一种降低镉污染土壤中生长的蔬菜镉含量的方法

1.本发明涉及一种降低镉污染土壤中生长的蔬菜镉含量的方法，属于植物种植技术领域。


背景技术：

2.随着有色金属矿产开发、冶炼及其他工业的快速发展，生产排出的废气、废水和废渣越来越多，另外，耕地大量使用的磷肥中、城市污泥和垃圾的焚烧产物中均含有较高含量的镉，这些废弃物的排出都会造成镉污染，因此加重了土壤中的镉浓度，并且与有机污染物不同，镉一旦进入土壤将不会经历微生物降解和化学降解，而在土壤中持续存在。
3.土壤中重金属镉含量的增加会促进作物根系对镉的吸收积累，进而通过食物链进入人体，对人类健康造成危害。由食物引起的镉中毒多为慢性发作，它会引起消化道黏膜的刺激，出现恶心、呕吐、腹泻、腹痛、抽搐等症状，损伤人的肾、脾、肝脏等器官，还会引发贫血、生殖功能下降等问题。长期摄入受到镉污染的食品，会造成镉在体内蓄积，导致骨软化症，周身疼痛，增加人体患癌的风险。
4.秸秆作为一种年产量大、亟需资源化利用的农业固体废弃物，在热解成生物炭后已有一些作为重金属污染土壤钝化剂的研究，然而生物炭直接作为钝化剂时对土壤中重金属离子的钝化效果也有待提高。小青菜等绿色蔬菜富含丰富的维生素和矿物质，是人类餐桌上必不可少的产品。因此，如何利用热解生物炭，加强土壤镉污染控制与治理，降低镉元素在蔬菜中的积累，成为改善土壤质量和保障人类安全的重要内容。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提出了一种降低镉污染土壤中生长的蔬菜镉含量的方法。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.本发明提出了一种降低镉污染土壤中生长的蔬菜镉含量的方法，在蔬菜种植前将载锌生物炭施加到镉污染土壤中，混合均匀后种植蔬菜，收获后即可得到镉含量低的蔬菜，所述载锌生物炭在镉污染土壤中的施加量为10g/kg。
8.进一步地，所述载锌生物炭的锌含量为12.35-25.96mg/g。
9.进一步地，在蔬菜种植前14天将载锌生物炭施加到镉污染土壤中。
10.进一步地，镉污染土壤中镉浓度为0.1-0.5mg/kg。
11.进一步地，所述载锌生物炭的制备方法包括以下步骤：
12.将生物炭与硫酸锌溶液在25℃、200rpm下振荡24h，烘干后研磨过筛即可得到所述载锌生物炭。
13.更进一步地，所述生物炭与硫酸锌溶液的料液比为2g:250ml。
14.更进一步地，所述硫酸锌溶液的浓度为100ppm。
15.更进一步地，研磨过200目筛。
16.进一步地，所述载锌生物炭为生物炭吸附去除废水中的锌后得到的载锌生物炭固废。
17.进一步地，所述生物炭为小麦秸秆在500℃下隔氧加热制备得到，负载量低于饱和吸附量，生物炭的制备方法对降低镉污染土壤中生长的蔬菜镉含量不起限定作用。
18.本发明公开了以下技术效果：
19.(1)锌和镉为同主族元素，具有相似的化学性质，在自然界常常相伴而生，当土壤中同时存在两种元素时会存在互相影响。本发明利用生物炭的吸附性能负载锌元素，或直接使用废水处理后的载锌生物炭固废，实现了废物利用，并通过吸附和拮抗作用抑制蔬菜对镉元素的吸收；锌元素负载在生物碳上可以缓慢脱附，效果持久，同时还可增加土壤中锌元素含量，使得蔬菜中镉元素含量符合食品安全标准，其中的锌含量达到高锌标准。
20.(2)本发明的方法为轻度镉污染土壤种植叶菜类植物提供理论和实验依据，为蔬菜的安全生产和受污染耕地安全利用及修复治理提供科学依据。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为经实施例1(bac-zn处理)与对比例1(bac)处理的小青菜收获后可食用部位的镉含量；
23.图2为经实施例1(bac-zn处理)与对比例1(bac)处理的小青菜收获后可食用部位的锌含量；
24.图3为经实施例1(bac-zn处理)与对比例1(bac)处理的小青菜的转运系数。
具体实施方式
25.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
26.应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
27.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
28.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实
施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
29.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
30.本发明实施例提出了一种降低镉污染土壤中生长的蔬菜镉含量的方法，在蔬菜种植前将载锌生物炭施加到镉污染土壤中，混合均匀后种植蔬菜，收获后即可得到镉含量低的蔬菜，所述载锌生物炭在镉污染土壤中的施加量为10g/kg。
31.在本发明实施例中，所述载锌生物炭的锌含量为12.35-25.96mg/g。
32.在本发明实施例中，在蔬菜种植前14天将载锌生物炭施加到镉污染土壤中。
