專利名稱：一種快速原位修復重金屬污染土壤的方法
技術領域：
本發明涉及污染土壤原位修復技術，具體涉及一種原位治理和修復土壤重金屬鎘
污染的方法。本發明能夠對污染土壤中的重金屬鎘進行原位鈍化固定，降低土壤重金屬的 生物有效性，減少農作物和蔬菜對重金屬的吸收積累，保障農產品安全。
背景技術：
由于采礦冶煉、污水灌溉、農藥化肥的大量施用等原因，導致我國大量耕地出現嚴 重的重金屬污染。土壤中重金屬不經歷微生物或化學降解過程，殘留在土壤中的重金屬元 素可能滲漏到地下水中，污染人們的生活飲用水。同時也可能通過不同途徑進入食物鏈，在 食物鏈不同營養級中累積放大，這些重金屬元素不但對土壤環境本身和農產品質量產生威 脅，也極大地影響了人類和動物的健康。異位修復是將受污染的土壤轉移集中處理，由于該 類方法工程量大，處理成本高，不適合大面積重金屬污染土壤修復。原位修復因其操作和成 本上的優越性，在面源重金屬污染治理中是首要選擇。原位鈍化技術通過添加外源物質改 變土壤中重金屬的存在形態，減少重金屬的淋溶性和生物有效性，降低重金屬的潛在生態 危害性。傳統的鈍化劑主要以石灰、磷酸鹽和生物固體為材料，不易獲取且成本較高。并且 傳統的固定劑在單一重金屬污染土壤修復中效果比較顯著，而對幾種重金屬元素伴生污染 土壤的處理效果并不突出。傳統的固定劑在修復過程中也不能補充土壤養分。
秸稈通常指小麥、水稻、玉米、薯類、甘蔗和其它農作物在收獲籽實后的剩余部分。 秸稈富含氮、磷、鉀、鈣、鎂和有機質等，是一種多用途、可再生的生物資源。中國每年生產 5. 541億噸的秸稈，農民焚燒過剩秸稈帶來嚴重的資源浪費和環境污染問題。在作物秸稈資 源中，以水稻秸稈最多，達1. 752億噸，占秸稈總量的31. 6%，從提供的N、P205、K20養分看， 水稻比例最大，分別為32. 3%、33. 3%、40. 6%。秸稈還田后可使作物吸收的大部分營養元 素歸還給土壤，增加土壤有機質，對維持土壤養分平衡起著積極作用。同時還可改善土壤團 粒結構和理化性狀，增加土壤肥力，提高作物產量，節約化肥用量，促進農業可持續發展。秸 稈含有大量的木質素和纖維素，施入重金屬污染土壤后通過增加土壤有機質，特別是腐殖 物質含量，通過吸附、絡合等途徑降低土壤中水溶性和可交換態重金屬比例，降低重金屬的 生物有效性。
發明內容
本發明的目的是為了解決目前重金屬污染特別是鎘污染土壤修復方法存在成本 高、易造成二次污染和操作復雜的問題，開辟一條合理利用作物秸稈，減少資源浪費和環境 污染，同時為重金屬污染土壤的整治修復提供廉價高效且環保的原位固定技術。
本發明通過以下技術方案實現 —種快速原位修復土壤重金屬鎘污染的方法，其要點是將含水量為5%的水稻秸 稈粉碎至小于或等于2厘米的秸稈，將所述秸稈與所述受重金屬污染的0-20cm的表層土壤 混合處理(例如翻耕使秸稈與土壤混合)90天，按污染土壤中鎘含量為4. 55mg/kg為標準，在種植白菜的地塊秸稈使用量為15. 4噸/公頃；在種植小麥的地塊秸稈使用量為23. 2噸 /公頃，處理90天后再種植農作物或蔬菜，就能達到修復重金屬污染的目的。
本發明與其它重金屬污染土壤修復劑相比具有如下特點和優勢1)原料取自稻 草秸稈，以廢治污，環境意義顯著；2)原料取材方便，成本較低，適用于大面積重金屬污染 土壤修復；3)本修復劑組分為有機物，對環境友好，不會造成二次污染；4)本修復劑富含營 養元素，可增加土壤肥力，提高作物產量，降低化肥施用量；5)修復效果好，對多種重金屬 離子具有同時固定的效果，降低重金屬的生物有效性，減少農作物和蔬菜對重金屬的吸收 累積。
圖1、圖2 :是采用本發明技術，污染土壤中的水溶/可交換態和有機結合態銅、鎘 含量變化圖。
圖3、圖4 :利用本技術修復污染土壤后，收獲的小麥籽粒中銅、鎘含量(湖北，大冶 有色金屬公司冶煉廠附近，測定土壤全鎘含量4. 55mg/kg，全銅含量為289. 9mg/kg)。
圖5 :采用本技術修復污染土壤后收獲的小白菜產量。 圖6、圖7 :采用本發明修復重金屬污染土壤后，收獲的小白菜地上部銅和鎘的含 量(試驗地點選在湖北，大冶有色金屬公司冶煉廠附近，測定土壤全鎘含量4. 55mg/kg，全 銅含量為289. 9mg/kg)。
具體實施方式
實施例1 試驗地點選在湖北，大冶有色金屬冶煉廠附近，土壤全鎘含量4.55mg/kg，全銅含 量為289. 9mg/kg。將晾干的水稻秸稈(含水量為5% )采用機械方式粉碎，使其長度等于 或小于2cm，作為修復被鎘污染土壤的修復材料。修復材料的重金屬固定效果采用田間試驗 方式驗證。 將水稻秸稈施入污染土壤的表層(0-20cm)，施用量為0、5. 2、7. 7、10. 3、15.4、 23.2噸/公頃，三個月(即90天)后取土樣分析。修復后的土壤pH、有機質和有效磷含量 見表1。 表l本發明修復后的土壤pH、有機質和有效磷含量測試
