本发明涉及重金属污染的植物修复技术领域，具体的，涉及一种利用蒲儿根修复土壤重金属镉污染的方法。
背景技术
随着冶炼、电镀、皮革、肥料、养殖等工农业生产的发展，土壤镉污染日趋严重。环境中重金属镉污染具有长期性、隐蔽性和不可逆性等特点，其污染物在介质中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解，还可经食物链传递等途径最终将影响环境质量，危害人体健康。因此，研究新的镉污染土壤修复技术具有重要的现实意义。
利用对重金属具有修复潜力的植物(包括富集植物或超富集植物)进行重金属污染土壤的修复是当今环境科学的研究热点之一，在重金属土壤污染修复技术中具有较大的潜力。该技术是利用对重金属具有富集或超富集能力的植物将污染土壤中的重金属吸收起来，转运到植株地上部分器官，通过定期收割或收获植株地上部分，并将其灰化提取重金属。因此，它具有投资少、效率高等多种特点。
目前已开发出可用于修复土壤重金属镉污染的植物包括蒲儿根，它对镉有较强的耐性和积累能力。然而，现有的利用蒲儿根修复土壤重金属镉污染的方法仅限于将蒲儿根种植于被污染的土壤上，这种方式需要多次富集才能达到较好的治理效果，不仅费时费力，也会提高镉回收的成本，而且在治理镉污染的同时会大大降低土壤的肥力。
因此，有必要提供一种新的利用蒲儿根修复土壤重金属镉污染的方法以避免上述问题。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供一种利用蒲儿根修复土壤重金属镉污染的方法，该方法能提高蒲儿根对镉的富集效率、有效保留土壤肥力及改善土壤结构。
本发明的技术方案如下：
一种利用蒲儿根修复土壤重金属镉污染的方法，包括以下步骤：
对重金属镉污染的土壤进行深耕；
在深耕后的土壤中加入蚯蚓及其培养基，并在保持土壤含水量为50-75％的条件下进行熟化；
在熟化后的土壤中种植蒲儿根，对重金属镉污染的土壤进行修复；
收割蒲儿根植株。
优选地，蚯蚓及其培养基的加入量为1500-2000kg/亩，且蚯蚓与蚯蚓培养基的重量比为1:30-1:50，蚯蚓培养基的含镉量不超过50.00μg/kg。
优选地，在蒲儿根的生长期内喷洒脱落酸、植物生长素、细胞分裂素、乙烯、赤霉素、寡糖素和油菜固醇内酯中的至少一种。
优选地，在蒲儿根的生长期内喷洒植物激素，所述植物激素包括生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯和油菜素甾醇中的至少一种。
优选地，喷洒周期为15-20天，喷洒量为8-12g/亩。
优选地，利用蒲儿根修复土壤重金属镉污染的方法还包括：
利用蒲儿根植株进行生物质发酵生产沼气，并收集发酵后的残液及残渣；残渣干燥后进行灰化处理，并将灰化后的产物浸水得到混合物，该混合物过滤得到固体产物；滤液蒸发得到结晶产物，其中，固体产物和结晶产物可用于提取金属镉。
优选地，利用蒲儿根修复土壤重金属镉污染的方法还包括：
将蒲儿根植株干燥后进行灰化处理，并将灰化后的产物浸水得到混合物，该混合物过滤得到固体产物；滤液蒸发得到结晶产物，其中，固体产物和结晶产物可用于提取金属镉。
优选地，滤液采用低压蒸馏得到结晶产物。
优选地，处理前将蒲儿根植株切割成碎料。
优选地，所述的蒲儿根的种植方法为将蒲儿根种子种植于熟化后的土壤中或将蒲儿根幼苗移栽于熟化后的土壤中；蒲儿根种植的株距为25-35cm，行距为35-40cm。
