CN112207122A

CN112207122A - 一种修复石灰性土壤重金属污染的方法

Info

Publication number: CN112207122A
Application number: CN202011011271.9A
Authority: CN
Inventors: 许学慧; 红梅; 刘海云; 苗雪梅; 兰亭
Original assignee: Inner Mongolia Agricultural University
Current assignee: Inner Mongolia Agricultural University
Priority date: 2020-09-23
Filing date: 2020-09-23
Publication date: 2021-01-12

Abstract

本发明提供了一种修复石灰性土壤重金属污染的方法，涉及土壤重金属污染防治技术领域。本发明将活化剂加入到重金属污染石灰性土壤的表层，静置稳定，所述活化剂为EDTA、氯化铁、柠檬酸或草酸；在所述稳定后的石灰性土壤表层中播种植物。石灰性土壤中重金属多以碳酸盐结合态的形态存在，生物有效性较低，本发明以EDTA、氯化铁、柠檬酸或草酸作为活化剂，对重金属污染石灰性土壤进行活化，能够有效地提高重金属在石灰性土壤中的有效态含量，从而提高植物对土壤中重金属的吸收富集效率。本发明采用活化剂强化植物修复石灰性土壤重金属污染的方法，能够高效地去除石灰性土壤中的重金属含量，如Cd和/或Pb。

Description

一种修复石灰性土壤重金属污染的方法

技术领域

本发明涉及土壤重金属污染防治技术领域，特别涉及一种修复石灰性土壤重金属污染的方法。

背景技术

工业“三废”、化肥施用、生活垃圾和医疗垃圾等是导致土壤重金属污染的主要来源。而重金属会转化为金属有机化合物，产生更大的毒性，在土壤中被植物吸取后随食物链富集，累积在人体，严重威胁人类身体健康。因此，加强重金属污染土壤的修复研究对保障食品安全和实现农业可持续发展具有极其重要意义。

目前，重金属污染土壤的修复技术主要有物理修复法、化学修复法和植物修复法。其中，植物修复具有成本低、不破坏土壤和河流生态环境、不产生二次污染等优点，在重金属污染土壤的修复和治理中得到越来越多的应用，已成为一种极具发展潜力的绿色土壤修复技术。

相较于其他土壤，石灰性土壤中重金属大多以碳酸盐或碱式碳酸盐作为稳定形态存在，生物有效性较低，在采用植物修复技术进行污染治理时植物对土壤中重金属的吸收富集效率低。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种修复石灰性土壤重金属污染的方法。本发明提供的方法能够提高植物对石灰性土壤中重金属的吸收富集效率。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种修复石灰性土壤重金属污染的方法，包括以下步骤：

将活化剂加入到重金属污染石灰性土壤的表层，静置稳定，所述活化剂为EDTA、氯化铁、柠檬酸或草酸；在所述稳定后的石灰性土壤表层中播种植物。

优选地，所述重金属污染包括Cd和/或Pb污染。

优选地，所述重金属污染的石灰性土壤的pH值为7.5～8.5。

优选地，所述表层为深0～20cm范围内的石灰性土壤表层。

优选地，以土壤干重计，所述活化剂在每千克重金属污染石灰性土壤中的加入量为1.0～5.0mmol。

优选地，所述静置的时间为1～3天。

优选地，所述植物包括黄大豆、莴苣、小白菜和油菜中的一种或几种。

优选地，播种植物后，重金属污染石灰性土壤的水分含量保持在饱和持水量的45～60wt％。

本发明提供了一种修复石灰性土壤重金属污染的方法，包括以下步骤：将活化剂原位加入到重金属污染石灰性土壤的表层，静置稳定，所述活化剂为EDTA、氯化铁、柠檬酸或草酸；在所述稳定后的石灰性土壤表层中播种植物。本发明以EDTA、氯化铁、柠檬酸或草酸作为活化剂，对重金属污染的石灰性土壤进行活化，有效地提高了重金属在石灰性土壤中的有效态含量(土壤中重金属从可还原态、可氧化态和残渣态转化为可溶解态)，从而提高了植物对土壤中重金属的吸收富集效率，具体地，所述柠檬酸通过络合作用以及向土壤中输入的H⁺有效地改变石灰性土壤中重金属生物有效性及形态；所述EDTA与弱碱性土壤溶液中的重金属离子发生螯合作用，形成水溶性的金属-螯合剂络合物，改变重金属在石灰性土壤中的赋存形态，从而活化土壤中的重金属，为植物吸收创造条件；所述草酸通过向土壤中输入H⁺有效地改变石灰性土壤中重金属形态，并与土壤中重金属离子形成可溶性络合物来促进金属离子对土壤颗粒的吸附作用，从而增强金属离子的活性和移动性；所述三氯化铁发生水解会生成氢氧化铁并释放出H⁺可以改变石灰性土壤中重金属形态及生物有效性。本发明采用活化剂强化植物修复石灰性土壤重金属污染的方法，能够高效地去除石灰性土壤中的重金属含量，如Cd和/或Pb。实施例结果表明，种植黄大豆，以EDTA为活化剂，加入量为1mmol/kg(干土)的情况下，石灰性土壤中Cd的去除率达到56.34％，Pb的去除率达到38.85％；以草酸为活化剂，加入量为3mmol/kg(干重)的情况下，石灰性土壤中Cd的去除率达到55.85％，Pb的去除率达到43.97％；以氯化铁为活化剂，加入量为1mmol/kg(干土)的情况下，石灰性土壤中Cd的去除率达到33.44％，Pb的去除率达到36.05％；以柠檬酸为活化剂，加入量为5mmol/kg(干重)的情况下，石灰性土壤中Cd的去除率达到35.16％，Pb的去除率达到43.97％。