秸稈施用量pH有機質有效磷
(噸/公頃)(gkg-1)(mg kg-1)
06.0429. 820.1
5.26.1236.722.2
7.76.2439.124.0
10.36.3641.527.2
15.46.5343.630.5
23.26.6146.234.9 采用Sposito連續提取方法(Sposito G， Lund J L， Chang A C. Trace metal chemistry in arid—zone field soilsamended with sewage sludge :1.Fractionationof Ni， Cu， Zn， Cd， and Pb in solid phases. Soil Sci Soc Am J， 1982,46 :260-264)依次 提取土壤中水溶/可交換態、有機結合態、無機結合態和殘留態銅和鎘，四種形態重金屬的 植物有效性依次降低，并以水溶態和可交換態的生物有效性最高，具體結果見圖1、圖2。
本發明的修復材料(秸稈)施用后土壤pH、有機質和有效磷的變化如表l所示。與 對照相比，施用秸稈能顯著提高土壤pH、有機質和有效磷含量，且隨施用量增加而效果更加 顯著。土壤的pH最大提高了 0. 57個單位，有機質和有效磷最高分別增加了 55.0% 、73.6%。
水稻秸稈施入土壤后，土壤中的水溶/可交換態和有機結合態銅、鎘含量變化 見圖1、圖2所示。水稻秸稈施用可顯著降低水溶/可交換態銅、鎘含量，最大分別降低 96.9%、99.0%。施用水稻秸稈能夠明顯提高土壤中有機結合態銅、鎘含量，最大分別增 加41%、163%。 土壤無機結合態銅、鎘含量隨固定劑的施用量增加而提高，最大分別增加 10. 1%、跳8%。
實施例2 將所述的2cm水稻秸稈施入被鎘污染土壤的表層(0-20cm)，混勻，施用量為0、 7.7、15.4、23.2噸/公頃，三個月后播種小麥。待小麥成熟后收獲籽粒。籽粒在65t:下烘 干約48h，經不銹鋼粉碎機粉碎，過60目尼龍篩。小麥籽粒中鎘、銅測定采用硝酸-高氯酸 消煮，原子吸收分光光度法測定。 土壤修復后種植收獲的小麥籽粒中銅、鎘含量見圖3、圖4，水稻秸稈的施用可顯 著降低小麥籽粒中銅、鎘含量。籽粒中銅含量由對照處理的8.56mg kg—1條低到3.21mg kg一、下降62.5X，達到無公害農產品要求的水平(參見圖3)。籽粒中鎘含量由對照處理的 1. 37mg kg—1降低到O. 108mg kg—、下降92. 1 %，接近無公害農產品要求的水平(參見圖4)。
實施例3 將2cm長的水稻秸稈施入被鎘污染土壤的表層(0-20cm)，混勻，施用量為0、5. 2、 10. 3、 15. 4噸/公頃，三個月后播種小白菜。待小白菜成熟后收獲地上部，并記錄小白菜產 量。植物樣在65t:下烘干約48h，經不銹鋼粉碎機粉碎，過60目尼龍篩。小白菜地上部中 鎘、銅測定采用硝酸_高氯酸消煮，原子吸收分光光度法測定。 修復土壤種植小白菜的產量如圖5所示。施用水稻秸稈能明顯提高小白菜產量， 最大增產126.5%。小白菜地上部中銅、鎘含量見圖6、圖7。施用水稻秸稈可顯著降低小白 菜地上部中銅、鎘含量。小白菜地上部中銅含量由對照處理的7.23mg kg—1降低到3.05mg kg—、下降57.8X，達到無公害農產品要求的水平(參見圖6)。小白菜地上部中鎘含量由對 照處理的1. 45mg kg-1降低到O. llmg kg—、下降92. 4% ，達到無公害農產品要求的水平(參 見圖7)。
權利要求
一種快速原位修復土壤重金屬鎘污染的方法，其特征在于，將含水量為5％的水稻秸稈粉碎至小于或等于2厘米的秸稈，將所述秸稈與所述受重金屬鎘污染的0-20cm的表層土壤混合處理90天，以污染土壤中鎘含量為4.55mg/kg為標準來計算，在作為種植白菜的地塊秸稈使用量為15.4噸/公頃；在作為小麥種植的地塊秸稈使用量為23.2噸/公頃。
全文摘要
本發明屬于重金屬污染土壤原位修復技術領域，具體涉及一種原位治理和修復土壤重金屬鎘污染的方法。其特征在于，將含水量為5％的水稻秸稈粉碎至小于或等于2厘米的秸稈，將所述秸稈與所述受重金屬污染的0-20cm的表層土壤混合處理90天，按污染土壤中鎘含量為4.55mg/kg為標準，在種植白菜的地塊秸稈使用量為15.4噸/公頃；在種植小麥的地塊秸稈使用量為23.2噸/公頃。應用本發明技術處理三個月后的農田即可進行農業種植。本發明為受重金屬鎘污染的農田土壤提供了一種節能、快速、環境友好的原位修復方法。
文檔編號B09C1/00GK101722182SQ200910273440
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月30日 優先權日2009年12月30日
發明者易普拉欣, 李明, 梁巍, 榮興民, 蔡鵬 , 黃巧云 申請人:華中農業大學