一种利用能源植物甜高梁及其衍生产品可持续性修复含镉盐碱地的方法技术

一种利用能源植物甜高梁及其衍生产品可持续性修复含镉盐碱地的方法，涉及综合环境修复技术领域。本发明专利技术的目的是为了解决镉污染对植物的生理生化造成不利影响，以及抑制叶绿素的生物合成进而导致植物生物量的减少或植物死亡等现象的问题。方法：首先在含镉盐碱地上种植能源作物甜高梁，成熟后收割甜高梁，以茎秆进行L

【技术实现步骤摘要】
一种利用能源植物甜高梁及其衍生产品可持续性修复含镉盐碱地的方法


[0001]本专利技术涉及综合环境修复
，具体涉及一种利用能源植物甜高梁及其衍生产品可持续性修复含镉盐碱地的方法。

技术介绍

[0002]中国土壤污染中最为严重的是镉污染，其点位超标率高达7.0％，踞重金属污染之首。镉作为一种迁移性强和毒性高的金属，极易转化为营养覆盖，最终进入食物链，且经营养级的传递，镉的浓度能够通过生物放大作用逐级增加。土壤中的镉很容易被植物摄取，随后对植物的生理生化产生极大的影响；它可通过影响植物的抗氧化系统，增加植物中活性氧的产生，出现氧化应激，进而导致植物氧化损伤。另外镉胁迫会抑制叶绿素的生物合成，进而影响光合作用，最终表现在植物生物量的减少或植物死亡等现象。土壤中重金属的形态是影响其生物有效性及生物毒性的关键，镉在土壤中存在多种化学形态，如交换态、碳酸盐结合态和氧化物结合态等，不同化学形态之间的活性差异较大，了解其在土壤中化学形态的改变对于镉污染土壤的修复至关重要。通过不同土壤改良剂的施用，可以达到改变镉在土壤中的化学形态，从而降低镉的生物毒性，或促进其向地上部分迁移，进而减少土壤中镉的含量。
[0003]目前土壤镉污染修复的研究热点主要集中在：1、植物修复，通过超富集植物，减少土壤中镉的含量，如皇竹草、菖蒲和龙葵等，虽然具有较强的富集镉性能，但富集后仍需解决资源利用的问题，避免吸收的镉进入食物链。因此急需寻找生物量大、再利用价值高、富集能力强以及生长周期短的植物。2、生物炭，大量研究表明在污染土壤中投加生物炭可减少土壤中有效镉的含量，通过生物炭的吸附固定作用，减少其对植株的胁迫，但原料不同的生物炭，效果差异明显，且长期使用存在镉溢出的风险。而土壤性质的改善是持久战，需要长久的进行下去，故在达到环境效益的同时，仍需实现经济效益，如此才可可持续的发展。故植物修复是最为合适的，但需要综合可持续的修复方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决上述技术问题，而提供一种利用能源植物甜高梁及其衍生产品可持续性修复含镉盐碱地的方法。本专利技术基于重金属污染土壤修复，土壤修复的可持续性问题提出的综合治理方法，提出以植物修复技术为主，施加土壤改良剂为辅的综合策略进行土壤修复工作，以降低土壤镉含量，提升土壤有机质，优化土壤结构。提出“先除镉，后降碱”的方案实现修复含镉盐碱地的目的，本专利技术方法所述的方案为：首先在含镉盐碱地上种植能源作物甜高梁，成熟后收割甜高梁，以茎秆进行L
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乳酸发酵，提取的L
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乳酸进行PLA材料的制备，产生经济效益。收集发酵产生的废渣用作生物燃料颗粒实现能源循环，回收废液回用于含镉盐碱地进行修复，循环往复。通过持续的甜高粱种植，含镉盐碱地中的镉被转移，土壤镉含量降低至安全阈值，产生的发酵残渣无需进行镉回收，可直接施用于土
壤，利用其中的有机酸，如乳酸、少量的乙酸中和土壤碱度，减轻盐碱胁迫。同时富含的有机、无机养分可提升土壤微生物活跃度，改善土壤理化结构，最终实现土壤修复的目的。
[0005]一种利用能源植物甜高梁及其衍生产品可持续性修复含镉盐碱地的方法，按以下步骤进行：
[0006]步骤一：在含镉盐碱地上种植甜高粱；待甜高粱收获时，切除其叶和根部，将甜高粱茎秆粉碎后打包，并在阴凉、密闭条件下青贮，得到甜高粱青贮，甜高粱青贮的总含固率为5～10％；
[0007]步骤二：将L菌株接种于MRS培养基中，在37～45℃的温度条件下，恒温厌氧培养16～24h，得到发酵种子液，L菌株的接种量为1～2接种环/100～150μL；然后将甜高粱青贮与发酵种子液混合，在35～40℃的温度条件下厌氧发酵48～72h，得到发酵液；将发酵液经压滤过滤、超滤、脱色、蒸馏浓缩、酸化、酯化和水解，得到L
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乳酸；压滤过滤和超滤过程得到的发酵残渣通过燃烧为甜高粱青贮的发酵供电供热；
[0008]步骤三：重复步骤一和步骤二直至含镉盐碱地土壤中的镉含量低于风险阈值时，继续在含镉盐碱地上种植甜高粱，并按照步骤二将甜高粱青贮进行发酵，并将发酵液经压滤过滤、超滤、提取和纯化，得到L
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乳酸；将步骤二和步骤三中压滤过滤和超滤过程得到的发酵残液用于灌溉含镉盐碱地；当甜高粱生长至成熟期阶段，将压滤过滤和超滤过程得到的发酵残渣施用于甜高粱所在的土壤中。
[0009]本专利技术的有益效果：
