利用生物质炭协同植物间作修复锌镉复合污染土壤的方法技术

本发明专利技术涉及重金属复合污染土壤的植物修复技术领域，公开了利用生物质炭协同植物间作修复锌镉复合污染土壤的方法，包括以下步骤：在锌镉复合污染土壤中加入生物质炭，得到基质；在基质中间作伴矿景天和玉米，生物质炭的施加量为锌镉复合污染土壤质量的1％～5％，生物质炭为羊粪基生物质炭。本发明专利技术采用生物质炭协同伴矿景天与玉米间作修复锌镉复合污染土壤是一种可行的修复模式，既可以稳步降低锌镉复合污染土壤中的Zn2+、Cd2+含量，又能够在一定程度上增加农作物产量，保证农民具有一定的经济收益，可以满足“边生产、边修复”的实际需要。

Remediation of zinc cadmium contaminated soil by biochar and plant Intercropping

The invention relates to the technical field of phytoremediation of heavy metal compound contaminated soil, and discloses the method of using biomass carbon to repair zinc and cadmium compound contaminated soil with plants, including the following steps: adding biomass carbon to the compound contaminated soil of zinc and cadmium and obtaining the substrate; in the middle of the matrix, the soil and the corn and the biomass are used. The amount of carbon applied was 1% to 5% of the soil polluted by zinc and cadmium, and biomass carbon as sheep manure based biomass carbon. It is a feasible repair mode to use biomass carbon to repair zinc and cadmium contaminated soil with Sedum and corn. It can not only reduce the content of Zn2+ and Cd2+ in the zinc cadmium contaminated soil steadily, but also increase the crop yield to a certain extent, so that farmers have certain economic benefits and can be satisfied. The actual needs of \side production and edge repair\.