本发明实施例提供的利用蒲儿根修复土壤重金属镉污染的方法，具有以下技术效果：所述利用蒲儿根修复土壤重金属镉污染的方法包括对重金属镉污染的土壤进行深耕；在深耕后的土壤中加入蚯蚓及其培养基，并保持土壤含水量为50-75％的条件下进行熟化；在熟化后的土壤中种植蒲儿根，对重金镉污染的土壤进行修复；收割蒲儿根植株。这样利用深耕及蚯蚓疏松土壤以改善土壤结构，从而可以促进蒲儿根根系的生长以提高蒲儿根根系扎入土壤的深度及单位土壤体积内的含根量，而蒲儿根根系越发达，使得蒲儿根根系对污染土壤中的金属镉的吸收效果越好，从而使得转运到蒲儿根植株地上部分器官中的金属镉越多，以达到提高蒲儿根对镉的富集效率的效果；同时，蚯蚓培养基的分解产物和蚯蚓采食蚯蚓培养基后的排泄物也能改善土壤肥力及改善土壤结构。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
所述利用蒲儿根修复土壤重金属镉污染的方法包括以下步骤：
步骤一、对金属镉污染的土壤进行深耕。深耕深度一般为20-40cm，例如，可以选择深度为20cm、25cm、30cm、40cm等。
步骤二、在深耕后的土壤中加入蚯蚓及其培养基，并在保持土壤含水量为50-75％的条件下进行熟化。土壤含水量可以为50％、60％、70％、75％等，其土壤含水量的保持可以通过水分传感器实时监测土壤含水量，并通过现有的自动化机械喷洒水控制；熟化时间一般为5-10天，其可以为5天、6天、7天、10天等，其具体熟化时间可以根据熟化期内的当地平均气温选择，当平均气温比较高时，可以适当减少熟化时间。
其中，蚯蚓培养基至少包括动物性培养基、植物性培养基、垃圾性培养基及工业废弃物性培养基中的一种。
动物性培养基可以选择牛粪、马粪、猪粪、鸡粪、鸭粪、羊粪、兔粪等畜禽粪便，其中，鸡、鸭、羊、兔等粪便含氮素较多，在配置蚯蚓培养基时不宜超过蚯蚓培养基总重量的25％。
植物性培养基可以选择玉米、小麦、水稻等农作物的秸秆或者各种野草、树叶等。
植物性培养基可以选择烂香蕉叶和杆、香蕉皮、烂菜叶、烂水果、西瓜皮、烂西红柿等。
工业废弃物性培养基可以选择糖渣、啤酒渣、食用菌栽培料渣、糠醛渣、酒糟、锯末等。
需要说明的是，为了便于蚯蚓的生长，蚯蚓培养基的氮碳比控制在20-30之间，并保证其松散不板结。
在本实施例中，蚯蚓培养基包括以重量份配比的如下组分：农作物秸秆粉料30-40份、牛粪、猪粪及鸡粪的粉料50-60份、麦麸20-40份、柚皮粉8-12份、em菌干粉2-5份及磷酸二氢铵5-10份。其中，农作物秸秆包括水稻秸秆、小麦秸秆及玉米秸秆，且水稻秸秆粉料：小麦秸秆粉料：玉米秸秆粉料的重量比为1:1.5:1；牛粪粉料：猪粪粉料：鸡粪粉料的重量比为2:1:1。
步骤三、在熟化后的土壤中种植蒲儿根，对重金属镉污染的土壤进行修复。
步骤四、收割蒲儿根植株。
在本实施例中，蚯蚓及其培养基的重量为1500-2000kg/亩，且蚯蚓与蚯蚓培养基的重量比为1:30-1:50，蚯蚓培养基的含镉量不超过50.00μg/kg。可以为1500kg/亩、1600kg/亩、1750kg/亩、2000kg/亩等；
在本实施例中，在蒲儿根的生长期内喷洒脱落酸、植物生长素、细胞分裂素、乙烯、赤霉素、寡糖素和油菜固醇内酯中的至少一种，或者，在蒲儿根的生长期内喷洒植物激素，所述植物激素包括生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯和油菜素甾醇中的至少一种。这样可以促进蒲儿根根系的生长以提高蒲儿根根系扎入土壤的深度及单位土壤体积内的含根量，从而可以提高每株蒲儿根对金属镉的富集量。