33.在本发明实施例中，镉污染土壤中镉浓度为0.1-0.5mg/kg。
34.在本发明实施例中，所述载锌生物炭的制备方法包括以下步骤：
35.将生物炭与硫酸锌溶液在25℃、200rpm下振荡24h，烘干后研磨过筛即可得到所述载锌生物炭。
36.在本发明实施例中，所述生物炭与硫酸锌溶液的料液比为2g:250ml。
37.在本发明实施例中，所述硫酸锌溶液的浓度为100ppm。
38.在本发明实施例中，研磨过200目筛。
39.在本发明实施例中，所述载锌生物炭为生物炭吸附去除废水中的锌后得到的载锌生物炭固废。
40.在本发明实施例中，所述生物炭为小麦秸秆在500℃下隔氧加热制备得到，负载量低于饱和吸附量，生物炭的制备方法对降低镉污染土壤中生长的蔬菜镉含量不起限定作用。
41.以下通过实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
42.实施例1
43.载锌生物炭的制备：将小麦秸秆粉碎至60目，在500℃下隔氧加热制备得到生物炭，将生物炭与浓度为100ppm的硫酸锌溶液在25℃、200rpm下振荡24h，生物炭与硫酸锌溶液的料液比为2g:250ml，吸附饱和后烘干至恒重，研磨过200目筛，得到载锌生物炭，储存于塑封袋中备用。
44.将吸附后的硫酸锌溶液由ia-icp-ms检测锌含量，计算出载锌生物炭中含锌量为12.35mg/g。
45.实施例2
46.载锌生物炭来自于江苏省徐州市某含锌废水处理厂处理过程，生物炭吸附去除废水中的锌后得到的载锌生物炭固废，测得载锌生物炭中含锌量为12.50mg/g。
47.对比例1
48.将小麦秸秆粉碎至60目，在500℃下隔氧加热制备得到生物炭。
49.效果验证
50.徐州镉污染土壤，含镉量为0.5mg/kg，含锌量为25.66mg/kg，根据国家发布的食品安全国家标准(gb 2762-2017)和农用地土壤污染风险管控标准(gb 15618-2018)，分别将不同浓度的硝酸镉溶液与徐州土壤混合均匀后老化，模拟自然条件下的镉污染土壤。
51.在小青菜(上海青)种植前14天，将实施例1与实施例2得到的载锌生物炭、对比例1得到的生物炭分别施加到镉污染土壤中，混合均匀后种植小青菜，并设置空白对照(ck)，进
行盆栽实验，各组设置见表1，种植期间各组除表1所示条件不同外，其他条件均相同。
52.表1各组处理结果
[0053][0054]
表1中土壤中总锌含量是载锌生物炭中锌含量加徐州土壤中锌含量计算得到的近似值。
[0055]
实验结果
[0056]
1.载锌生物炭对小青菜可食用部位镉含量的影响
[0057]
经实施例1(bac-zn处理)与对比例1(bac)处理的小青菜收获后，可食用部位镉含量见图1(镉含量上不同小写字母分别表示各处理之间差异显著性，p《0.05)。由图1可以看出，使用本发明实施例1制备的载锌生物炭后种植的小青菜可食用部分镉含量符合食品安全国家标准-食品中污染物限量规定(叶菜类蔬菜中镉含量限定为0.2mg/kg，超过该限定值的蔬菜是不能食用且没有经济价值的)。实施例1的载锌生物炭明显降低了小青菜可食用部位的镉含量，显著地抑制小青菜对于镉的吸收，较对比例1分别降低了50％、42％、39％、50％、68％，这种抑制作用效果与锌镉比例和小青菜的富集能力相关。在对比例1的生物炭处理条件下，仅在0.1mg/kg的低浓度污染土壤种植的小青菜镉含量就已经接近食品安全标准限定值，通过修复手段将土壤中镉含量降低到该浓度以下成本较高、难度较大。在实施例1载锌生物炭的处理下，当土壤中镉浓度为0.5mg/kg时处理后的小青菜可食用部位镉含量才接近食品安全限定值，这将土壤可以种植出符合食品安全标准的植物的镉浓度提高了五倍，故载锌生物炭实际应用效果很好且可行性较高。
[0058]
本发明取得上述技术效果的原因在于，所选用的小青菜在低浓度条件下吸收镉的方式为主动运输，高浓度条件下吸收锌的方式为主动被动共同运输，两种金属元素在根部的转运点位和木质部的装卸点位存在着竞争关系，由于锌镉比较大，所以很少一部分镉会被小青菜根部富集，且富集在根部的镉也仅有少部分经过木质部转运到地上可食用部位，
故载锌生物炭处理的小青菜可食用部位镉含量远低于生物炭处理。
[0059]
2.载锌生物炭对小青菜可食用部位锌含量的影响
[0060]
经实施例1(bac-zn处理)与对比例1(bac)处理的小青菜收获后，可食用部位锌含量见图2(锌含量上不同小写字母分别表示各处理之间差异显著性，p《0.05)。由图2可以看出，实施例1的载锌生物炭较对比例1的生物炭显著提高了小青菜可食用部位的含锌量，分别增加了159％、155％、150％、143％、177％，均低于20mg/kg，符合国家食品安全标准。
[0061]
3.载锌生物炭对植物转运系数影响
[0062]
经实施例1(bac-zn处理)与对比例1(bac)处理的小青菜转运系数见图3(转运系数上不同小写字母分别表示各处理之间差异显著性，p《0.05)，由图3可以看出，本发明实施例1的载锌生物炭处理后降低了镉的转运系数，p值＜0.05差异性显著，降低了镉在地上部分的富集。
[0063]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。