一种提高孔雀草重金属镉胁迫抗性和降低镉富集的方法与流程

本发明属于提高孔雀草重金属镉胁迫抗性和降低镉富集，尤其涉及一种提高孔雀草重金属镉胁迫抗性和降低镉富集的方法。

背景技术：

1、镉(cd)，重有色金属元素，原子序数48，是当今重金属污染中主要元素之一，其污染面积大且毒性强，通过食物链很容易被人类摄取，对人类健康造成严重影响。同时镉对植物的破坏也是巨大的，改变了植物体多种生理活动过程及生物大分子物质结构。

2、孔雀草作为一种花卉和药用植物，广泛应用于园林绿化和健康保健领域，研究表明，孔雀草具有重金属镉富集特性，能较高水平吸收土壤中有机态镉，对其花卉观赏及药物安全利用方面造成不利影响。因此，有效提高孔雀草重金属镉胁迫抗性和降低镉富集意义较大。然而，现有提高孔雀草重金属镉胁迫抗性和降低镉富集的方法对降低镉富集效果差；同时，采用常规物理方法对镉钝化容易产生二次污染，钝化效果差。

3、中国科学院沈阳应用生态研究所公开号为cn104138897a的专利于2020年10月30号公开了一种利用超富集修复植物修复镉污染土壤的强化修复方法。春季在被镉污染的土壤上以垄作条播的方式种植镉超富集植物，播种量为每平方米1.8-2.2克种子，行距为48-52米，出苗后待镉超富集植物株高约20cm时施加左旋还原型谷胱甘肽，施加剂量为0.1-1.0mmol/kg土壤，施加浓度每kg土壤是以污染土壤土层表面0-20厘米深的土层厚度的土壤重量计量的。这种方法耗时耗力，限制性很多，具体表现为植物生长有一定周期，无法满足对镉污染控制的及时性，而且灌溉作物时，水的流动性会把一部分镉污染带到未污染的地方，效果太差。

4、浙江省农业科学院公开号为cn106391690b的专利于2020年3月3号公开了一种提高镉污染土壤修复效果的方法，采用直流电场-植物联合修复方法，有效提高了镉污染土壤修复效果，土壤镉污染修复效率增加20％-38％。该发明效果虽然显著，但对大面积土地的治理仍然在技术方面有一定的限制性，而且此方法成本较高，用电力能源治理污染势必会造成二次污染，效率不高。

5、格丰科技材料有限公司公开号为cn110092695a的专利于2019年8月6号公开，本发明提供了一种用于修复镉砷复合污染农田的土壤调理剂及其制备方法，包括以下重量份原料：钙肥40—50份、镁肥20—30份、硅肥10—20份、腐殖酸5—10份和羟基铁柱撑凹凸棒土5—20份。该发明生产工艺复杂，不利于大规模推广。而且其中钙肥、镁肥、硅肥过度使用会使粮食减产，破坏土壤。

6、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

7、(1)现有提高孔雀草重金属镉胁迫抗性和降低镉富集的方法对降低镉富集效果差。

8、(2)采用常规物理方法对镉钝化容易产生二次污染，钝化效果差。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种提高孔雀草重金属镉胁迫抗性和降低镉富集的方法。

2、本发明是这样实现的，一种提高孔雀草重金属镉胁迫抗性和降低镉富集的方法包括：

3、步骤一，检测镉污染土壤条件及气候环境，采集土壤样品，检测污染土壤中的镉含量，翻耕镉污染土壤，翻耕深度≥32cm，对复合污染土壤进行ph值处理和施放基肥；

4、步骤二，在春季土壤湿润或阴雨天种植，按70-80cm行距挖沟，沟深度为33cm，将孔雀草种苗埋至沟中，然后回土将种苗覆盖，回土覆盖厚度26cm；种植密度86cm×56cm；

5、步骤三，栽种三个月后，每月收割孔雀草地上部分一次；第二年起在孔雀草生长期重复收割地上部分，孔雀草种植过程能持续至土壤中重金属镉含量及ph值达到环境安全标准；将每月收割孔雀草按常规方法灰化，提取重金属，得到重金属镉和有机液肥产品；

6、步骤四，将收割后的植物地上部分进行焚烧灰化处理；取样检测植物地上部和地下部镉含量，并折算地上部灰分的镉含量，在灰分中加入等摩尔量的硫化钠水溶液，充分搅拌混合，搁置30分钟以上，再加入大于或等于灰分质量的水泥，调整水分，将混合物压成球状或块状，风干后填埋或堆存在隔绝雨水的地方。

7、进一步，所述ph值处理采用石灰和氢氧化钾，每亩污染农田加入量石灰为500kg，氢氧化钾为200kg；

8、所述的施放基肥采用蚕沙、沼渣、猪粪、羊粪、铁基调理剂、镉钝化剂。

9、进一步，所述铁基调理剂制备方法如下：

10、(1)按重量份数称取一水合硫酸亚铁88份、氯化钙5份，纳米二氧化钛2份，生石灰10份，腐殖质12份；

11、(2)将纳米二氧化钛、氯化钙、生石灰加入到饱和的七水合硫酸亚铁溶液中，于加热温度为122℃的磁力加热搅拌器上不断搅拌至一水合硫酸亚铁晶体全部析出，离心或过滤后取沉淀于122℃条件下烘干，再加入腐殖质，混合后，搅拌均匀，即为该铁基调理剂。

