專利名稱：一種修復(fù)重金屬污染土壤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污染環(huán)境修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及ー種利用エ農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物和生物表面活性劑強(qiáng)化修復(fù)重金屬污染土壌的方法。
背景技術(shù)：
重金屬污染來源廣泛，污染性強(qiáng)且難以控制。進(jìn)入土壌中的重金屬不能被微生物分解且在土壤中長期積累，有些被農(nóng)作物吸收后最終通過食物鏈作用進(jìn)入人體，存在一定的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。目前，我國受鎘、砷、鉛等重金屬污染的耕地面積近千萬公頃，約占總耕地面積的1/5。每年唄重金屬污染的糧食多達(dá)千萬噸，進(jìn)而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)我們重金屬污染土壌進(jìn)行控制和治理是環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域里亟待解決的重要問題之一。植物修復(fù)技術(shù)是ー種綠色修復(fù)技木，具有投資低，操作簡單，無二次污染，可用于大面積的污染治理等優(yōu)點(diǎn)。但是，土壤養(yǎng)分、氣候、溫度和污染物生物有效性低等各種原因， 以及超積累植物生物量普遍較低，生長緩慢，植物修復(fù)效率有限，因此，需要在植物修復(fù)基礎(chǔ)上，采取ー些強(qiáng)化措施來提高其效率。エ農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物的種類很多，養(yǎng)殖業(yè)的有機(jī)廢棄物主要是雞糞、豬糞、牛糞等畜禽排泄物；造紙業(yè)主要是樹皮，蘆葦末和廢紙漿；種植業(yè)主要稻殼、菇渣、玉米芯、秸稈和棉籽殼等。隨著生產(chǎn)水平的提高，我國目前各種エ農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物排放量逐漸增加，給環(huán)境帶來了直接和間接的損害和污染，且由于有機(jī)廢棄物中含有大量的有機(jī)物質(zhì)和營養(yǎng)元素而造成資源的浪費(fèi)。有機(jī)廢棄物經(jīng)堆肥發(fā)酵等處理后施用對(duì)土壤理化性質(zhì)和植物生長具有良好的作用。研究表明，有機(jī)廢棄物(糠醛渣、羊糞、玉米秸稈、菜籽餅)經(jīng)高溫發(fā)酵處理后按不同容積比施用對(duì)土壤理化性質(zhì)和作物產(chǎn)量有良好的影響，土壤質(zhì)量(總孔隙度、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、貯水量、土壌有機(jī)質(zhì)、堿解N、速效P、速效K、CEC)以及農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)均有不同程度的増加。針對(duì)重金屬污染土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量較低，植物生長速度慢，修復(fù)效率低；土壤微生物活性和數(shù)量也較低，間接影響重金屬離子的活化過程等問題，我們向土壌中添加養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量豐富的エ農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物，從而有效刺激植物生長和土壌微生物數(shù)量和活性的増加。目前，エ農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物在重金屬污染土壌植物修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用少見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供ー種利用エ農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物和生物表面活性劑強(qiáng)化修復(fù)重金屬污染土壌的方法。本方法能夠大大提高植物吸取重金屬效率，且具有環(huán)境友好、無二次污染、經(jīng)濟(jì)和可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)。技術(shù)方案一種修復(fù)重金屬污染土壌的方法，步驟如下(1)選擇土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量較低的重金屬污染土壤進(jìn)行修復(fù)；所選擇土壤的養(yǎng)分速效氮含量小于200 mg/kg，速效磷含量小于50 mg/kg，速效鉀含量低于150 mg/kg，土壤有機(jī)質(zhì)含量低于20 g/kg ；