具体实施方式

本发明将活化剂加入到重金属污染石灰性土壤的表层，静置稳定，所述活化剂为EDTA、氯化铁、柠檬酸或草酸。相较于其他土壤，石灰性土壤中的重金属形态多为碳酸盐或碱式碳酸盐结合态存在，生物有效性较低。本发明对所述石灰性土壤没有特别的要求，本发明提供的方法适用于任意本领域技术人员熟知的石灰性土壤。石灰性土壤普遍存在于我国北方和西北地区，尤其以内蒙古中西部地区分布较为广泛，因此本发明在实施例中采集内蒙古中部地区的石灰性土壤样品进行重金属污染修复效果的研究，具有较高的代表性。在本发明中，所述重金属污染石灰性土壤的pH值优选为7.5～8.5；所述重金属污染优选包括Cd和/或Pb污染。

在本发明中，所述表层层优选为深0～20cm范围内的石灰性土壤表层。在加入活化剂前，本发明还优选在重金属污染石灰性土壤的表层中施加磷酸二氢钾和尿素，使土壤中氮、磷、钾的含量分别为90～100mg/kg、70～80mg/kg和90～100mg/kg，为植物生长提供营养元素。在本发明中，所述活化剂为EDTA、氯化铁、柠檬酸或草酸；本发明对所述活化剂的来源没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明实施例中，所述活化剂优选以水溶液的形式加入，本发明对所述水溶液的具体浓度没有特别的要求，能够将活化剂固体充分溶解即可。在本发明中，以土壤干重计，所述活化剂在每千克重金属污染石灰性土壤中的加入量优选为1.0～5.0mmol，进一步地，当所述活化剂为EDTA时，加入量更优选为1mmol/kg；当所述活化剂为草酸时，加入量更优选为3mmol/kg；当所述活化剂为氯化铁时，加入量更优选为1mmol/kg；当所述活化剂为柠檬酸时，加入量更优选为5mmol/kg。本发明对所述混合的方法没有特别的要求，能够将所述活化剂在重金属污染石灰性土壤的表层中混合均匀即可。在本发明中，所述静置的时间优选为1～3天，本发明通过所述静置进行稳定，使活化剂分布均匀并与重金属污染土壤充分反应，更好地作用于植物。

所述静置稳定后，本发明在稳定后的石灰性土壤表层中播种植物。在本发明中，所述植物优选包括黄大豆、莴苣、小白菜和油菜中的一种或几种，更优选为黄大豆；黄大豆种子易得，成活容易，且黄大豆对土壤中重金属具有一定的吸收累积能力。本发明对所述播种的方法没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的播种方法即可，在本发明中，所述播种时种间不宜太密，出苗后优选通过间苗使株距保持在3～5cm之间。播种植物后，所述重金属石灰性土壤的水分含量优选保持在饱和持水量的45～60wt％，保证植物正常生长；所述水分含量优选通过浇灌来达到。植物修复法主要是利用植物对土壤中有效态重金属的吸收富集达到去除重金属的目的，但是在石灰性土壤中重金属多以碳酸盐或碱式碳酸盐结合态作为稳定形态存在，生物有效性较低，本发明以EDTA、氯化铁、柠檬酸或草酸作为活化剂，在重金属污染的石灰性土壤进行添加，能够能有效地提高重金属在石灰性土壤中的有效态含量(土壤中重金属从可还原态、可氧化态和残渣态转化为可溶解态)，提高植物对土壤中重金属的吸收富集效率。本发明采用活化剂强化植物修复石灰性土壤重金属污染的方法，能够高效地去除石灰性土壤中重金属含量，如Cd和/或Pb。

下面结合实施例对本发明提供的修复石灰性土壤重金属污染的方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

石灰性土壤取样：

表层土壤样品(0～20cm)于2019年3月采自内蒙古农业大学实验基地，pH值为7.5～8.5，土壤风干，向土壤中加入2mg/kg Cd(CdCl₂)，500mg/kg Pb(Pb(NO₃)₂)，保持土壤含水率20～30％，室温下老化污染土壤一个月，作为重金属污染石灰性土壤模型。

