專利名稱：一種鈍化修復(fù)土壤鎘污染的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種土壤改良的方法，具體涉及一種鈍化修復(fù)土壤鎘污染的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前我國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全問題，越來越引起社會的廣泛關(guān)注，土壤重金屬污染 是農(nóng)產(chǎn)品不安全的一個主要源頭。目前，我國重金屬污染土壤超過3億畝，每年僅因重金屬 污染的糧食達(dá)1200萬噸，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過200億元。在土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù) 當(dāng)中， 一些創(chuàng)新性的修復(fù)技術(shù)，如玻璃化、固體化、土壤沖洗、動電修復(fù)等技術(shù)發(fā)展很快，但 這些技術(shù)主要是用于對重金屬污染強度較大的土壤進(jìn)行治理，這些方法的缺點是不但成本 過高，而且在修復(fù)過程中土地不能再進(jìn)行糧食生產(chǎn)。而我國農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染面積雖然 很大，但除少數(shù)特殊地點外，總的污染程度不是非常嚴(yán)重，沒有達(dá)到不能進(jìn)行糧食生產(chǎn)的程 度，另一方面我國人口多耕地少，不可能將現(xiàn)有的耕地大面積不生產(chǎn)糧食而專門進(jìn)行污染 的修復(fù)，在我國很多有重金屬污染的土地依然進(jìn)行著糧食生產(chǎn)，也因此帶來糧食安全問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種環(huán)境友好，費用低，不影響耕地 生產(chǎn)的鈍化修復(fù)土壤鎘污染的方法。 為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 —種鈍化修復(fù)土壤鎘污染的方法，向有鎘染污的土壤中加入富含巰基的植物殘 體。
本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是包括以下步驟 第一步，將富含巰基的植物殘體粉碎，使殘體長度小于10厘米； 第二步，將第一步所得植物殘體加入待修復(fù)的土壤中并混合，所加比例為1重量
份的待修復(fù)土壤加入至少0. 001相當(dāng)于重量份的新鮮植物殘體的植物殘體； 第三步，使加入植物殘體的土壤的含水量在20-40天內(nèi)保持在最大田間持水量的
50%以上。 上述的富含巰基的植物殘體為十字花科植物殘體或百禾科植物殘體。 上述十字花科植物殘體為油菜殘體、芥菜殘體或甘藍(lán)殘體，所述百合科植物殘體
為苗蒜殘體、大蔥殘體或韭菜殘體。 上述富含巰基的植物殘體為植物新鮮殘體、植物風(fēng)干殘體或植物烘干殘體。
上述的殘體的長度為小于1厘米。 上述待修復(fù)的土壤與植物殘體的比例為1重量份的土壤加入相當(dāng)于0. 001-0. 02 重量份新鮮植物殘體的植物殘體。 上述土壤的含水量保持在最大田間持水量的70-90%。 與現(xiàn)有技術(shù)中的土壤鎘污染的修復(fù)方法相比，本發(fā)明采用上述技術(shù)方案的有益效 果在于
本發(fā)明提供一種環(huán)境友好，費用低，不影響耕地生產(chǎn)的鈍化修復(fù)土壤鎘污染的方 法。 1、修復(fù)效果好，適合大面積面鎘污染的修復(fù)，不產(chǎn)生二次污染，對環(huán)境友好，修復(fù)
費用低，不影響耕地生產(chǎn)，很適合我國大多數(shù)土壤重金屬鎘污染的修復(fù)。 2、不但能修復(fù)土壤重金屬污染，而且還能增加土壤肥力，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，提
升土地生產(chǎn)力。


圖1為本發(fā)明在2mg. kg—污染土壤中的對比試驗柱狀圖； 圖2為本發(fā)明在2mg. kg—污染土壤中添加有玉米秸稈的對比試驗柱狀圖； 圖3為本發(fā)明在5mg. kg—污染土壤中的對比試驗柱狀圖； 圖4為本發(fā)明在5mg. kg—污染土壤中添加有玉米秸稈的對比試驗柱狀圖； 圖5為本發(fā)明加入不同含量的蒜苗殘體的對比試驗柱狀圖； 圖6為圖5中添加有玉米秸稈的對比試驗柱狀圖。
具體實施例方式
下面通過具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。以下各實施例僅僅是用于說
明內(nèi)容而不是限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。 實施例1 大蒜苗殘體、油菜殘體和玉米秸桿對重金屬鎘(Cd)污染土壤的修復(fù)及其效果
1、試驗材料與方法
(1) 土壤處理 將土壤分別過lmm篩(化學(xué)提取試驗用)，設(shè)置土壤鎘污染等級為2mg. kg—td、 5mg. kg—、平衡培養(yǎng)老化，約一個月時間。
(2)鈍化材料的制備 a.植物新鮮殘體大蒜苗、油菜、玉米秸桿粉碎成長度在lcm以下的殘體。
