CN114405989A - 一种用于促进棉花吸镉的方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于促进棉花吸镉的方法及其应用，属于土壤修复技术领域。所述促进棉花吸镉的步骤包括：(1)将生物质炭与氯化钾复合，制成复合土壤改良剂；(2)将步骤(1)制得的复合土壤改良剂与镉污染土壤混合后种植棉花。本发明通过复合土壤改良剂中将镉污染土壤中非有效态镉转换成有效态镉，并持续稳定地释放；使棉花在生长过程中持续吸收有效态镉，达到更好的土壤改良效果。本发明提供的用于促进棉花吸镉的方法简便，原料廉价，效果突出，具有较强的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，特别涉及一种用于促进棉花吸镉的方法及其应用。
背景技术
土壤是人类赖以生存的根基，近年来，由于重工业的发展，不合理的污水灌溉以及肥料农药的使用，使得重金属进入了土壤，通过食物链的转移，对动植物造成了危害。
镉(Cd)污染作为重金属污染的典型之一，是全世界水体、土壤正在面临的重大环境污染问题。镉污染土壤不仅影响植物的生长发育，导致农作物产量受损，而且通过食物链严重威胁着人类的食品安全和生命健康。寻求经济、环保、高效的土壤镉污染治理方法已经成为农业环境领域中最重要的课题之一。
目前，可用于修复土壤镉污染的技术有很多，其中的植物修复技术，是一种既能实现净化目标又能产生良好的经济效应并具有开发价值的新技术，与传统的物理化学方面的现有技术相比，具有技术和经济上的双重优势，其费用低廉、不破坏环境、适用于大面积的污染土壤等优点，已经成为环境科学领域的研究与应用热点。
然而作为修复植物使用的重金属超富集植物因生物量小、生长缓慢，且受气候、土壤等因素影响，限制了其大规模的应用。因此，人们将目光转向生物量大、生长迅速、易于管理并且对重金属污染具有一定耐性的植物。
棉花作为重要的经济作物，具有种植难度低、生物量大、耐受性强等优点，且其吸收的镉不进入食物链故而环境风险较小。在镉污染的土壤上种植棉花，可以达到在不降低土壤利用价值情况下逐步消除土壤镉污染的目的。目前作为促进棉花吸收土壤中镉元素的有效手段，是在土壤中加入螯合剂，虽然螯合剂对植物修复能够起到促进效果，但人工合成螯合剂如EDTA不易降解，易造成二次污染；而易降解的螯合剂如NTA和生物源螯合剂EDDS，低浓度虽然对环境危害小，但效果不大，浓度高则会对植物造成毒害，影响植物生长；小分子有机酸虽然不会对植物造成毒害，但对植物修复的促进效果远弱于多羧基氨基酸及其衍生物类螯合剂。因此，寻找更加安全、高效地能够促进棉花吸收土壤中镉的方法是本领域目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于促进棉花吸镉的方法及其应用。通过在棉花播种前于土壤中掺入生物质炭与氯化钾的复合土壤改良剂，有效促进棉花在生长过程中对土壤中镉的吸收。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明技术方案之一：提供一种用于促进棉花吸镉的方法，包括以下步骤：
(1)将生物质炭与氯化钾复合，制成复合土壤改良剂；
(2)将步骤(1)制得的复合土壤改良剂与镉污染土壤混合后种植棉花。
优选地，步骤(1)中所述生物质炭为玉米秸秆生物质炭。
本发明选用玉米秸秆生物质炭作为复合土壤改良剂的原料，主要由于相较于其他以其他农业废物为原料制备的生物质炭，玉米秸秆生物质炭具有更高的吸附能力，能够更好地吸附镉污染土壤中各形态的镉，使其与复合土壤改良剂的氯离子接触，形成液相镉，增强土壤中镉的移动性和溶解性。
