利用纳米羟基磷灰石-油菜联合修复金属镉污染土壤方法与流程

本发明涉及一种修复污染土壤方法，特别是涉及一种利用纳米羟基磷灰石-油菜联合修复金属镉污染土壤方法。

背景技术：

土壤重金属污染已成为国内外学者研究的热点问题之一。重金属污染对农业污染造成的危害十分具有代表性，通过食物链富集累积，最终进入人体，对人类健康造成严重威胁。土壤重金属污染对国民的人身安全产生危害，种种迹象表明我国土壤重金属污染急待解决。如何减轻日益严重的土壤重金属污染，进而修复还原利用的问题已迫在眉睫。因此，研究和开发重金属污染土壤治理技术，改善土壤环境质量，确保土壤生态和农产品的安全及人类健康，是一项事关我国社会、经济可持续发展的现实需求。

近年来，纳米材料逐渐成为广大学者研究修复重金属污染土壤的重点方向之一。纳米材料由于其巨大的比表面积、高的活性点位以及优良的光电性能，在改善环境方面已被美国纳米技术行动列为8个交叉领域之一。目前纳米技术在环境污染控制的应用研究主要集中在制备纳米新材料与应用纳米新技术、环境微界面过程等，主要包括氧化物矿物膜及其微界面、气溶胶界面反应、各种纳米修复剂制备及其在污染物的催化与降解的应用等，具体而言，主要集中在处理有机/无机污染废水、催化净化污染气体等领域，而在修复污染土壤中的应用还刚刚开始。针对国内外重金属污染土壤修复研究现状及存在的问题，结合纳米材料具有巨大的比表面积、高的活性点位等优点，来探索纳米材料对土壤中重金属的影响，为发展实用、高效、安全的重金属污染土壤修复技术提供理论依据，对于推动土壤污染治理的深入发展具有重要的理论意义和现实意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种利用纳米羟基磷灰石-油菜联合修复金属镉污染土壤方法，本发明利用纳米羟基磷灰石-油菜联合修复重金属镉污染土壤，是一项低耗、高效的处理技术，利用纳米羟基磷灰石对重金属镉的钝化作用，同时有效降低植物对镉的吸收与富集，进而实现钝化污染土壤中的重金属镉，具有操作简单、修复效果好，推广前景广阔等特点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

利用纳米羟基磷灰石-油菜联合修复金属镉污染土壤方法，所述方法包括以下具体步骤：

采用盆栽形式，在重金属镉污染的土壤中施入纳米羟基磷灰石，每盆土壤重1.0kg，纳米羟基磷灰石的使用量为1%，混合均匀；接着播种油菜种子，每盆播种10株，一周后间苗至6株；生长2个月后，收获植物；测定土壤、植物不同部位（地上部分、根部）中重金属镉的含量，根据重金属镉含量的情况可定期重复上述操作，至土壤中的重金属镉含量达到土壤环境安全标准。

所述的利用纳米羟基磷灰石-油菜联合修复金属镉污染土壤方法，所述纳米羟基磷灰石呈针状，粒径为60nm，纯度为96%。

所述的利用纳米羟基磷灰石-油菜联合修复金属镉污染土壤方法，所述土壤的重金属镉含量在≤5mg/kg范围内。

本发明的优点与效果是：

本发明利用纳米羟基磷灰石对重金属镉的钝化作用，同时有效降低植物对镉的吸收与富集，进而实现钝化污染土壤中的重金属镉。本发明通过纳米羟基磷灰石与植物--油菜联合修复重金属镉污染土壤，具有操作简单、修复效果好的优点；可在重金属污染土壤中，实现安全、有效的生态治理模式，推广前景广阔，对土壤重金属镉污染的防治有重要理论和现实意义，对于我国该类土壤的治理与修复具有重要指导意义。

附图说明

图1（a）、图1（b）为本发明油菜在不同部位（地上部分、根部）吸收镉的情况示意图；

图2（a）、图2（b）为本发明油菜在添加材料不同时油菜的cd总富集量示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。

实施例：盆栽实验

具体实施步骤如下：

1)供试土壤是我国东北地区比较典型的棕壤，采集于辽宁省沈阳市生态站的农田。土壤采样深度为0~20cm，其基本理化性质如下：ph为6.55，阳离子交换量为12.26cmol/kg，有机质为1.55%，速效氮80.42mg/kg，速效磷12.73mg/kg，速效钾76.91mg/kg，粘粒含量（<0.002mm）为32.10%，cd含量为0.03mg/kg。

2)实验地点为沈阳大学温室内，自制3种不同污染程度的镉（cd）污染土壤（0（未添加cd）、0.3、5mg/kg）。设置2种不同处理：对照处理（不添加纳米羟基磷灰石）、1%纳米羟基磷灰石（nhap）处理；每盆装土1.0kg，每个处理两次重复。不同处理中，cd及nhap的含量如表1所示。