【技术实现步骤摘要】
利用生物质炭协同植物间作修复锌镉复合污染土壤的方法
本专利技术涉及重金属复合污染土壤的植物修复
，尤其涉及了利用生物质炭协同植物间作修复锌镉复合污染土壤的方法。
技术介绍
当前，土壤重金属污染已经成为一个全球性的环境问题。土壤重金属污染具有滞留时间长、无法通过降解去除等特点，对环境和人类的危害具有长期性、累积性和不可逆性，治理的难度也非同一般。我国人多地少，土地是许多农户赖以生存的最基本的生产资料。因此，在没有其他经济来源的情况下，即便土地遭受了污染，农民仍然会继续进行耕作。因此，研发具有实用价值的土壤重金属修复技术具有重要的理论意义和现实意义。土壤的植物修复技术起源于上世纪80年代末，与成本高昂的化学与物理修复技术相比，植物修复技术具有经济、绿色、二次污染风险小的优势，已经逐步成为治理污染土壤的一种新型的修复技术。其主要机理就是利用植物去除、转移、减少、降解污染物载体中的有害污染物。植物修复不仅对土壤中的重金属和有机污染物有修复效果，也对水中的富营养化、大气中的有毒有害气体有一定的修复效果。植物修复技术具体可细分为植物提取、植物固定、植株挥发、植物过滤等。其中，植物提取是最具潜力的植物修复技术。间作是我国传统农艺措施之一。间作不仅可以提高土地利用率，而且可以增加植物复合群体对光能的利用效率。已有部分国内外学者尝试通过间作进行土壤重金属污染修复，但是对于间作对于植物体内重金属累积的影响结果却不尽相同。例如，Whiting等研究结果发现，与单种相比，Zn超积累植物Thlaspicaerulescens和非超积累植物T.arvense间作后，T.caerulescens的Zn吸取量明显增加，而T.arvense的Zn吸取量却明显降低(S.N.WHITING,J.R.LEAKE,S.P.MCGRATH,etal.HyperaccumulationofZnbyThlaspicaerulescensCanAmeliorateZnToxicityintheRhizosphereofCocroppedThlaspiarvense[J].EnvironmentalScience&Technology,2001,35(15):3237-3241)。油菜与镉积累植物印度芥菜间作种植时，油菜地上部的Cd含量显著高于单作条件对照处理(王激清，茹淑华，苏德纯.印度芥菜和油菜互作对各自吸收土壤中难溶态镉的影响[J].环境科学学报，2004，24(5)：890-894)。生物质炭主要是利用其较高的比表面积和复杂的多孔性结构等优点，可以吸附固定土壤中的重金属，进而改变重金属在土壤中的生物有效性和迁移性。另外，生物质炭也可以通过改变土壤的理化性质，来影响土壤中重金属的生物有效性。目前，生物质炭对污染土壤中重金属的修复的主要研究方法是吸附实验和固定化试验。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中单一利用超积累植物存在修复周期较长、农民的经济利益无法保障，而且被认为只适合用于修复轻度污染的农田土壤等缺点，提供了利用生物质炭协同植物间作修复锌镉复合污染土壤的方法，结合当前我国农村经济发展状况和修复基金不足的实际情况，提出利用生物质炭协同玉米和伴矿景天间作对锌镉复合污染土壤的修复模式，探索一种对锌镉复合污染土壤可行的“边生产、边修复”的修复模式，为我国重金属污染土壤修复工程实践提供理论基础。为了解决上述技术问题，本专利技术通过下述技术方案得以解决：利用生物质炭协同植物间作修复锌镉复合污染土壤的方法，包括以下步骤：(1)在锌镉复合污染土壤中加入生物质炭，得到基质；(2)在基质中间作伴矿景天和玉米。作为优选，生物质炭的施加量为锌镉复合污染土壤质量的1％～5％。作为优选，生物质炭为羊粪基生物质炭。作为优选，羊粪基生物质炭的制备方法包括：羊粪除去杂物、自然风干后，研磨至粒径小于20目，在充氮气条件下，于热解炉中热解，冷却后过80目筛，得到羊粪基生物质炭。本专利技术的羊粪基生物质炭比表面积大，孔隙结构好，结构疏松，通过对羊粪基生物质炭的表征，可以发现其有可以与重金属发生络合作用的羟基、羧基等含氧官能团，主要通过官能团的络合作用与表面吸附和金属发生作用。羊粪基生物炭对于Zn2+、Cd2+动力学吸附符合准一级动力学方程，且拟合数据与实测数据符合程度最好，并且生物质炭对Zn2+的吸附量较Cd2+的吸附量更多。另外，该生物质炭具有良好的理化性质，而且对Zn2+、Cd2+均具有良好的吸附性能，与活性炭具有可比性，因此，适合作为重金属钝化剂用于锌镉复合污染土壤的修复。作为优选，热解炉的温度为450～550℃，热解时间为1～2h。作为优选，玉米采用直播种植，伴矿景天采用扦插种植。作为优选，伴矿景天与玉米的数量比为1:1。作为优选，基质的含水量为田间持水量的55％～65％，基质施加磷酸二氢钾和尿素，施用量为常规添加量。伴矿景天之间、玉米之间以及伴矿景天和玉米之间的株距和行距无特殊要求，常规种植即可。本专利技术由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：本专利技术在生物质炭的添加量为1％～5％时，玉米和伴矿景天间作中玉米的生物量高于玉米单作的18.7％；与伴矿景天单作相比，玉米和伴矿景天间作可以提高锌镉的修复效率，缩短锌镉复合污染土壤的修复年限；此外，本专利技术的玉米地上部和地下部均比其单作中的锌、镉含量显著降低，提升了玉米的食用安全性。因此，采用生物质炭协同玉米和伴矿景天间作修复锌镉复合污染土壤是一种可行的修复模式，既可以稳步降低锌镉复合污染土壤中的Zn2+、Cd2+含量，又能够在一定程度上增加农作物产量，保证农民具有一定的经济收益，可以满足“边生产、边修复”的实际需要。附图说明图1是实施例1的羊粪基生物质炭的电镜扫描图。图2是实施例1的羊粪基生物质炭的红外光谱图。图3是实施例1的羊粪基生物质炭的X射线衍射图谱。图4是实施例1的羊粪基生物质炭对Zn2+的吸附量随时间的变化曲线。图5是实施例1的羊粪基生物质炭对Cd2+的吸附量随时间的变化曲线。图6是实施例1-3、对比例1和对比例3的玉米生物量。图7是实施例1-3和对比例1-2中伴矿景天的锌镉含量变化，其中(a)为伴矿景天地上部锌含量，(b)为伴矿景天地下部锌含量，(c)为伴矿景天地上部镉含量，(d)为伴矿景天地下部镉含量。图8是实施例1-3、对比例1和对比例3中玉米的锌镉含量变化，其中(a)为玉米地上部锌含量，(b)为玉米地下部锌含量，(c)为玉米地上部镉含量，(d)为玉米地下部镉含量。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步详细描述。锌镉复合污染土壤采自浙江省杭州市富阳区环山乡诸佳坞村(29°95′00″N，119°93′66″E)，因长期施用石灰，呈弱碱性。采集0-20cm表层土壤，风干过后混匀、磨碎、过2mm尼龙筛。其基本理化性质如表1所示：表1锌镉复合污染土壤的基本理化性质供试玉米(Zeamays)购自浙江省农科院农科种业有限公司的浙糯玉6号(曾用名：花甜糯072)。实施例1羊粪基生物质炭的制备过程如下：羊粪除去杂物、自然风干后，研磨至粒径小于20目，在充氮气条件下，于热解炉中500℃热解1h，冷却至室温后过80目尼龙筛，得到羊粪基生物质炭，其基本理化性质如表2。表2羊粪基生物质炭的基本理化性质如图1所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.利用生物质炭协同植物间作修复锌镉复合污染土壤的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在锌镉复合污染土壤中加入生物质炭，得到基质；(2)在基质中间作伴矿景天和玉米。

【技术特征摘要】
1.利用生物质炭协同植物间作修复锌镉复合污染土壤的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在锌镉复合污染土壤中加入生物质炭，得到基质；(2)在基质中间作伴矿景天和玉米。2.根据权利要求1所述的利用生物质炭协同植物间作修复锌镉复合污染土壤的方法，其特征在于：生物质炭的施加量为锌镉复合污染土壤质量的1％～5％。3.根据权利要求1所述的利用生物质炭协同植物间作修复锌镉复合污染土壤的方法，其特征在于：生物质炭为羊粪基生物质炭。4.根据权利要求3所述的利用生物质炭协同植物间作修复锌镉复合污染土壤的方法，其特征在于：羊粪基生物质炭的制备方法包括：羊粪除去杂物、自然风干后，研磨至粒径小于20目，...

【专利技术属性】
技术研发人员：武帅，吴胜春，梁鹏，张进，曹玉成，
申请(专利权)人：浙江农林大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33