在本实施例中，喷洒周期为15-20天，喷洒量为8-12g/亩。例如，喷洒周期可以选择为15天、16天、17天、20天等；喷洒量为8g/亩、9g/亩、10g/亩、12g/亩等。
在本实施例中，利用蒲儿根修复土壤重金属镉污染的方法还包括：
利用蒲儿根植株进行生物质发酵生产沼气，并收集发酵后的残液及残渣；残渣干燥后进行灰化处理，并将灰化后的产物浸水得到混合物，该混合物过滤得到固体产物；滤液蒸发得到结晶产物，其中，固体产物和结晶产物可用于提取金属镉。或者，将蒲儿根植株干燥后进行灰化处理，并将灰化后的产物浸水得到混合物，该混合物过滤得到固体产物；滤液蒸发得到结晶产物，其中，固体产物和结晶产物可用于提取金属镉。
在本实施例中，利用蒲儿根植株进行生物质发酵生产沼气的方式不仅可以提高蒲儿根的经济利用价值，而灰化处理也可以减少能耗；同时，本发明提取金属镉的方法还可以提高单位重量的蒲儿根植株中金属镉的回收率，从而可以避免出现回收后残留物对环境的二次污染。
在本实施例中，滤液采用低压蒸馏得到结晶产物。
在本实施例中，处理前将蒲儿根植株切割成碎料。蒲儿根植株的切割可以采用切草机、破碎机等。
在本实施例中，所述的蒲儿根的种植方法为将蒲儿根种子种植于熟化后的土壤中或将蒲儿根幼苗移栽于熟化后的土壤中；蒲儿根种植的株距为25-35cm，行距为35-40cm。其中，蒲儿根种子种植的种植方法与蒲儿根幼苗移栽方法采用现有技术中的常规方法，对此不作具体说明。
在同一被污染的区域选择多个区域，多个区域内的土壤修复前含镉量为10.00±0.02mg/kg)，其中，一部分区域将蒲儿根直接种植在被污染的土壤上以作为对比实施例，另一部分通过本发明的方法将蒲儿根种植在被污染的修复后土壤上以作为本发明的实施例。
实验发现：对比实施例的被污染土壤的含镉量为6.00±0.02mg/kg；实施例的土壤修复后的含镉量为1.00±0.02mg/kg至3.50±0.02mg/kg，且在1500-2000kg/亩范围内，随着蚯蚓及其培养基的重量的增加，土壤修复后的含镉量越低。此外，实验还发现，当蚯蚓及其培养基的重量超过2000kg/亩后，随着蚯蚓及其培养基的重量的增加，土壤修复后的含镉量变化不大。
需要说明的是，测试土壤为每个区域分多个点采集的土壤样品，且采集深度为45cm；土壤中镉的测量采用gb17141-1997《土壤质量铅、镉的测定》测定；不同实施例中，蚯蚓及其培养基的量、喷洒物的量、熟化时间、深耕深度及喷洒周期不同，而其他条件与对比实施例相同。
上述实施例提供的利用蒲儿根修复土壤重金属镉污染的方法，至少具有以下技术效果：所述利用蒲儿根修复土壤重金属镉污染的方法包括对重金属镉污染的土壤进行深耕；在深耕后的土壤中加入蚯蚓及其培养基，并保持土壤含水量为50-75％的条件下进行熟化；在熟化后的土壤中种植蒲儿根，对重金镉污染的土壤进行修复；收割蒲儿根植株。这样利用深耕及蚯蚓疏松土壤以改善土壤结构，从而可以促进蒲儿根根系的生长以提高蒲儿根根系扎入土壤的深度及单位土壤体积内的含根量，而蒲儿根根系越发达，使得蒲儿根根系对污染土壤中的金属镉的吸收效果越好，从而使得转运到蒲儿根植株地上部分器官中的金属镉越多，以达到提高蒲儿根对镉的富集效率的作用；同时，蚯蚓培养基的分解产物和蚯蚓采食蚯蚓培养基后的排泄物也能改善土壤肥力及改善土壤结构。
以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已经以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。