
步骤(1)中茶籽壳、桉木屑、柚子皮、棉杆于60-80℃烘干，粉碎至过120目筛；
茶籽壳、桉木屑、柚子皮、棉杆混合重量比为(4-5)∶(2-3)∶(2-3)∶(1-2)。
3.根据权利要求1所述的一种降低农用地重金属复合污染土壤生物有效性的方法，其特征在于，
步骤(2)混合菌液中解淀粉芽孢杆菌、产碱假单胞菌与植物乳杆菌菌的活菌量均为1×108-1×1010CFU/mL。
4.根据权利要求1所述的一种降低农用地重金属复合污染土壤生物有效性的方法，其特征在于，
步骤(2)中生物炭用量为10-15g/100mL混合菌液。
5.根据权利要求1所述的一种降低农用地重金属复合污染土壤生物有效性的方法，其特征在于，
步骤(3)中羧甲基淀粉用量为3-4g/100mL生物炭混合菌液；
海藻酸钠用量为5-6g/100mL生物炭混合菌液；
氯化钙溶液质量浓度为6-7.5％。
6.根据权利要求1所述的一种降低农用地重金属复合污染土壤生物有效性的方法，其特征在于，
步骤(3)中生物炭混合菌球与贝壳粉、蛭石、鸡粪、石灰、硫酸亚铁、五水硫酸铜的重量比为(500-400)∶(60-80)∶(60-80)∶(60-80)∶(15-25)∶(8-15)∶(8-15)。
7.根据权利要求1所述的一种降低农用地重金属复合污染土壤生物有效性的方法，其特征在于，
步骤(4)中重金属污染处理剂用量为400-800kg/亩。
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