立体模式修复土壤重金属污染的方法技术

立体模式修复土壤重金属污染的方法，是通过覆盖生物修复土壤，在土壤中添加微生物、动物和采取植被立体种植技术，来调节土壤水分、养分、pH值及氧化还原状况，增加土壤中的生物、微生物种类及数量等生态因子，对重金属污染的土壤环境进行调控，降低和去除土壤中的重金属污染物。通过回收、综合利用修复区的生物质，达到降低修复成本，实现对重金属污染区的治理和促进经济的良性发展。

Three dimensional model for remediation of heavy metal pollution in soil

Methods the three-dimensional model of the remediation of heavy metal contaminated soil, bioremediation is covered by soil, microorganism in soil animal, and take technology to adjust the planting vegetation, soil moisture and soil nutrient, pH value and redox status, increase in soil biological, microbial species and quantity of ecological factors, regulation on soil environment the heavy metal pollution, reduction and removal of heavy metal pollutants in soil. Through the recovery and comprehensive utilization of the biomass in the repair area, the cost of remediation can be reduced, and the treatment of heavy metal pollution areas can be realized and the benign development of the economy can be promoted.

【技术实现步骤摘要】
立体模式修复土壤重金属污染的方法
本专利技术涉及一种立体模式修复土壤重金属污染的方法，属于环保领域。
技术介绍
随着工业生产的高速发展、矿产资源的大量开发、化学产品（包括农药、化肥）的广泛使用，各种重金属通过多种途径进入环境，造成土壤污染。尤其是农田土壤重金属污染，每年造成的粮食损失就达数千亿元。土壤中的重金属污染物不容易被化学或生物降解，易通过食物链途径在植物、动物和人体内积累。重金属离子毒性大，已对生态环境、食品安全和人体健康构成严重的威胁。目前，土壤重金属污染的修复技术研究取得了长足发展，主要包括物理、化学、生物修复技术，但单一的修复技术很难应对复合污染物和大面积推广使用。本专利技术针对土壤重金属污染物的多样性和地域性，提出一种立体模式修复土壤重金属污染的方法，可降低修复成本，控制修复工作带来的生态风险。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种立体模式修复土壤重金属污染的方法，是通过覆盖生物修复土壤，在土壤中添加微生物、动物和采取植被立体种植技术，来调节土壤水分、养分、pH值及氧化还原状况，增加土壤中的生物、微生物种类及数量等生态因子，对重金属污染的土壤环境进行调控，降低和去除土壤中的重金属污染物。通过回收、综合利用修复区的生物质，达到降低修复成本，实现对重金属污染区的治理和促进经济的良性发展。在本申请中，所述的土壤包括耕地、滩涂、山地、矿区等土地。土壤重金属污染主要指汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）、铜（Cu）、锌（Zn）、镍（Ni）和类金属砷（As）等引起的土壤污染。本专利技术的实施方案概括如下：（1）在重金属污染区内及污染区四周，根据地形开挖排水沟，保证排水沟既能排水又能用于灌溉；（2）选晴天或阴天（非大风、降雨天），每亩撒施1～2t石灰粉；（3）施完石灰后，及时覆盖5～10cm厚富含有机质的土壤；（4）按株行距30～50×30～50cm成行间种辣蓼、野艾蒿、香根草；（5）种完三行辣蓼、野艾蒿、香根草后，在其边上按株行距50～80×50～80cm成行间种一行苎麻、一行小叶女贞；（6）辣蓼、野艾蒿、香根草、苎麻、小叶女贞成行间种，栽满重金属污染区后，再按株行距5～10×5～10m，开挖规格为50×50cm、深30～50cm的种植穴，种植麻疯树、泡桐、构树；（7）修复植物生长到一定时间、高度后，收获生物质；（8）综合利用污染修复区收集的生物质，回收重金属物质。