一种酸性土壤重金属镉污染的植物吸附联合修复方法与流程

本发明属于土壤重金属污染的生物修复技术领域，具体涉及一种酸性土壤重金属镉污染的植物吸附联合修复方法。

背景技术：

土壤是人类种植生产生活所必需的生产资料，随着现代工业化的不断发展和人类社会活动的持续开展，各种含重金属的物质通过多种途径进入土壤中。造成土壤中多种重金属的富集，已经严重危害土壤的安全和种植农作物的食品安全。土壤中的重金属主要有镉(cd)、铜(cu)、铅(pb)、铬元素(cr)、汞(hg)、锌(zn)以及类金属砷(as)等。重金属元素在土壤中具有相对稳定、易于积累和不易去除等特性，而且能进入食物链危及人类的健康。

酸性土壤是ph值小于7的土壤总称，包括红壤、黄壤、砖红壤、赤红壤等。酸性土壤地区降水充沛，淋溶作用强烈，盐基饱和度较低，酸度较高。我国的湖南、湖北、广东、广西等地区多酸性土壤。ph值<6的酸性土壤对农业生产造成了一些不利影响，使土壤养分的有效性降低，不利土壤的良性发育，破坏土壤结构，不利土壤微生物的活动，不利作物的生长发育等。

镉是人体非必需元素，在自然界中常以化合物状态存在，一般含量很低，正常环境状态下，不会影响人体健康。当土壤环境受到镉污染后，镉可在生物体内富集，通过食物链进入人体引起慢性中毒。镉被人体吸收后，在体内形成镉硫蛋白，选择性地蓄积肝、肾中。由于镉损伤肾小管，病者出现糖尿、蛋白尿和氨基酸尿。特别具使骨骼的代谢受阻，造成骨质疏松、萎缩、变形等一系列症状。

目前，常用的土壤重金属污染修复技术主要有物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术。物理修复技术和化学修复技术是利用污染物或污染介质的物理或化学特性，以破坏(如改变化学性质)、分离或同化污染物具有实施周期短、可用于处理各种污染物等优点。但均存在处理成本高，处理工程偏大的缺点。植物修复技术属于生物修复技术中的一种，相比物理修复技术、化学修复技术，植物修复技术具有生态可持续性、安全性高、且不会对土壤产生负面影响等优点。未来植物吸附联合修复方法将成为土壤重金属污染修复技术中最具潜力和前景的方法之一。

植物修复技术:种植超富集或一定能力富集重金属的植物，利用植物根系吸收污染土壤中重金属并运移至植物体，通过收割植物移除土壤中重金属的一种方法。该技术利用的是一些对重金属具有较强忍耐和一定富集能力的特殊植物，要求所用植物具有生物量大、生长快和抗病虫害能力强的特点属性，并具备对多种重金属有较强的富集能力。种植植物修复过程中，向土壤中添加特定的活化剂能活化释放在土壤中被固定的重金属离子，使其溶解进入土壤溶液，从而提高植物对重金属污染的修复效率。

活化剂的种类有多羧基氨基酸和天然低分子量有机酸二大类，多羧基氨基酸类如edta由于其螯合能力较强而被推广使用，但是由于edta是人工合成螯合剂不容易被土壤自然降解，其广泛应用对环境安全的影响方面还有待研究考察。而天然低分子量有机酸如柠檬酸，其天然属性使其具有易生物降解，环境风险小等特点，可通过与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，对重金属离子的解吸能够起到促进作用，从而提高植物对重金属污染的修复效率。

由于酸性土壤重金属镉污染的修复难度大，设法边农业生产边修复土壤来降低土壤中重金属镉浓度对重金属镉污染土壤修复具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种酸性土壤重金属镉污染的植物吸附联合修复方法，通过石灰和有机肥改良土壤，通过红麻和亚麻的轮作联合种植，通过重金属活化剂对土壤中重金属镉的活化，提高红麻和亚麻对酸性土壤重金属镉的吸附量，从而提高植物修复的效率，为酸性土壤重金属镉污染提供一种易于操作，改良土壤、吸附重金属镉的联合修复方法。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案。