(2)種植修復(fù)植物伴礦景天；
(3)待到植物長至株高5 10cm吋，在植物根圈區(qū)分別添加有機(jī)廢棄物和生物表面活性劑；所述有機(jī)廢棄物為發(fā)酵牛糞、造紙干粉或菇渣，施加量為發(fā)酵牛糞0. 59T2%wt，造紙干粉0. 05% 0. 5%wt,菇渣19T3%wt ；所述的生物表面活性剤，由鼠李糖脂產(chǎn)生菌銅綠假單胞菌液體發(fā)酵所得，按照0.03 g/kg、. 06 g/kg添加量均勻的噴灑于土壌中；
(4)每隔60d，重復(fù)向土壌施加一次生物表面活性劑；
(5)修復(fù)植物成熟后，收獲地上和地下部分，集中處理；
(6)測(cè)定土壌重金屬含量。步驟(2)中，所述修復(fù)植物為伴礦景天，種植的壟寬為1.0 1.2 m，壟長為15 20 m，植物行間距為0. 2 0. 3 m，株距為0. 10 0. 15 m，每壟種植3 4行。步驟(3)中，所述有機(jī)廢棄物施加方式在植物根圈直徑5 25 cm范圍，深度為 5^10 cm的土層處施加，且與土壤攪拌均勻。所述修復(fù)植物伴礦景天的生長期選擇在150 180 d。有益效果
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過投加工農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物，提高土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)植物生長以及根系分泌物的増加，進(jìn)而增加重金屬在植物地下根部和地上莖葉中積累以及根際土壤微生物數(shù)量。而通過生物表面活性劑將重金屬從土壤顆粒上解吸下來，提高重金屬的生物有效性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，有機(jī)廢棄物添加量分別為發(fā)酵牛糞0.5%1% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，造紙干粉0. 05% 0. 5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，菇渣19Γ3% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，有機(jī)廢棄物為土壤提供豐富的養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)，但由于重金屬與土壌腐殖質(zhì)含量有密切關(guān)系，土壌有機(jī)碳含量増加后，其對(duì)重金屬的吸附能力也相應(yīng)增加，所以，有機(jī)廢棄物的含量不能無限增加。鼠李糖脂的最佳添加量為 0. 03 g/kg、. 06 g/kg，這主要由該物質(zhì)的臨界膠束濃度(CMC)所決定的，鼠李糖脂的臨界膠束濃度為250 mg，由文獻(xiàn)和本實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，投加濃度在ICMC以上，不僅會(huì)有效促進(jìn)重金屬從土壤顆粒上解吸附，還會(huì)促進(jìn)植物生長。同吋，從投加成本考慮，并不是投加量越高越好，綜合修復(fù)成本與實(shí)驗(yàn)效果，鼠李糖脂的最佳添加量為0.03 g/kg 0.06 g/kg。與對(duì)照相比，種植植物添加有機(jī)廢棄物和生物表面活性劑后，供試土壤中重金屬濃度不同程度降低，其去除率達(dá)到9. 89Γ30. 1%。這ー結(jié)果表明將有機(jī)廢棄物中養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)有效刺激植物生長和微生物活性増加，以及生物表面活性劑將重金屬從土壤顆粒解吸附的修復(fù)機(jī)理， 促進(jìn)了重金屬從土壤中轉(zhuǎn)移到植物地上部分，是ー種理想的、低成本的、環(huán)保友好型的聯(lián)合修復(fù)方法。


圖1不同處理土壌重金屬鎘含量[處理1 植物；處理2 植物+發(fā)酵牛糞(5 g)； 處理3 植物+發(fā)酵牛糞(10 g)；處理4 植物+發(fā)酵牛糞(5 g)+鼠李糖脂O g)；處理5 植物+發(fā)酵牛糞(10 g)+鼠李糖脂Qg)];
