一种土壤镉污染修复剂及其修复方法与流程

1.本技术涉及土壤修复技术领域，具体而言，涉及一种土壤镉污染修复剂及其修复方法。


背景技术：

2.土壤是人类赖以生存的重要自然资源，但土壤镉污染却愈演愈烈，导致农产品镉污染超标问题较为突出，“镉大米”、蔬菜和海鲜镉超标等问题层出不穷，随着食物链的延伸进而严重危害人体健康，因此耕地镉污染土壤修复成为土壤重金属污染治理的研究重点。世界各国对土壤镉等重金属污染修复技术进行广泛的研究，按照修复工艺原理将镉污染修复方法主要分为以下4种：物理修复、生物修复、农业生态修复、化学修复。
3.由于土壤中的镉易受到土壤ph值、土壤类型、cec值、eh值等因素的影响，其离子交换、吸附解吸、络合沉淀、氧化还原等都会发生变化而导致活性改变。虽然不同的修复措施不断被改进，效果也有一定的提高，但单一的强化措施难以满足农田土壤高效修复的需求及健康土壤的要求。
4.生物炭具有良好的理化性质和养分调节能力，施入土壤后，由于其多孔性结构，且表面含氧官能团丰富，在镉污染土壤修复中能够有效地降低镉的生物有效性和迁移性，最终阻碍镉转移到植物体内，但是生物炭吸附镉污染物的选择性及其产物的稳定性均不够强。