[0010](1)本专利技术结合能源作物甜高粱，利用植物修复和微生物修复，阶段性的治理含镉盐碱地，实现土壤重金属移除、改善土壤盐渍化、生物基产品的制造的同时，吸收二氧化碳、拓宽农用耕地面积、产生高价值副产物、提供新的可持续土壤修复模式。
[0011](2)甜高梁以耐盐碱、耐干旱著称，具有生物量大和糖分高等特点，是最适种植于盐碱地上的能源作物。有研究表明，甜高梁在镉污染土壤渍化且水分较少时仍可生长，具备富集镉的能力，且甜高梁耐干旱、耐盐碱，生物产量较高，是理想的镉污染修复植物。同时甜高梁是最具潜力的能源作物，其茎秆含糖分高，可用作生物炼制的原料，进而产生一定的经济效益。且甜高梁在北方为一年生作物，而在温度较高的南方可实现一年2熟或3熟，收割后，留茬仍可继续生长，是理想的土壤修复作物和能源作物。收获的甜高梁可通过发酵工程进行L
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乳酸的炼制，生产可生物降解塑料PLA的原料，进而产生一定经济效益。同时产生的废渣富含养分，可增强土壤有机质含量，改善土壤肥力；并且含有大量未经消化的木质纤维素是较好的生物燃料原料。在L
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乳酸发酵液的提取纯化过程中，发酵液中的菌体蛋白、代谢产物和有机酸等物质经除杂处理进入废液中，该废液中不存在有毒有害物质，内含的有机物可作为土壤微生物的可利用碳源和氮源。而废渣废液中含有的少量有机酸对于土壤中镉的迁移有利，相关研究证明，酸性物质能够促进植物根系对镉的吸收，小分子酸性物质可以溶解镉，使其转化为植物可吸收的化学形态，从土壤中迁移至植物中。在镉污染土壤上种植甜高梁，通过植物修复吸收土壤中的镉，同时辅以甜高梁L
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乳酸的发酵回收废液作为土壤改良剂，滤渣为发酵工艺供热供电以实现能源的循环利用。经过长期的种植，当土壤镉含量降低至风险阈值后，经L
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乳酸发酵产生的发酵残渣也可和回收废液一样，直接回用于土壤中，进一步降低土壤盐碱化，提升土壤有机质，提高土壤养分，丰富土壤微生物多样性，改善土壤理化特征，从而实现可持续性改良镉污染土壤的目的。
[0012]本专利技术可获得一种利用能源植物甜高梁及其衍生产品可持续性修复含镉盐碱地的方法。
附图说明
[0013]图1为本专利技术一种利用能源植物甜高梁及其衍生产品可持续性修复含镉盐碱地的工艺流程图，1表示第一阶段的处理方式，2表示第二阶段的处理方式。
[0014]图2为实施例3中甜高梁植株的室内栽培的白天光照模拟。
[0015]图3为实施例3中甜高梁植株的室内栽培的夜间模拟。
具体实施方式
[0016]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用能源植物甜高梁及其衍生产品可持续性修复含镉盐碱地的方法，其特征在于该修复方法按以下步骤进行：步骤一：在含镉盐碱地上种植甜高粱；待甜高粱收获时，切除其叶和根部，将甜高粱茎秆粉碎后打包，并在阴凉、密闭条件下青贮，得到甜高粱青贮，甜高粱青贮的总含固率为5～10％；步骤二：将L菌株接种于MRS培养基中，在37～45℃的温度条件下，恒温厌氧培养16～24h，得到发酵种子液，L菌株的接种量为1～2接种环/100～150μL；然后将甜高粱青贮与发酵种子液混合，在35～40℃的温度条件下厌氧发酵48～72h，得到发酵液；将发酵液经压滤过滤、超滤、脱色、蒸馏浓缩、酸化、酯化和水解，得到L
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乳酸；压滤过滤和超滤过程得到的发酵残渣通过燃烧为甜高粱青贮的发酵供电供热；步骤三：重复步骤一和步骤二直至含镉盐碱地土壤中的镉含量低于风险阈值时，继续在含镉盐碱地上种植甜高粱，并按照步骤二将甜高粱青贮进行发酵，并将发酵液经压滤过滤、超滤、提取和纯化，得到L
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乳酸；将步骤二和步骤三中压滤过滤和超滤过程得到的发酵残液用于灌溉含镉盐碱地；当甜高粱生长至成熟期阶段，将压滤过滤和超滤过程得到的发酵残渣施用于甜高粱所在的土壤中。2.根据权利要求1所述的一种利用能源植物甜高梁及其衍生产品可持续性修复含镉盐碱地的方法，其特征在于步骤一中含镉盐碱地施加农家肥，农家肥施用量为3～4吨/每亩地。3.根据权利要求1所述的一种利用能源植物甜高梁及其衍生产品可持续性修复含镉盐碱地的方法，其特征在于步骤一中甜高粱种子的编号为12Fs9005。4.根据权利要求1所述的一种利用能源植物甜高梁及其衍生产品可持续性修复含镉盐碱地的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏利，李十中，卢倩，魏东，张昕昕，李春颖，李洪深，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：