盆栽实验：

实验采用普通塑料花盆，每盆装1500g上述污染土壤，浇灌蒸馏水使土壤含水量达到田间饱和持水量的20％～30％，施入基肥磷酸二氢钾和尿素，随后向盆中分别加入活化剂EDTA水溶液，EDTA在土壤中加入量分别为1.0、3.0和5.0mmol/kg(干土重)，同时以不加活化剂的污染土壤作为对照组，一共4处理组，每个处理组设3个平行，稳定一天后分别进行播种。

黄大豆购置于内蒙古农牧业科学研究院，挑选大小均一的种子用10％H₂O₂溶液进行灭菌处理后，在去离子水浸泡4～6小时，然后进行播种。每盆播种10粒种子，实验在控制环境的生长室中进行，植物均随机摆放并每三天更换一次位置，白天光照14h，温度25℃，夜间黑暗10h，温度20℃，相对湿度60～70％，Osram日光灯供应光照250μmol m^-2s^-1。植物生长期间用称重法浇灌蒸馏水，保证土壤湿度保持在田间持水量的60％左右。植物生长45天后收获。

实验后样品处理：

实验后土壤样品取植物根系周壤，风干，过100目筛，装入自封袋，做好标记，备用；实验后植物样品用自来水充分冲洗，直到去除粘附于植物样品上的泥土，然后再用去离子水冲洗2～3次，沥去水分，将植物样品分剪为地上部和地下部，分别放入冻干机于-50℃下冻干，粉碎成沫，密封冷藏保存，备用。

重金属含量测定：

取实验后处理的备用植物样品、土壤样品，二者均采用浓硝酸法用微波消解仪进行消解，土壤中Cd、Pb的各形态含量采用BCR提取法进行分离测定，残渣态的Cd、Pb采用浓硝酸法用微波消解仪消解，将处理完样品分别过滤、稀释，最后统一用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定含量。

经测定，EDTA在石灰性土壤中加入量为1mmol/kg时，黄大豆对于土壤中Cd、Pb的吸收富集率最高，黄大豆对Cd的去除率为56.34％，对Pb的去除率为38.85％。处理前后石灰性土壤中重金属形态变化如表1所示。

表1加入1mmol/kgEDTA石灰性土壤和植物中重金属的变化

实施例2

将实施例1中的活化剂EDTA替换为活化剂草酸，草酸加入量分别为1.0、3.0和5.0mmol/kg(干土重)，其余同实施例1相同。

经测定，草酸在石灰性土壤中加入量为3mmol/kg时，黄大豆对于土壤中Cd、Pb的吸收富集率最高，黄大豆对Cd的去除率达到55.85％，Pb的去除率达到43.97％。处理前后石灰性土壤中重金属形态变化如表2所示。

表2加入3mmol/kg草酸石灰性土壤和植物中重金属的变化

实施例3

将实施例1中的活化剂EDTA替换为活化剂氯化铁，氯化铁加入量分别为1.0、3.0和5.0mmol/kg(干土重)，其余同实施例1相同。

经测定，氯化铁在石灰性土壤中加入量为1mmol/kg时，黄大豆对于土壤中Cd、Pb的吸收富集率最高，黄大豆对Cd的去除率达到33.44％，Pb的去除率达到36.05％。处理前后土壤中重金属形态变化如表3所示。

表3加入1mmol/kg氯化铁石灰性土壤和植物中重金属的变化

实施例4

将实施例1中的活化剂EDTA替换为活化剂柠檬酸，柠檬酸加入量分别为1.0、3.0和5.0mmol/kg(干土重)，其余同实施例1相同。

经测定，柠檬酸在石灰性土壤中加入量为5mmol/kg时，黄大豆对于土壤中Cd、Pb的吸收富集率最高，黄大豆对Cd的去除率达到35.16％，Pb的去除率达到43.97％。处理前后土壤中重金属形态变化如表4所示。

表4加入5mmol/kg柠檬酸石灰性土壤和植物中重金属的变化

由以上实施例可以看出，本发明以EDTA、草酸、氯化铁或柠檬酸作为活化剂，在重金属污染的石灰性土壤进行添加，能够能有效地提高重金属在石灰性土壤中的有效态含量，提高植物对土壤中重金属的吸收富集效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种修复石灰性土壤重金属污染的方法，包括以下步骤：

将活化剂加入到重金属污染石灰性土壤的表层，静置稳定，所述活化剂为EDTA、氯化铁、柠檬酸或草酸；

在所述稳定后的石灰性土壤表层中播种植物。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重金属污染包括Cd和/或Pb污染。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重金属污染石灰性土壤的pH值为7.5～8.5。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表层为深0～20cm范围内的石灰性土壤表层。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以土壤干重计，所述活化剂在每千克重金属污染石灰性土壤中的加入量为1.0～5.0mmol。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述静置的时间为1～3天。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述植物包括黄大豆、莴苣、小白菜和油菜中的一种或几种。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，播种植物后，重金属污染石灰性土壤的水分含量保持在饱和持水量的45～60wt％。