石灰等中性材料（包括钙镁磷肥、碳酸钙）可提高土壤的pH值，其含有的碳酸盐(CO32-)、磷酸盐(PO43-)、氢氧化物(OH-)等离子，可与重金属离子结合形成难溶的化合物，降低重金属在土壤中的生物活性。石灰可提高土壤pH值，增加土壤胶体表面的负电荷，增加土壤胶体吸附重金属能力；H+的竞争作用减弱,重金属在土壤中与其主要载体，如有机质、铁锰氧化物等结合更牢固，重金属形态由强活性向惰性转化。有机质可改变土壤性质（酸碱性、氧化还原电位、有机质含量等），增加土壤阳离子交换量，中和土壤酸，改变重金属在土壤中的形态，从而降低其生物活性。有机肥中含有各种有机物，分解后向植物提供营养，改变植物的生理活性，进而影响植物对重金属的吸收。游离的重金属与土壤有机质结合，使重金属由可溶态转化为结合态，从而降低其生物利用率。各种有机物（如畜禽粪便、农作物秸秆、动物加工中的废水和废料、腐烂或剩余的农产品）发酵前需洒水捣碎或粉碎成5～10cm长，有机物与田园土或山地表层土按1:5～10混合，碳氮比控制在20～30之间，水分60％左右。通过添加石灰来调节pH值，将pH值控制在6.0～8.0。将充分混合的有机物堆成宽度为2～5m，高1～3m，长度根据地形、原料情况而定。堆积3～4天后，堆内温度可达至50～60℃，10～15天翻堆1次，经过3～4次翻堆后，有机物充分腐熟。微生物对重金属污染土壤的修复机理，包括生物吸附和生物转化。微生物吸附分为胞内吸附、细胞表面吸附和胞外吸附。胞内吸附主要是通过重金属离子与细胞内的金属硫蛋白、络合素以及一些多肽结合，在细胞内沉淀固定。微生物通过带电荷的细胞表面吸附重金属离子，或通过摄取必要的营养元素主动吸收重金属离子，将重金属离子富集在细胞表面或细胞内。微生物对重金属的生物转化作用包括：氧化还原、甲基化与去甲基化以及络合配位等，转化重金属离子，降低其生物毒性，减少环境中的有毒重金属离子。细菌的细胞壁带有负电荷，细菌表面具有阴离子的性质，土壤中的重金属离子与细菌携带的羧基阴离子和磷酸阴离子发生相互作用而被固定。能够修复重金属污染土壤的细菌有假单胞菌属（Pseudomonasspp.）、芽孢杆菌属（Bacillusspp.)、根瘤菌属（Rhizobiumspp.）、趋磁性细菌（Magnetotacticbacteria）和工程菌等，芽孢杆菌属细菌中的蜡状芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等对重金属有良好的耐受性和吸附性。蜡状芽孢杆菌兼性好氧，对外界有害因子抵抗力强，属革兰氏阳性。适宜生长温度20～45℃，10℃以下生长缓慢或不生长，50℃以上不生长。蜡状芽孢杆菌可产生抗菌物质，抑制有害微生物的繁殖，降解土壤中的营养成分，改善生态环境。可还原硝酸盐，硝酸盐能被植物吸收。真菌细胞通过螯合作用吸附重金属，真菌细胞壁的多孔结构使其活性化学配位体在细胞表面合理排列并和重金属离子结合。通过其细胞壁上的活性基团（如巯基、羧基、羟基等）与重金属离子发生定量化合反应而达到吸收的作用。能够修复重金属污染土壤的真菌有酿酒酵母、假丝酵母、黄曲霉、黑曲霉、青霉菌、白腐真菌、食用菌等。黑曲霉能裂解大分子有机物和难溶无机物，便于作物吸收利用，改善土壤结构，增强土壤肥力，提高作物产量。黑曲霉对Mn、Cu、Mo、Zn有抗性和吸附性。细菌和真菌还可能产生铁载体，与重金属（Al、Cd、Cu、Ga、In、Pb、Zn等）发生络合反应，降低土壤中重金属离子的危害。蚯蚓可以分泌成分复杂的胶粘物质，含有-COOH、-NH2、-C=O等活性基团，能够络合、螯合重金属，提高土壤中重金属的活性。可明显增加土壤中DTPA（二乙烯三胺五乙酸）提取态重金属Cu、Cd、Zn、Pb、Cr、Mn、As的含量。蚯蚓对重金属有一定的耐受能力和富集能力，对不同重金属的耐受和富集能力不同。在蚯蚓的耐受范围内，当蚯蚓吸收的重金属积累到一定程度就会通过粪便和身体分泌物排出；当蚯蚓吸收的重金属超过了蚯蚓的耐受范围，则会毒害蚯蚓。蚯蚓体内的黄色细胞具有蓄积Hg、As、Pb、Cu、Cd、Cr、Zn等重金属的作用。蚯蚓是杂食性动物，最适宜生长温度为15~25℃，当温度低5℃时开始冬眠，0℃以下易冻死。当温度高于32℃时停止生长，40℃以上易热死。蚯蚓喜暗怕光，昼伏夜出，喜欢在月光下活动觅食。喜湿、怕干，喜欢在疏松、透气性好、安静、有机质丰富的土壤中生长。春末初夏和初秋是蚯蚓产卵高峰期。蚯蚓人工繁殖时，选择在气温5～30℃的晴天或阴天，将腐熟的有机物堆散开，并适当加水翻动，使水分达到70%～80%。取少量的有机质，将蚯蚓放在上面，如果蚯蚓不愿进入料中，说明有机质腐熟不完全，需要继续发酵。或者原料湿度不够与疏松不够。将疏松的有机质堆成宽1～2m，高20～30cm的长条，长度根据地形、原料情况而定。按每立方米有本文档来自技高网...