技术实现要素：

5.本技术的主要目的在于提供一种土壤镉污染修复剂及其修复方法，可以有效的改良土壤镉污染，调节土壤理化性质，提高土壤肥力，促进作物生长。
6.为了实现上述目的，本技术提供了一种土壤镉污染修复剂，以重量份计，包括改性生物质炭60-80份、有机肥20-30份、骨粉5-10份以及枯草芽孢杆菌0.2-1份。
7.进一步的，改性生物质炭包括生物炭颗粒、凹凸棒土以及黄腐酸。
8.进一步的，改性生物质炭采用如下步骤进行制备：步骤1：按重量份称取1份生物炭颗粒、0.2-0.4份凹凸棒土以及0.01-0.3份黄腐酸；步骤2：向上述材料加入水，配制成20％-40％的溶液，调节ph为8.5；步骤3：保持温度为30-40℃，转速为150-250rpm，对溶液震荡平衡48h；步骤4：采用离心装置去除上清液，剩余的固体沉淀物进行干燥，干燥温度为65℃，形成改性生物质炭；步骤5：将改性生物质炭粉碎过100目筛备用。
9.进一步的，步骤1中的生物炭颗粒的直径为0.15-0.20mm。
10.此外，本技术还提供了一种应用土壤镉污染修复剂的修复方法，包括如下步骤：步骤1：对镉污染土壤进行翻耕，翻耕深度为20cm，每亩土壤加入土壤镉污染修复剂100-500kg，并保持含水量为40％-70％；步骤2：种植前再次对土壤进行翻耕，翻耕后暴晒10-20天；步骤3：在土壤中施用磷酸氢二铵肥，然后种植富集镉的植物，待植物生长4周后将植株清除，进行无害化处理；步骤4：取样测量植物中的镉含量，并分析是否达标，如果不达标，则
结合土壤理化性质，继续重复上述步骤1-3。
11.本发明提供的一种土壤镉污染修复剂及其修复方法，具有以下有益效果：
12.本技术以改性生物质炭联合富集镉植物修复含镉污染的土壤，采用不同强化措施的联合使用，达到了优势互补，提高了修复效率，并实现了土壤的可持续利用，有效的改良了土壤镉污染的情况，调节了土壤理化性质，提高了土壤肥力，促进了作物生长，并且没有二次污染的风险。
附图说明
13.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，使得本技术的其它特征、目的和优点变得更明显。本技术的示意性实施例附图及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
14.图1是土壤中总镉的含量以及添加不同实施例的修复剂对土壤处理后有效镉的含量。
具体实施方式
15.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
16.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
17.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
18.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
19.另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。
20.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
21.本技术实施例提供土壤镉污染修复剂及其修复方法，以改性生物质炭联合富集镉植物共同修复含镉污染的土壤，其中生物质炭具有良好的理化性质和养分调节能力，施入土壤后，由于其多孔性结构，且表面含氧官能团丰富，在镉污染土壤修复中能够有效地降低
镉的生物有效性和迁移性，最终阻碍镉转移到植物体内，但是生物质炭吸附镉污染物的选择性及其产物的稳定性均不够强，所以对生物质炭进行了改性，在生物质炭中加入了黄腐酸和凹凸棒土，形成了改性生物质炭，其中黄腐酸的酸性位点多，更易结合金属离子，使金属离子由游离态转换为有机结合态，而结合态金属比游离态金属离子更难被生物吸收，因此，黄腐酸不仅能提升土壤肥力促进农业发展，而且还能有效抑制土壤中的无机污染物质的迁移、转化等过程，凹凸棒土由于具有独特的纳米棒状晶体结构，在搅拌下能够快速水合，同时棒晶间通过静电和范德华力作用形成三维网状结构。骨粉是含磷材料的一种，其主要组成成分是矿物盐、蛋白质和脂肪等，无机矿物盐的主要存在形式为无定形磷酸氢钙和羟基磷灰石晶体，含磷材料能有效降低土壤中镉的生物有效性，施用骨粉材料不仅可以修复受重金属污染土壤，还可以改变土壤的理化性质，使土壤肥力增加。枯草芽孢杆菌是一类革兰氏阳性杆状好氧菌,在环境中广泛存在，对人畜无害,并具有无致病性、环境兼容性好、不易产生抗药性等优点。枯草芽孢杆菌可降低土壤有效态cd含量，缓解cd胁迫对植物生长的影响。此外，通过研究表明，十字花科芸薹属植物具有较强的吸收累积镉的能力，白菜是十字花科芸薹属蔬菜(富集镉植物)之一，因此白菜可以作为镉污染土壤的修复替代种植作物，是一种绿色经济高效的镉污染土壤修复技术方法，通过改性生物质炭并且结合白菜的种植，能够更好的实现对土壤镉污染的修复。
22.下面结合具体的实施例，对本技术做进一步的说明：
23.供试地为唐山市迁安市建昌营镇镉污染农田，测定其性质：ph7.20、有机质16.8g/kg、全氮1.13g/kg、碱解氮128mg/kg、有效磷43mg/kg、速效钾162mg/kg、镉含量1.87mg/kg、有效态镉0.35mg/kg。
24.首先制备改性生物质炭：步骤1：按重量份称取1份玉米秸秆生物炭颗粒、0.4份凹凸棒土以及0.04份黄腐酸；步骤2：向上述材料加入水，配制成30％-40％的溶液，调节ph为8.5；步骤3：保持温度为35℃，转速为200rpm，对溶液震荡平衡48h；步骤4：采用离心装置去除上清液，剩余的固体沉淀物进行干燥，干燥温度为65℃，形成改性生物质炭；步骤5：将改性生物质炭粉碎过100目筛备用，然后进行土壤镉污染修复剂的制备:
25.实施例1
26.制备土壤镉污染修复剂，其中，以重量份计，放入改性生物质炭60份、有机肥20份、骨粉10份、枯草芽孢杆菌0.5份。
27.实施例2
28.制备土壤镉污染修复剂，其中，以重量份计，放入改性生物质炭70份、有机肥25份、骨粉5份、枯草芽孢杆菌1份。
29.实施例3
30.制备土壤镉污染修复剂，其中，以重量份计，放入改性生物质炭65份、有机肥25份、骨粉10份、枯草芽孢杆菌0.5份。
31.在实施例1、实施例2以及实施例3中，枯草芽孢杆菌的有效活菌数≥200亿/克，选择4块镉含量相当的污染土壤进行试验，先进行土壤翻耕，翻耕深度为20cm，然后第一块地不加入任何修复剂，第二块地每亩加入100kg的实施例1中的修复剂，第三块地每亩加入300kg的实施例2中的修复剂，第四块地加入500kg的实施例3中的修复剂，其他条件相同，保持每块地含水量60％左右，稳定15d，五点采样法取得土壤样品，置于阴凉通风处干燥后过
20目筛，测定土壤ph值和有效态镉含量。土壤有效态镉以dtpa作提取剂，采用《土壤质量有效态铅和镉的测定-原子吸收法》(gb/t23739-2009)检测方法，共设4个处理，各处理3次重复，随机区组排列，小区间间隔0.5m，具体试验结果如下表所示：
32.处理ph有效态镉(mg/kg)有效态镉降低率(％)不加修复剂7.210.35—加实施例17.270.328.57加实施例27.320.2820加实施例37.410.2237.10
33.表1：土壤的ph值及有效态镉的含量
34.通过表1可以看出，添加土壤镉污染修复剂后，土壤的ph值上升、土壤有效镉含量均有不同程度降低，尤其添加高剂量(500kg/亩)的土壤镉污染修复剂，ph值升高和有效镉含量降低差异显著。
35.然后对上述各地再次进行处理，对土壤进行翻耕，翻耕后暴晒10天；在土壤中施用磷酸氢二铵肥，然后种植白菜品种“四季小白菜”，待白菜生长4周后测量土壤基本理化性质、植物生长情况和镉含量，小白菜镉含量按《食品中镉的测定》(gb/t5009.15-2003)检测方法，检测结果如下表所示：
[0036][0037]
表2：土壤基本理化性质
[0038][0039]
表3：植物生长情况和各部分的镉含量
[0040]
通过表2-表3以及图1可以看出，土壤镉修复剂有效降低土壤有效态镉含量，提升
了土壤的肥力，降低了镉对作物的胁迫作用，促进了的白菜的生长发育，进而提高白菜的产量。《食品安全国家标准食品中污染物限量》(gb2762-2017)叶菜蔬菜中镉限量为0.2mg
·
kg-1
，加入实施例3中的白菜镉含量符合国家限量标准，而针对一次修复未达标的处理，回收镉超标的植物后进行无害化处理，再次进行修复处理。
[0041]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。