一种修复土壤重金属污染的复合方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及污染土壤治理领域，特别涉及一种修复土壤重金属污染的复合方法。
【背景技术】
[0002] 土壤污染是由于土壤中含有的有害物质过多，超过了土壤的自净能力，从而引起 了土壤的组成、结构和功能发生变化，有害物质在土壤中逐渐累积，通过"土壤一植物一人 体"，或通过"土壤一水一人体"间接被人体吸收，达到危害人体健康的程度。土壤重金属污 染主要包括汞（Hg)、镉（Cd)、铅（Pb)、铬（Cr)和类金属砷（As)等生物毒性显著的元素，以及 有一定毒性的锌（Zn)、铜（Cu)、镍（Ni)等元素，重金属污染元素在土壤中移动性差、滞留 时间长、只能发生形态的转变和迀移，不能被微生物降解。历史上发生的"骨痛病"和"水俣 病"就是由于重金属污染而致病的典型案例。因此，探索土壤重金属污染的有效修复方法成 为当务之急。
[0003] 目前，土壤重金属污染治理途径主要有两种，一是改变重金属在土壤中的存在状 态，使其由活化态转为稳定态；二是从土壤中除去重金属。方法主要有工程物理化学法，包 括：客土法、冲洗络合法、电动化学法、热处理法等，不适合污染面积较大的土壤；生物修复 法包括：植物修复、微生物修复和动物修复等，植物和低等动物修复法对土壤修复的效果 不太显著；微生物修复利用土壤中的某些微生物对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作 用，从而降低土壤中重金属的毒性。该技术可以使重金属污染物从土壤中去除，对周围环境 影响较小，不会产生二次污染，具有的巨大土壤修复潜力。但现有的重金属污染土壤的微生 物修复技术存在一定的局限性，如微生物修复持续时间长、见效慢、一般形成络合物降低重 金属的危害，并不能将重金属从土壤中除去。
[0004] 植物修复技术是利用植物及其根际微生物对土壤污染物的吸收、挥发、转化、降 解、固定作用而去除土壤中污染物的修复技术。目前已经发现很多植物可同时对多种重金 属有强大的富集能力，但大多数已报道的植物修复方法效果不显著、见效慢、修复效果不稳 定，再加上受到气候、土壤环境的限制，使得这些植物的重金属积累量有限，从而在其应用 上受到限制。
[0005] 生物炭天然的多孔结构对有毒重金属具有较强的吸附力，通过吸附固定作用使有 毒物质固定在炭的微孔表面上，从而降低这些污染物在土壤中的化学活性和毒性，达到长 效地修复污染土壤的目的。生物炭施到土壤，从一定程度上还能增加土壤有机物质、提高土 壤肥力、使作物增产。
[0006] 如上所述，为了更好地治理重金属金属污染土壤，急需解决以下技术问题： 1.确定合适的耐性作物，其具有种植难度低、易于管理、适用于大面积污染土壤、生长 迅速、生物量大的特点。
[0007] 2.克服耐性作物的重金属吸收效率低下、重金属修复元素单一、修复时间太长、 存活率低的难题。
[0008] 3.避免重金属污染土壤修复治理过程中改变和破坏土壤结构的情况。
【发明内容】
[0009] 本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供了一种种植难度低、耐 受性强、不进入食物链的植物和重金属活化菌及能够提高土壤肥力、改善土壤结构、为细菌 繁殖提供"温床"的生物炭联合修复重金属污染土壤的方法。
[0010] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是： 一种修复土壤重金属污染的复合方法，包括以下步骤： 1) 在重金属污染的土壤中种植吊兰，85~95天后将吊兰整体移除； 2) 将生物炭基肥与重金属活化菌液混合均匀，每千克生物炭基肥中混合重金属活化菌 液 100~300mL ； 3) 将步骤2)中所得的混合物施入步骤1)种植过吊兰的重金属污染的土壤中，混合均 勾，陈化60~70天； 4) 在步骤3)所述重金属污染土壤中种植甘蔗，待来年春季继续种植吊兰，85~95天后 将吊兰整体移除，到八、九月份将甘蔗整体移除； 5) 将步骤2)中所得的混合物施入步骤4)种植过甘蔗的重金属污染的土壤中，混合均 勾，陈化75~80天； 6) 循环重复执行步骤1) ~ 5)，至土壤中重金属含量达到安全标准。
[0011] 优选的，所述步骤1)种植吊兰前，向重金属污染土壤中施撒含N、P、K的肥料作为 底肥，并一次性浇透重金属污染土壤，之后根据土壤缺水情况浇水，使土壤含水量保持50 % ~60 % 〇
[0012] 优选的，所述吊兰采用扦插、分株或播种的方法进行栽培。
[0013] 优选的，所述吊兰采用播种栽培，将种子用159^20%的H2O2消毒处理，然后蒸馏水 洗涤浸泡l〇~12h，选用籽粒饱满且不下沉的种子进行吊兰的培育。