表1不同处理中的cd及nhap的含量

3）播种油菜种子10株/盆，一周后间苗至6株/盆。实验期为2个月，待盆栽实验结束后收获植物，植物用去离子水洗净，分地上、地下部分，测定植物生物量、植物不同部位中的cd浓度并计算cd总富集量。

4）在镉不同污染负荷土壤中，油菜的生长情况如表2所示。由表2可知，随着土壤中cd浓度由0至0.3、5mg/kg逐渐升高，油菜的生物量逐渐降低，这是由于随着镉污染程度的加剧，镉对植物的生长产生的抑制作用也更加明显。在同一cd污染负荷下，添加nhap处理并未对植物生长的产生显著影响。

表2油菜在镉不同污染负荷土壤中的生长情况

5）在镉不同污染负荷土壤中，油菜的不同部位（地上部分、根部）吸收镉的情况如图1所示。

图1油菜在镉不同污染负荷土壤中的不同部位（地上部分、根部）吸收镉的情况。图1（a），a1、a2处理；图1（b）a3、a4、a5、a6处理；

从图1（a）可已看出，在添加cd为0处理中，未添加nhap处理（a1）和添加nhap处理（a2）的地上部分cd浓度分别为0.045mg/kg和0.036mg/kg；未添加nhap处理（a1）和添加nhap处理（a2）的根部cd浓度分别为0.034mg/kg和0.026mg/kg；nhap的添加抑制了油菜对cd的吸收，对地上部分和根部的抑制率分别为20.0%、23.5%。由图1(b)可知，在cd为0.3、5mg/kg的污染负荷下，添加nhap处理可显著降低油菜地上部分/根部对cd的吸收。例如，在土壤中cd为0.3mg/kg时，未添加nhap处理（a3）和添加nhap处理（a4）的地上部分cd浓度分别为1.13mg/kg和0.88mg/kg；未添加nhap处理（a3）和添加nhap处理（a4）的根部cd浓度分别为0.34mg/kg和0.27mg/kg；nhap的添加抑制了油菜对cd的吸收，对地上部分和根部的抑制率分别为22.1%、20.6%。在土壤中cd为5mg/kg时，未添加nhap处理（a5）和添加nhap处理（a6）的地上部分cd浓度分别为11.36mg/kg和9.12mg/kg；未添加nhap处理（a5）和添加nhap处理（a6）的根部cd浓度分别为4.23mg/kg和3.13mg/kg；nhap的添加抑制了油菜对cd的吸收，对地上部分和根部的抑制率分别为19.7%、26.6%。

6)盆栽实验结束后，油菜的cd总富集量如图2所示。

图2（a）a1、a2处理；图2（b）a3、a4、a5、a6处理。

从图2可已看出，在添加cd为0处理中，未添加nhap处理（a1）和添加nhap处理（a2）的油菜cd总富集量分别为0.10mg/pot和0.08mg/pot。在添加cd为0.3、5mg/kg的污染负荷下，添加nhap处理可显著减低油菜的cd总富集量。例如，在土壤中添加cd为0.3mg/kg时，未添加nhap处理（a3）和添加nhap处理（a4）的油菜cd总富集量分别为2.35mg/pot和1.84mg/pot；nhap的添加抑制了油菜对cd的富集，对油菜富集cd的抑制率为21.7%。在土壤中添加cd为5mg/kg时，未添加nhap处理（a5）和添加nhap处理（a6）的油菜cd总富集量分别为23.20mg/pot和18.77mg/pot；nhap的添加抑制了油菜对cd的富集，对油菜富集cd的抑制率为19.1%。

7）综上，所种植的植物油菜，在添加cd为0.3mg/kg的污染土壤中，添加纳米材料nhap后（a4处理），其体内地上部镉浓度为0.88mg/kg，根部镉浓度为0.27mg/kg，cd总富集量为1.84mg/pot；与其对照（a3处理）相比较，油菜地上部分镉浓度和根部镉浓度分别降低了22.1%、20.6%；与其对照（a3处理）相比较，油菜体内镉总富集量降低了21.7%。在添加cd为5mg/kg的污染土壤中，添加纳米材料nhap后（a6处理），其体内地上部镉浓度为9.12mg/kg，根部镉浓度为3.13mg/kg，cd总富集量为18.77mg/pot；与其对照（a5处理）相比较，油菜地上部分镉浓度和根部镉浓度分别降低了19.7%和26.0%；与其对照（a5处理）相比较，油菜体内镉总富集量降低了19.1%。

本实施例仅投加一次nhap，其用量为1%，nhap在上述两种cd污染负荷下，均可有效降低油菜对镉的吸收与富集。nhap与油菜联合处理，可有效治理与修复镉污染土壤。