优选地，步骤(1)中所述复合土壤改良剂的具体制备步骤包括：将生物质炭与氯化钾水溶液混合，搅拌均匀后蒸干混合物中的水分，制得复合土壤改良剂。
更优选地，步骤(1)中所述生物质炭的粒径≤2mm；所述氯化钾水溶液的浓度为50～100g/L。
优选地，步骤(1)中所述生物质炭与氯化钾的质量比为10:(1～2)。
优选地，步骤(2)中所述复合土壤改良剂与所述镉污染土壤的质量比为(1～3):100。
本发明技术方案之二：提供一种上述用于促进棉花吸镉的方法在镉污染土壤生物修复中的应用。
本发明的有益技术效果如下：
本发明通过以生物质炭与氯化钾为原料，制成复合土壤改良剂，与镉污染土壤进行拌和后，复合土壤改良剂中的生物质炭能够有效吸附镉污染土壤中各形态的镉，吸附的非有效态镉(不易被植物根系吸收的镉)通过与氯离子进行络合，形成移动性和溶解性更强的有效态镉(容易被植物根系吸收的镉)。同时，由于生物质炭天然具备的缓释特性，可将生成的有效态镉稳定释放，使棉花在生长的全过程稳定地吸收土壤中的镉，达到更好的去除效果。
不仅如此，为避免棉花在生长过程吸收过多的镉对其生长造成影响，复合土壤改良剂中缓慢释放的钾元素能够很好的改善镉对棉花生长带来的不利影响(镉影响棉花生长主要在于影响棉花叶片中叶绿素的含量及棉花植株中各种酶的活性；而补充钾元素能够增强棉花植株中各种酶的活性，尤其是与叶绿素生物合成相关的酶)。
通过先将本发明制备的复合土壤改良剂与镉污染土壤拌和，再用于种植棉花，能够更加安全、高效地能够促进棉花吸收土壤中镉，达到镉污染土壤生物修复的目的。
本发明提供的用于促进棉花吸镉的方法简便，原料廉价，效果突出，具有较强的推广应用价值。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。
另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
镉污染土壤样品的制备：
(1)取农田土壤(采样深度为0～30cm)，自然风干，除去杂物后过2mm尼龙筛，备用；
(2)取硝酸镉(Cd(NO3)2)，加入上述过筛后的土壤中，加入量为20mg(Cd)/kg(干土)，混合后老化60天，制得镉污染土壤样品。
实施例2
玉米秸秆复合土壤改良剂的制备：
(1)将玉米秸秆生物质炭粉碎后过2mm尼龙筛，备用；
(2)将氯化钾配制成浓度为50g/L的溶液，加入氯化钾10倍质量的过筛后的玉米秸秆生物质炭，混合均匀后置于鼓风干燥箱中，105℃干燥至含水量低于5％，制得玉米秸秆复合土壤改良剂。
实施例3
玉米秸秆复合土壤改良剂的制备：
(1)将玉米秸秆生物质炭粉碎后过2mm尼龙筛，备用；
(2)将氯化钾配制成浓度为100g/L的溶液，加入氯化钾5倍质量的过筛后的玉米秸秆生物质炭，混合均匀后置于鼓风干燥箱中，105℃干燥至含水量低于5％，制得玉米秸秆复合土壤改良剂。
实施例4
花生壳复合土壤改良剂的制备：
(1)将花生壳生物质炭粉碎后过2mm尼龙筛，备用；
(2)将氯化钾配制成浓度为50g/L的溶液，加入氯化钾10倍质量的过筛后的花生壳生物质炭，混合均匀后置于鼓风干燥箱中，105℃干燥至含水量低于5％，制得花生壳复合土壤改良剂。
实施例5
小麦秸秆复合土壤改良剂的制备：
(1)将小麦秸秆生物质炭粉碎后过2mm尼龙筛，备用；
(2)将氯化钾配制成浓度为50g/L的溶液，加入氯化钾10倍质量的过筛后的小麦秸秆生物质炭，混合均匀后置于鼓风干燥箱中，105℃干燥至含水量低于5％，制得小麦秸秆复合土壤改良剂。