圖2不同處理土壌重金屬鎘含量[處理1 植物；處理2 植物+造紙干粉(1 g)；處理 3 植物+造紙干粉O g)；處理4 植物+造紙干粉(1 g) +鼠李糖脂(1 g)；處理5 植物 +造紙干粉(2 g)+鼠李糖脂(Ig)];
圖3不同處理土壌重金屬鎘含量[處理1 植物；處理2 植物+菇渣(10 g)；處理3 植物+菇渣OO g)；處理4 植物+菇渣(10 g)+鼠李糖脂O g)；處理5 植物+菇渣(20 g)+鼠李糖脂(2 g)]；
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:
在重金屬鎘含量1.02 mg/kg的污染土壌，土壤的養(yǎng)分速效氮含量154. 5 mg/kg，速效磷含量23 mg/kg，速效鉀含量85 mg/kg，土壌有機(jī)質(zhì)含量7. 8 g/kg ；以穴播方式種植伴礦景天，種植行距為0.3 m，株距為0.15 m，當(dāng)植物成活后按照普通農(nóng)作物的管理方法進(jìn)行管理；待植物生長至株高10 cm吋，在伴礦景天根圈直徑25 cm范圍，向土壌中施加發(fā)酵牛糞 10 g，混合均勻后再向土壌中施加0.5 L濃度為4 g/L鼠李糖脂發(fā)酵液，混合均勻后覆土 2 cm左右，每隔60d重復(fù)向土壌中施加0.5 L濃度為4 g/L鼠李糖脂發(fā)酵液，混合均勻。培養(yǎng)180 d后采集土壤樣品，并分析土壌中重金屬鎘含量變化，評(píng)價(jià)修復(fù)效果。180 d后，土壌重金屬鎘含量數(shù)據(jù)見圖1所示，其中，単獨(dú)植物修復(fù)(處理1)的重金屬鎘含量降低至0. 908 mg/kg，種植植物同時(shí)添加發(fā)酵牛糞(處理3)后土壌重金屬鎘含量為0. 755 mg/kg,同時(shí)添加發(fā)酵牛糞和鼠李糖脂(處理5)后土壌重金屬鎘含量為0. 713 mg/ kg，強(qiáng)化措施(處理3和5)比単獨(dú)植物修復(fù)效率分別提高了 137%和174%。 實(shí)施例2
在重金屬鎘含量1.87 mg/kg的污染土壌，土壤的養(yǎng)分速效氮含量129. 1 mg/kg，速效磷含量45 mg/kg，速效鉀含量114 mg/kg，土壌有機(jī)質(zhì)含量12 g/kg ；以穴播方式種植伴礦景天，種植行距為0.3 m，株距為0.2 m，當(dāng)植物成活后按照普通農(nóng)作物的管理方法進(jìn)行管理； 待植物生長至株高10 cm吋，在伴礦景天根圈直徑20 cm范圍，向土壌中施加造紙干粉2 g， 同吋，向土壌中施加0.25 L濃度為4 g/L鼠李糖脂發(fā)酵液，混合均勻后覆土 2 cm左右，每隔60 d重復(fù)向土壌中施加0.25 L濃度為4 g/L鼠李糖脂發(fā)酵液，混合均勻。培養(yǎng)180 d 后采集土壤樣品，并分析土壌中重金屬鎘含量變化，評(píng)價(jià)修復(fù)效果。180 d后，土壌重金屬鎘含量數(shù)據(jù)見圖2所示，其中，単獨(dú)植物修復(fù)(處理1)的重金屬鎘含量降低至1. 75 mg/kg，種植植物同時(shí)添加造紙干粉(處理3)后土壌重金屬鎘含量為 1.61 mg/kg，同時(shí)添加造紙干粉和鼠李糖脂(處理5)后土壌重金屬鎘含量為1.45 mg/kg，強(qiáng)化措施(處理3和5)比単獨(dú)植物修復(fù)效率分別提高了 117%和250%。 實(shí)施例3
在重金屬鎘含量2. 55 mg/kg的污染土壌，土壤的養(yǎng)分速效氮含量81. lmg/kg，速效磷含量33 mg/kg，速效鉀含量84 mg/kg，土壌有機(jī)質(zhì)含量低于8. 3 g/kg ；以穴播方式種植伴礦景天，種植行距為40 cm,當(dāng)植物成活后按照普通農(nóng)作物的管理方法進(jìn)行管理；待植物生長至株高12 cm吋，在伴礦景天根圈直徑20 cm范圍，向土壤中施加雙孢菇菇渣20 g，同吋，向土壌中施加0.5 L濃度為4 g/L鼠李糖脂發(fā)酵液，混合均勻后覆土 2 cm左右，每隔60d重復(fù)向土壌中施加0.5 L濃度為4 g/L鼠李糖脂發(fā)酵液，混合均勻。培養(yǎng)180 d后采集土壌樣品，并分析土壌中重金屬鎘含量變化，評(píng)價(jià)修復(fù)效果。180 d后，土壌重金屬鎘含量數(shù)據(jù)見圖3所示，其中，単獨(dú)植物修復(fù)(處理1)的重金屬鎘含量降低至2. 41mg/kg，種植植物同時(shí)添加菇渣(處理3)后土壌重金屬鎘含量為2. 27 mg/kg，同時(shí)添加菇渣和鼠李糖脂(處理5)后土壌重金屬鎘含量為2. 18 mg/kg，強(qiáng)化措施(處理3和5)比單獨(dú)植物修復(fù)效率分別提高了 100%和164%。