[0014] 优选的，所述吊兰的培育：将吊兰种子在20~23°C的温度下进行培养，种子上面的 覆土为0. 4~0. 6cm，8~11天后，选用3~6片叶的幼苗，沿垂直方向倾斜28度埋入土壤表 层3~6cm深度种植，株距为15~25cm，行距为20~28cm。
[0015] 优选的，所述生物炭基肥由75~79重量份的吊兰或甘蔗根、茎、叶制成的生物炭与 1~2重量份的氯化钠、2~2. 5重量份的硫酸镁、3. 5~4. 5重量份的硝酸钾、3~3. 5重量份的硫 酸钙、5~8重量份的尿素、6~7重量份的煤渣混合到一起并搅拌均匀获得。
[0016] 优选的，所述生物炭用质量分数10%的稀盐酸和质量分数5%的稀硝酸以体积比 1~2. 5 :1的混合比混合后酸洗l~3h，再用去离子水反复浸洗至中性，然后烘干。
[0017] 优选的，所述重金属活化菌液包括芽孢杆菌菌液和荧光假单胞菌菌液，芽孢杆菌 菌液：荧光假单胞菌菌液的体积比为1~2:1。
[0018] 优选的，所述生物炭基肥和重金属活化菌液混合物的加入量为每平方米重金属污 染土壤加入80~100克。
[0019] 优选的，所述甘蔗为新台糖26号，每亩地有效茎数为4000~5000条。
[0020] 本发明的有益效果： 1.吊兰的种植难度低，对生长环境的适应性强，适用于大面积种植，可以同时吸附多 种重金属离子；甘蔗为一年生植物，可以加工生产酒精用来取代汽油、成本低，它作为新的 能源材料有效避免了重金属再次进入食物链影响人类的健康。
[0021] 2.本发明采用治理过重金属污染土壤的吊兰和甘蔗的茎叶、根等有机废物制备 生物炭，充分利用了植物废弃有机体，成本低廉，所得生物炭均用酸洗一段时间后，通过去 离子水的反复浸洗至中性，然后烘干，将炭化物质与含有重金属的溶液分离，可以对重金属 进行回收再利用。
[0022] 3.芽孢杆菌和荧光假单胞菌通过代谢作用能产生多种低分子量的有机酸，如甲 酸、乙酸、丙酸和丁酸等，从而直接或间接的影响着土壤中重金属的形态，起到活化重金属 的作用，提高植物对重金属的吸收效率。
[0023] 4.生物炭的施加可以维持和改良土壤理化性质、吸附固定土壤中的各种重金属， 将土壤中的重金属改性为可供植物吸收的可提取态，而且在一定程度上可以增加农作物产 量；生物炭与重金属活化菌的菌液混合，由于生物炭的多孔结构可以使它像海绵一样保存 菌液和其中的营养物质，使其成为重金属活化菌繁殖的"温床"。
[0024] 总之，本发明植物、生物炭和重金属活化菌联合修复重金属污染土壤的方法与传 统的污染土壤治理方法相比，具有投资少、技术要求不高、种植难度低、易于管理、适用于大 面积污染土壤的治理、土壤治理效果好、实用性强的特点。
【具体实施方式】
[0025] 以下通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业 技术人员的理解： 芽孢杆菌和荧光假单胞菌菌液的培养：分别取芽孢杆菌和荧光假单胞菌接种到液体培 养基中，按照每毫升液体培养基中接种IX l〇6~2. 5 X IO7个细菌，液体培养基的pH为6~7， 培养温度为32~36°C，培养15~20h后，获得处于生长对数期的菌液，每毫升培养液中含有 5. OX 107~3. 5X IO8个细菌。然后将芽孢杆菌菌液与荧光假单胞菌培养菌液按照体积比 1~2 :1混合，既得重金属活化菌菌液。
[0026] 芽孢杆菌和荧光假单胞菌的液体培养基：每IL水中含20g葡萄糖，15g蛋白胨，5g 氯化钠，0. 5g牛肉膏。
[0027] 将被重金属污染厚度为20cm，面积为IOOm2的土地作为实验田，并将整块实验田 进行样方划分，长宽均为5m，每个样方之间留宽为0. 4m的垄，每个样方根据对角线原则设 置6个采样点。收集试验田表层0~20cm的土壤，阴凉通风瞭干，去除杂质。测定土壤pH为 6. 3,重金属Pb、Cd、Cr、Zn、Cu和Ni在土壤中的含量分别是：Pb元素的浓度为145mg/kg \ Cd元素的浓度为0.45 mg/kg ^Cr元素的浓度为400 mg/kg ^Zn元素的浓度为320 mg/ kg \ Cu元素的浓度为85 mg/kg \ Ni元素的浓度为125 mg/kg 1C3
[0028] 根据国家土壤环境质量标准GB15618-2008可知，土壤pH=5. 5~6. 5的情况下，农业 用地旱地重金属Pb、Cd、Cr、Zn、Cu和Ni二级标准值分别为80、0. 3、250、200、50和80 mg/ kg ;因此，上述整块实验田存在重金属污染问题。
[0029] 生物炭以稻壳、秸杆或在重金属污染的土壤中种植后收获的吊兰和甘蔗丢弃 物(根、茎、叶等）为炭源制得，其中pH为7. 6,比表面积为5. 0~240m2/g，中孔比表面积为 3. 5~140m2/g，孔容积为 0· 045~0. 45