实施例6
玉米秸秆复合土壤改良剂的制备：
将与实施例2等质量的玉米秸秆生物质炭(粒径≤2mm)和粉末氯化钾(粒径≤100μm)混合均匀，得到玉米秸秆复合土壤改良剂。
实施例7
棉花吸镉试验：
(1)将实施例2～6制备的复合土壤改良剂分别与实施例1制备的镉污染土壤样品按照质量比1:100、2:100、3:100混合；
(2)分别用步骤(1)得到的各组土壤样品采用盆栽的方式种植棉花，各组种植过程中水、肥使用量相同，种植的品种为湘棉10号，以不掺土壤改良剂为对照组，在4月中旬播种，待11月初收花结束后，统计各组棉花植株的产量、地上和地下部分的生物量(见表1)，并测定各组植株根、茎、叶中Cd的含量，以及土壤中全Cd含量(见表2)。
表1各实验组棉花的产量、地上和地下部分的生物量
注：各实验组统计结果均为10株棉花的平均值(n＝10)，下表相同。
从表1中可以看出，实施例2的产量及生物量均高于实施例3-4，说明秸秆生物质炭相较于其他生物质炭，具有更好的效果；通过对比实施例2和实施例5的数据可以看出，氯化钾用量减少会影响棉花植株的产率和生物量；通过对比实施例2与实施例6的数据可以看出，与简单的混合相比，采用本发明的复合方法能够提高复合土壤改良剂的增产效果；通过对比复合土壤改良剂与镉污染土壤样品按照不同质量比混合的种植土壤的种植效果可以看出，复合土壤改良剂的用量增加，相应的产量及棉花植株的生物量也会得到提高，当复合土壤改良剂与镉污染土壤样品质量比提高至3:100时，产量及棉花植株的生物量增加量相较于质量比2:100略有增加。
表2各实验组棉花植株中根、茎、叶和土壤中Cd含量
注：Cd含量测定采用石墨炉原子吸收分光度光度法。
从表2中可以看出，棉花植株中Cd的分布情况为叶>根>茎；相较于混合制备的土壤改良剂(实施例6)，按照本发明的方法制备的土壤改良剂(实施例2)可以有效促进棉花植株对镉的吸收；相比于其他生物质炭(实施例3-4)，采用玉米秸秆生物质炭(实施例2)对棉花吸镉具有更强的促进作用；与不加入土壤改良剂(对照组)相比，加入本发明制备的土壤改良剂可以有效促进棉花对镉污染土壤中镉元素的吸收。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种用于促进棉花吸镉的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将生物质炭与氯化钾复合，制成复合土壤改良剂；
(2)将步骤(1)制得的复合土壤改良剂与镉污染土壤混合后种植棉花。
2.根据权利要求1所述的用于促进棉花吸镉的方法，其特征在于，步骤(1)中所述生物质炭为玉米秸秆生物质炭。
3.根据权利要求1所述的用于促进棉花吸镉的方法，其特征在于，步骤(1)中所述复合土壤改良剂的具体制备步骤包括：将生物质炭与氯化钾水溶液混合，搅拌均匀后蒸干混合物中的水分，制得复合土壤改良剂。
4.根据权利要求3所述的用于促进棉花吸镉的方法，其特征在于，步骤(1)中所述生物质炭的粒径≤2mm；所述氯化钾水溶液的浓度为50～100g/L。
5.根据权利要求1所述的用于促进棉花吸镉的方法，其特征在于，步骤(1)中所述生物质炭与氯化钾的质量比为10:(1～2)。
6.根据权利要求1所述的用于促进棉花吸镉的方法，其特征在于，步骤(2)中所述复合土壤改良剂与所述镉污染土壤的质量比为(1～3):100。
7.权利要求1～6任一项所述用于促进棉花吸镉的方法在镉污染土壤生物修复中的应用。
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