一种生物炭协同植物修复重金属污染土壤的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及污染土壤治理领域，特别涉及一种生物炭协同植物修复重金属污染土 壤的方法。
【背景技术】
[0002] 常用于重金属污染治理方法有物理、化学和生物等方法，物理方法费用昂贵、化学 方法影响土壤理化性质等不足，不能根本解决问题，所以许多学者选择生物方法来治理重 金属污染土壤。生物方法中，微生物修复受环境影响较大且对修复污染物有选择性，而动物 修复吸收的重金属可能会再次释放到土壤中造成二次污染，所以对于重金属污染土壤，目 前生物修复方法中研究热点，且报道最多的是植物修复技术。
[0003] 植物修复技术指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，重金属主要包括Hg，Cd，Pb，Cr以及类金属As等，环境中的重金属可 以被植物吸收，如果进入植物可食部分，将危害人类健康。为避免对人体的暴露风险，近年 来选择非食用性经济型作物进行植物修复的研究越来越引起关注，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。
[0004] 中国是农业大国，有丰富的秸杆资源，但是目前对其处置方式依然滞后，大量秸杆 被废弃于田间或直接焚烧，这既造成大量的生物质能源的浪费，也给环境带来严重污染。目 前，如何合理利用这些农林业废弃物成为人们关注的热点。
[0005] 生物炭作为一类新型环境功能材料引起广泛关注，其在土壤改良、温室气体减排 以及受污染环境修复方面都展现出应用潜力，但对于协同植物修复土壤重金属污染的方法 还鲜见报道。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种种植难度低、避免 环境污染、不进入食物链且能够提高土壤肥力、改善土壤结构的生物炭协同植物修复重金 属污染土壤的方法。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是： 一种生物炭协同植物修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤： 1) 在重金属污染的土壤中连续种植1~2个周期的棉花，每个周期种植棉花的同时都在 土壤中施入生物炭基肥，在棉花采摘完成后将棉花植株整体移除，以一年为一个周期； 2) 待步骤1)中棉花种植结束，棉花植株整体移除后，连续种植2~3个周期的柳树，每 个周期种植柳树的同时都在土壤中施入生物炭基肥，一个周期结束后将柳树整体移除，以 10~12个月为一个周期； 3) 循环重复执行步骤1) ~步骤2)，直至土壤中重金属的含量达到安全标准。
[0008] 优选的，所述生物炭基肥包括：70~80重量份的棉花或柳树废弃物制成的生物炭、 2~3重量份的硫酸钠、2~3重量份的氯化镁、3~4重量份的硫酸钙、4~10重量份的磷酸铵、 6~1〇重量份的尿素和6~8重量份的高温炉渣。
[0009] 优选的，所述生物炭基肥的施入量为5~8kg/亩。
[0010] 优选的，所述生物炭的制备步骤为： 1) 棉花或柳树废弃物经炭化处理得到有机炭产物，有机炭产物在80~90°c下烘干，粉 碎； 2) 将步骤1)所得有机炭产物置于生物炭炉中450~500°C热解，冷却至室温； 3) 将步骤2)所得产物用质量分数10%的稀盐酸和质量分数5%的稀硝酸以体积比 1~2. 5 :1混合后酸洗l~3h，再用去离子水冲洗至中性，过滤，于85°C下烘干，自然冷却至室 温，研磨过筛，装袋备用。
[0011] 优选的，所述生物炭的粒径为2~3mm〇
[0012] 优选的，所述生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为5~6mm的颗粒。
[0013] 优选的，所述种植棉花的方法为幼苗栽种，所述幼苗栽种为：将28~30cm的幼苗沿 垂直方向倾斜30度埋入土壤表层10~15cm深度种植，株距为20~25cm，行距为20~25cm。
[0014] 所述幼苗选用通过15°/『20%的H2O2消毒处理后蒸馏水洗涤浸泡12h、籽粒饱满且 不下沉的棉花种子长成的棉花幼苗。
[0015] 优选的，所述柳树选用I. 5~2m的柳树苗栽种。
[0016] 本发明的有益效果是： 1.棉花作为重要的经济作物，种植难度低，适用于大面积种植，做为非食用性植物用于 修复土壤有效避免了污染物再次进入食物链，最大限度的减少了修复土壤中可引起的二次 污染，同时柳树作为一种绿色植物还具有一定的观赏性，这不仅不会破坏土壤生态环境，还 有助于改善有机污染而引起的土壤退化和生产力下降，能使地表长期稳定恢复，并提高生 物多样性。
[0017] 2.本发明通过充分利用了植物废弃有机体，将农林废弃物制成生物炭可以稳定地 将碳元素锁住长达数百年，其中的碳元素被矿化后很难再分解，同时把碳长期封存进了土 壤，减少二氧化碳和甲烷等温室气体的排放，有助于减缓全球变暖以及降低大气污染。
[0018] 3.本发明将治理过土壤的棉花和柳树废弃物所得的生物炭用酸洗一段时间后，通 过去离子水的反复浸洗至中性，然后烘干，可以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。
[0019] 4.本发明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，为植物的生长提供一定的有利条件，在一定程度上可以增加农作物产量，二者协同作 用将极大的加速了重金属污染土壤的生物修复进程。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合实施例，进一步阐述本
【发明内容】
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[0021] 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棉花和柳树丢弃物 (根、茎、叶等）为炭源制得，其中pH为8. 64,比表面积达2. 5~700m2/g，中孔比表面积为 4. 5~450m2/g，孔容积为 0· 0055~0· 6500ml/g，中孔容积为 0· 0025~0· 5500ml/g。
[0022] 整块实验区域进行样方划分，长宽均为5m，每个样方之间留宽为0. 8m的垄，每个 样方根据对角线原则设置5个采样点。采取试验田表层0~25cm的土壤，阴凉通风晾干，去 除杂质。测定土壤pH6. 3,重金属211、？13工(1、(：11、取和48的浓度分别为298.5、124.2、1.7、 87. 4、1· 28 和 59. 6mg/kg。
[0023] 根据国家土壤环境质量标准GB15618-2008可知，土壤pH5. 5~6. 5的情况下，农业 用地旱地重金属211、？13工(1、(：11、取和48二级标准值分别为200,80,0.3,50,0.35,4011^/1^， 因此，上述整块实验区域存在较严重的重金属污染。
[0024] 2014年全国31个省（区、市）的统计调查标明，全国棉花单位面积产量1460. 3kg/ hm2〇
[0025] 实施例1 1) 选用通过20%的H2O2消毒处理然后蒸馏水洗涤浸泡12h，籽粒饱满且下沉的一年生 SGK321转Bt基因棉花种子长成30cm的健康幼苗沿垂直方向倾斜30度埋入土壤表层15cm 深度种植，株距为20cm，行距为25cm。不定期浇水除草，以保证棉花正常生长。四月下旬， 在试验田中连续种植2个周期的一年生SGK321转Bt基因棉花，种植棉花的同时