本发明提供一种酸性土壤重金属镉污染的植物吸附联合修复方法，具体步骤如下：

1）耕地前撒施石灰和有机肥，翻耕均匀；

2）夏季种植红麻，秋季收获后回收红麻秸秆；

3）红麻生长至2米高时，撒施重金属活化剂；

4）秋冬季种植亚麻，次年春季收获后回收亚麻秸秆。

进一步地，所述撒施石灰每亩基施50~100千克，每隔2年施用一次，石灰的氧化钙含量要求在70%以上，水分在5%以下。

进一步地，所述重金属活化剂为天然低分子量有机酸：柠檬酸。

进一步地，所述步骤3）中重金属活化剂柠檬酸溶液浓度为8mmol/l，柠檬酸溶液喷洒用量为3000ml/平方。

进一步地，所述翻耕的深度为20~30厘米。

进一步地，所述酸性土壤重金属污染的重金属为镉。

本发明采用对酸性土壤重金属镉的高吸附作物夏种红麻和冬种亚麻的轮作联合种植，可持续不断地对酸性土壤重金属镉污染进行修复，由于这二种麻作物都能对镉起到较高的吸附和富集作用，而且在该联合修复方法中，将麻作物的地上部分，即红麻秸秆和亚麻秸秆，收割后回收，逐年种植，可将酸性土壤中的重金属镉不断去除，从而避免再次回到土壤中，实现边农业生产边修复土壤的易于操作，改良土壤、吸附重金属镉的联合修复方法。红麻和亚麻种植后，可以收获红麻和亚麻纤维，红麻和亚麻纤维都是非常好的植物纤维原材料，而且都不进入食物链，植物纤维原材料都用于工业生产，可以产生较好的经济效益。因此，本发明的植物吸附联合修复方法所获得的农产品，既可以产生农业收益，又可以降低酸性土壤重金属镉污染的修复成本，对酸性土壤重金属镉污染的修复利用具有重要意义。

在红麻种植前，撒施石灰和有机肥，既可以调理酸性土壤，又可以改良土壤的理化结构；有机肥不仅可以增加土壤肥力，还能促使板结土壤疏松通气，施入后土壤的通透性增加，土壤变得疏松透气，利于麻作物更好生长。

本发明通过耕种前施用石灰和有机肥，利用有机肥增加土壤肥力，改善土壤结构，促进植物生长。

进一步采用植物吸附联合修复方法，通过红麻和亚麻的轮作联合种植，红麻生长过程中施用活化剂，通过重金属活化剂对重金属镉的活化，尽可能的将土壤中重金属镉转化为有效态镉提高红麻对镉的吸附量，从而提高植物吸附联合修复的效率。

本发明的有益效果：本发明提供一种酸性土壤重金属镉污染的植物吸附联合修复方法，通过在酸性土壤重金属镉污染的土壤中采用红麻和亚麻联合轮作的方式，结合重金属活化剂的使用，可收获红麻和亚麻植物纤维作为工业原材料，既能创造经济价值，又可修复重金属镉污染的酸性土壤，对重金属镉污染土壤修复具有重要意义。

附图说明

图1为实施例修复方法对土壤镉含量的影响。

图2为实施例修复方法中红麻和亚麻植株镉含量情况。

图3为实施例修复方法中柠檬酸喷洒浓度对红麻重金属镉富集量的影响。

具体实施方式

下面将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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。

实施例

(1)酸性土壤重金属镉污染的土壤在耕地前，每亩撒施石灰50~100千克，撒施适量有机肥，翻耕混匀，翻地深度约20-30cm；

(2)选取优良红麻种子，在夏初种植，播种量每亩约1~1.5kg；红麻生长过程中按照农业种植常规管理；秋季收获红麻，红麻秸秆回收；

(3)红麻在生长高约2米后，撒施重金属活化剂，要求喷洒均匀，每亩喷施活化剂柠檬酸2~11mmol/l，柠檬酸溶液喷洒用量为3000ml/平方；

(4)选取优良亚麻种子，在冬季播种，播种量每亩约3.5~4kg；亚麻生长过程按照农业种植常规管理；次年春季收获亚麻后，亚麻秸秆回收。

取实施例提供的酸性土壤重金属镉污染的植物吸附联合修复方法进行试验。

1、试验地点：湖南省株洲市醴陵市左权镇花桥村。

2、试验时间：2018年3月～2019年5月。

3、田间试验设计：19亩大田示范。

4、试验处理：每个处理为10厢，设5个小区，每个小区为2厢。第一个小区为对照（ck），第2~5个小区分别为试验处理1~4。对照：不喷洒柠檬酸，试验处理1~4：喷洒柠檬酸浓度分别为2、5、8、11mmol/l；柠檬酸溶液喷洒用量为3000ml/平方。

5、试验结果：取实施例提供的酸性土壤重金属镉污染的植物吸附联合修复方法，结果见图1、图2、图3。

由图1所示的试验结果可知，本发明提供的植物吸附联合修复方法可以有效地吸附去除酸性土壤中的重金属镉含量，使酸性土壤中含镉量不断降低。红麻和亚麻均有较好的吸附效果。

由图2和图3所示的试验结果可知，本发明提供的植物吸附联合修复方法可以更加高效地去除降低酸性土壤中的重金属镉含量。本发明的方法可活化土壤中的重金属镉，增强麻作物对酸性土壤中重金属镉的吸附量，更加高效去除土壤中的重金属镉。通过运用本发明的植物吸附联合修复方法，实现边农业生产边修复土壤来降低土壤中重金属镉浓度对重金属镉污染土壤修复具有重要意义。

另外，通过本试验还可知，以每亩酸性重金属镉污染土壤中喷施活化剂柠檬酸2~11mmol/l为宜，柠檬酸溶液喷洒用量为3000ml/平方；优选地，每亩酸性重金属镉污染土壤中喷施活化剂柠檬酸8mmol/l，柠檬酸溶液喷洒用量为3000ml/平方。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。