【技术保护点】
立体模式修复土壤重金属污染的方法，该方法包括：（1）在重金属污染区，根据地形开挖排水沟，保证排水沟既能排水又能用于灌溉；（2）选非降雨天，每亩撒施1～2t石灰粉；（3）施完石灰后，及时覆盖5～10cm厚富含有机质的土壤；（4）按株行距30～50×30～50cm成行间种辣蓼、野艾蒿、香根草；（5）种完三行辣蓼、野艾蒿、香根草后，在其边上按株行距50～80×50～80cm成行间种一行苎麻、一行小叶女贞；（6）辣蓼、野艾蒿、香根草、苎麻、小叶女贞成行间种，栽满重金属污染区后，再按株行距5～10×5～10m，开挖规格为50×50cm、深30～50cm的种植穴，种植麻疯树、泡桐、构树；（7）修复植物生长到一定时间、高度后，收获生物质；（8）综合利用污染修复区收集的生物质，回收重金属物质。

【技术特征摘要】
1.立体模式修复土壤重金属污染的方法，该方法包括：（1）在重金属污染区，根据地形开挖排水沟，保证排水沟既能排水又能用于灌溉；（2）选非降雨天，每亩撒施1～2t石灰粉；（3）施完石灰后，及时覆盖5～10cm厚富含有机质的土壤；（4）按株行距30～50×30～50cm成行间种辣蓼、野艾蒿、香根草；（5）种完三行辣蓼、野艾蒿、香根草后，在其边上按株行距50～80×50～80cm成行间种一行苎麻、一行小叶女贞；（6）辣蓼、野艾蒿、香根草、苎麻、小叶女贞成行间种，栽满重金属污染区后，再按株行距5～10×5～10m，开挖规格为50×50cm、深30～50cm的种植穴，种植麻疯树、泡桐、构树；（7）修复植物生长到一定时间、高度后，收获生物质；（8）综合利用污染修复区收集的生物质，回收重金属物质。2.根据权利要求1项的方法，其中在步骤（3）富含有机质的土壤，其特征是，先将农作物副产品粉碎成5～10cm长，与未被重金属污染的田园土按1:5～10混合，加入动物粪便，将碳氮比控制在20～30之间；加入适量的水、石灰，使原料的水分达到60%～70%，pH值控制在6.0～8.0；混合均匀后的有机物起堆，堆宽度为2～5m，高1～3m，长度根据地形、原料情况而定；10～15天翻堆1次，经过3～4次翻堆后，有机物充分腐熟；在充分腐熟的有机物中加入芽孢杆菌进行翻动，再将疏松的有机质堆成宽1～2m，高20～30cm的长条，长度根据地形、原料情况而定；按每立方米有机物中投放100～500条蚯蚓，即完成富含有机质的土壤制作。3.根据权利要求1项的方法，其中在步骤（4）成行间种辣蓼、野艾蒿、香根草，其特征是，辣蓼采用种子繁殖，当气温达到10℃以上时，按株间距30～50×30～50cm，开挖种植穴，每穴内放5～8粒辣蓼种子，再覆盖1～2cm细土；野艾蒿在3月采用种子繁殖，按株间距30～50×30～50cm，开挖种植穴，每穴内放5～8粒野艾蒿种子，再覆盖1～2cm细土；香根草采用分蘖繁殖，气温在10～25℃时，按株间距30～50×30～50cm，开挖种植穴，每穴栽种2～3株香根草，将香根草四周压紧，并适当浇水，保持土壤湿润。4.根据权利要求1项的方法，其中在步骤（5）间种一行苎麻、一行小叶女贞，其特征是，气温在15～25℃时，将土壤打碎耙平，每亩均匀撒种2～3kg苎麻种子，撒完种后适当洒水、遮阴，保持土壤湿润5～7天萌芽；30～45天苗高10cm以上时，进行移栽；按株间距50～80×50～80cm，开挖种植穴，每穴栽种1～2株苎麻，四周压紧并适当浇水，保持土壤湿润；小叶女贞采用扦插繁殖，扦插时间为3～4月份，选取两年生枝条，剪成15...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷学军，
申请(专利权)人：雷学军，
类型：发明
国别省市：湖南,43