12、所述腐殖酸水溶性腐殖酸含量(干基)≥55％。

13、所述水合硫酸亚铁、氯化钙，生石灰均要研磨，粒度均为150-300目。

14、进一步，所述镉钝化剂制备方法如下：

15、1)按重量份数称取生物炭80份、生石灰2份、海藻酸钠18份；

16、2)将生物炭粉碎制成100目颗粒；将海藻酸钠溶于水，配制海藻酸钠水溶液；将生石灰与制得的颗粒加入至海藻酸钠水溶液中，搅拌，成型，得坯料；

17、3)配制固化剂水溶液，将坯料放入所述固化剂水溶液中进行固化处理，过滤，滤饼经干燥后，即制得所述土壤镉钝化剂。

18、进一步，所述生物炭为秸秆生物炭。

19、进一步，所述海藻酸钠水溶液的质量浓度为0.5～1.5％。

20、进一步，所述固化剂为氯化钙。

21、进一步，所述干燥温度不超过55℃，时间为3h。

22、进一步，所述生物炭的制备方法包括以下步骤：

23、对玉米秸秆进行预处理；将玉米秸秆去掉外皮，用剪刀剪成13cm的小段，用自来水刷洗掉表面的尘土后，在室温下风干3d，然后放入83℃的烘箱中干燥23h，恢复至室温后，避光干燥处储存备用；

24、将预处理之后的玉米秸秆粉浸渍于氧化铁悬液中，加热、搅拌进行振荡处理，烘干；将得到的物质热解得到所述改性生物炭；

25、所述预处理过程为将玉米秸秆粉碎至6cm，在110℃烘干，粉碎过筛得到玉米秸秆粉，将所述玉米秸秆粉按固液比(10-30)g：1l浸入碱液中，充分搅拌20-30h，然后用去离子水洗涤至ph稳定；随后浸入酸液中，充分搅拌20h，烘干，备用；

26、所述碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水、碳酸钠溶液或氢氧化钙溶液中的一种；所述酸液为硝酸、盐酸、磷酸或碳酸中的一种；

27、所述预处理之后的玉米秸秆粉与所述氧化铁悬液的料液比为(1-3)g：(25-30)ml；

28、所述加热温度为45℃，转速为200-300rpm，振荡时间为20h；

29、所述热解步骤为：首先在热解设备中通入20-30min氮气，随后加热，在350-400℃热解4h，然后升温至550℃，热解3h，之后继续通氮气，直至自然冷却至100℃；

30、升温至350-400℃过程的升温速率为6℃/min，升温至550℃过程的升温速率为11℃/min。

31、结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

32、第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

33、本发明通过铁基调理剂制备方法制备的铁基调理剂可以大大降低孔雀草镉富集；同时，通过镉钝化剂制备方法制备的镉钝化剂中的生石灰不仅可提高土壤的ph值，还能将离子态的有效镉转化为氢氧化镉等无效态的镉沉淀物，镉沉淀物在土壤中的迁移能力弱，且不易被孔雀草吸收，从而降低了土壤中的有效态镉含量，提高了孔雀草应对重金属镉污染土壤的镉胁迫抗性；海藻酸钠对重金属镉具有很好的螯合作用，可将离子态的有效镉转化为络合态的无效镉，同样可以降低土壤中的有效态镉含量；生物炭细密多孔，比表面积大，对重金属镉具有很强的吸附作用，其对离子态的有效镉、氢氧化镉与络合态镉等无效镉均具有一定的吸附作用，当生石灰和海藻酸钠将有效态镉转化为氢氧化镉或络合态的无效镉之后，生物炭可将上述无效镉及时吸附，由此避免了环境变化引起的无效镉再次转化为活性较高的有效镉的缺陷。综上分析可知，本发明所述的土壤镉钝化剂通过生物炭、生石灰和海藻酸钠在特定配比下的相互配合、协同作用，起到降低土壤中有效态镉含量和生物体镉含量的作用，使得本发明的钝化剂不仅具有原位钝化土壤重金属镉的功能，还能较大幅度提高土壤ph值，改善土壤结构，增加土壤孔隙度，兼具保水和修复酸性土壤的功能且不会造成二次污染；可以长期有效的存在于土壤中，具有长期稳定的钝化效果。

34、第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

35、本发明通过铁基调理剂制备方法制备的铁基调理剂可以大大降低孔雀草镉富集；同时，通过镉钝化剂制备方法制备的镉钝化剂中的生石灰不仅可提高土壤的ph值，还能将离子态的有效镉转化为氢氧化镉等无效态的镉沉淀物，镉沉淀物在土壤中的迁移能力弱，且不易被孔雀草吸收，从而降低了土壤中的有效态镉含量，提高了孔雀草应对重金属镉污染土壤的镉胁迫抗性；海藻酸钠对重金属镉具有很好的螯合作用，可将离子态的有效镉转化为络合态的无效镉，同样可以降低土壤中的有效态镉含量；生物炭细密多孔，比表面积大，对重金属镉具有很强的吸附作用，其对离子态的有效镉、氢氧化镉与络合态镉等无效镉均具有一定的吸附作用，当生石灰和海藻酸钠将有效态镉转化为氢氧化镉或络合态的无效镉之后，生物炭可将上述无效镉及时吸附，由此避免了环境变化引起的无效镉再次转化为活性较高的有效镉的缺陷。综上分析可知，本发明所述的土壤镉钝化剂通过生物炭、生石灰和海藻酸钠在特定配比下的相互配合、协同作用，起到降低土壤中有效态镉含量和生物体镉含量的作用，使得本发明的钝化剂不仅具有原位钝化土壤重金属镉的功能，还能较大幅度提高土壤ph值，改善土壤结构，增加土壤孔隙度，兼具保水和修复酸性土壤的功能且不会造成二次污染；可以长期有效的存在于土壤中，具有长期稳定的钝化效果。