表面活性劑主要通過與土壌中重金屬離子絡(luò)合以及降低表面張カ兩種方式來降低土壤和重金屬的粘附性，從而有助于絡(luò)合物從土壤顆粒上分離進(jìn)入表面活性劑的膠束中。與化學(xué)表面活性劑相比，生物表面活性劑鼠李糖脂，除具備表面活性劑的特性，還具有環(huán)境友好、無二次污染和經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域具有很大的潛在應(yīng)用前景。此外，鼠李糖脂在一定濃度范圍內(nèi)可以促進(jìn)植物生長。本發(fā)明通過有機(jī)廢棄物改善土壤孔隙度、團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)和有機(jī)質(zhì)含量等理化性質(zhì)， 通過增加養(yǎng)分促進(jìn)植物生長，提高植物修復(fù)效率，養(yǎng)分和植物根際分泌物的増加，進(jìn)ー步提高根際土壤微生物數(shù)量和代謝活性，増加其對(duì)重金屬生物有效態(tài)的轉(zhuǎn)化。有機(jī)廢棄物中的腐殖質(zhì)對(duì)重金屬也有一定的吸附作用，可有效減弱土壌中重金屬的遷移性。通過表面活性劑的添加，進(jìn)ー步提高重金屬離子從土壤顆粒解吸附下來。
權(quán)利要求
1.一種修復(fù)重金屬污染土壌的方法，其特征在干，步驟如下(1)選擇土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量較低的重金屬污染土壤進(jìn)行修復(fù)；所選擇土壤的養(yǎng)分速效氮含量小于200 mg/kg，速效磷含量小于50 mg/kg，速效鉀含量低于150 mg/kg，土壤有機(jī)質(zhì)含量低于20 g/kg ；(2)種植修復(fù)植物伴礦景天；(3)待到植物長至株高5 10cm吋，在植物根圈區(qū)分別添加有機(jī)廢棄物和生物表面活性劑；所述有機(jī)廢棄物為發(fā)酵牛糞、造紙干粉或菇渣，施加量為發(fā)酵牛糞0. 59T2%wt，造紙干粉0. 05% 0. 5%wt,菇渣19T3%wt ；所述的生物表面活性剤，由鼠李糖脂產(chǎn)生菌銅綠假單胞菌液體發(fā)酵所得，按照0.03 g/kg、. 06 g/kg添加量均勻的噴灑于土壌中；(4)每隔60d，重復(fù)向土壌施加一次生物表面活性劑；(5)修復(fù)植物成熟后，收獲地上和地下部分，集中處理；(6)測(cè)定土壌重金屬含量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種修復(fù)重金屬污染土壌的方法，其特征在干，步驟(2)中， 所述修復(fù)植物為伴礦景天，種植的壟寬為1.0 1.2 m，壟長為15 20 m，植物行間距為 0.2 0.3 m，株距為0. 10 0. 15 m，每壟種植3 4行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種修復(fù)重金屬污染土壌的方法，其特征在干，步驟(3)中， 所述有機(jī)廢棄物施加方式在植物根圈直徑5 25 cm范圍，深度為5 10 cm的土層處施加， 且與土壤攪拌均勻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種修復(fù)重金屬污染土壌的方法，其特征在于所述修復(fù)植物伴礦景天的生長期選擇在150 180 d。
全文摘要
一種修復(fù)重金屬污染土壤的方法，步驟如下選擇土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量較低的重金屬污染土壤進(jìn)行修復(fù)；種植修復(fù)植物伴礦景天；待到植物長至株高5~10cm時(shí)，在植物根圈區(qū)分別添加有機(jī)廢棄物和生物表面活性劑；每隔60d，重復(fù)向土壤施加一次生物表面活性劑；修復(fù)植物成熟后，收獲地上和地下部分，集中處理；測(cè)定土壤重金屬含量。通過投加工農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物，提高土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)植物生長以及根系分泌物的增加，進(jìn)而增加重金屬在植物地下根部和地上莖葉中積累以及根際土壤微生物數(shù)量。而通過生物表面活性劑將重金屬從土壤顆粒上解吸下來，提高重金屬的生物有效性。
文檔編號(hào)B09C1/00GK102553903SQ201210006978
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者張晶, 林先貴, 王一明 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院南京土壤研究所