b.大蒜苗、油菜75t:烘干樣品和大蒜苗、油菜28°C自然風(fēng)干樣品，將風(fēng)干樣品研 碎過20目篩。
(3)方法 稱取2. 0g、2mg. kg—土壤，加入新鮮植物殘體0. 02g，所加風(fēng)干樣品和烘干樣品 的干物質(zhì)含量與0. 02g新鮮植物殘體的干物質(zhì)含量相同，也就是加入相當(dāng)于0. 02g新鮮植 物殘體的風(fēng)干植物殘體或烘干植物殘體，其干特質(zhì)含量相同；按田間最大持水量80%加入 去離子水，放置密閉容器，分別放置14d(d代表天數(shù)，下同)、28d、56d和112d后，測定可交
換態(tài)鎘含量。 各處理設(shè)置重復(fù)樣品3個。
(4)提取與測試 交換態(tài)提取方法提取劑為lM醋酸銨溶液，Ph二7，水土比l : IO，提取時間震蕩 1小時。測試石墨爐或者電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)。 參見圖l，在2mg. kg—^d污染土壤中，新鮮蒜苗(大蒜地上部分殘體)對有效態(tài)Cd有較好的鈍化固定作用，培養(yǎng)土可交換態(tài)Cd含量減少至0. 21mg. kg—1 (56d)，按植物鮮重?fù)Q 算其最大吸附固定量為1.55mgkg—、與空白對照減少15. 1% (14d) 31. 1% (56d)，112d時 段培養(yǎng)土中有效態(tài)Cd減少29.4X。鮮油菜殘體也有明顯的鈍化作用，培養(yǎng)土壤中有效態(tài) Cd可減少5. 7% (14d) 35. 5% (112d)。新鮮蒜苗和油菜殘體的鈍化效果從14到28d增 加明顯，與空白對照的降低比例分別增加了 2倍和6倍，從28d后鈍化效果變化不大。
在2mg. kg—^d污染土壤中，干油菜殘體、干蒜苗殘體均表現(xiàn)出較好的鈍化效果。其 中干油菜殘體效果最好，培養(yǎng)土中有效態(tài)Cd含量減少49.5X (14d) 52.4% (112d);干 蒜苗殘體減少18% (14d) 26% (112d)。按含水量同比換算烘干的蒜苗對土壤中有效態(tài) Cd的減少效果比例均明顯差于相應(yīng)的新鮮物質(zhì)，但從單位固定吸附量上看卻明顯提高，蒜 苗殘體粉末達(dá)到了 27mg.kg—工左右。而烘干油菜粉末在鈍化比例和單位吸附量都極顯著增 加，遠(yuǎn)大于新鮮油菜作用效果。2%添加濃度的烘干油菜粉，在14天后可使土壤中可交換態(tài) Cd含量減少至0. 16mg. kg—、隨培養(yǎng)時間增長鈍化效果略有提高，最大單位固定吸附量可達(dá) 52. 4mg. kg—乂112d) 。 28°C自然風(fēng)干蒜苗粉末、油菜粉末在三個時間段培養(yǎng)中減少有效態(tài)Cd 含量都在30% 40%之間，其中蒜苗粉末較751:烘干的鈍化效果有顯著提高。從時間效應(yīng) 上看，干油菜粉末變化很小，干蒜苗粉末有類似變化且也不大。 參見圖2，在2mg. kg-lCd污染土壤中，玉米秸桿入初期(14天內(nèi))土壤中有效態(tài)鎘 的含量沒有下降，反倒有所升高，這是因為在玉米秸桿加入初期能分解釋放出低分子量有 機(jī)碳，它可以和鎘作用形成可溶的絡(luò)合物，因此促進(jìn)了有效態(tài)鎘的釋放。因此可以看出，雖 然在更較長的時間內(nèi)玉米秸桿對于修復(fù)土壤中鎘的污染也有一定的鈍化作用，但效果不明 顯，其鈍化效果與蒜苗、油菜相比有顯著的差距。 參見圖3，在5mg. kg—污染土壤中，新鮮蒜苗殘體對土壤中有效態(tài)Cd含量減少 比例為23. 6% (28d) 25. 7% (112d)，最大吸附固定量為3. 21mg. kg—、培養(yǎng)時間增加對其 鈍化效果影響變化不大。新鮮油菜的鈍化效果與2mg. kg—1 土壤中表現(xiàn)相似，只是時間效應(yīng) 更不顯著。 在5mg.kg—^d污染土壤中，烘干油菜粉末在各培養(yǎng)時段均表現(xiàn)出很好的鈍化效 果，與空白對照使土壤中可交換態(tài)Cd含量降低56. 3% (14d) 57.8% (112d)，最大固定吸 附量達(dá)115.6mg.kg—、蒜苗也表現(xiàn)出了較好的鈍化效果，降低了 20% 30%，但都差于相 應(yīng)的植物鮮樣。從時間效應(yīng)上看，干油菜粉末幾乎沒有變化，干蒜苗粉末有類似變化但變化 范圍不大。 參見圖4，與圖2相似，在5mg. kg—污染土壤中，玉米秸稈的使用對土壤中有效
態(tài)Cd的減少同樣不明顯，這說明不適合作為修復(fù)土壤鎘污染來使用。 實施例2 室內(nèi)盆栽鈍化試驗條件下，大蒜苗殘體、油菜殘體和玉米秸桿對在受重金屬鎘 (Cd)污染土壤中生長的作物苗期體內(nèi)鎘含量的影響 (1)供試土壤北京昌平試驗站褐潮土，過2mm篩。設(shè)置土壤鎘污染等級為2mg.
kg—^d、5mg. kg—、平衡培養(yǎng)老化，約一個月時間； (2)供試鈍化劑種類選擇蒜苗殘體、玉米秸桿； (3)供試植物種類選擇黃瓜 (4)方法蒜苗殘體、玉米秸桿(鮮樣)添加量設(shè)定為O. 1%、0.4%、1% (土壤的重量百分比)。生長6周后收獲地上生物部分，對其生物量(平均株重)進(jìn)行測定。105°C 殺青，75t:烘干，研磨，稱取0. 5g左右，濃HN03消煮，測定植株中Cd含量。測試儀器石墨 爐或者I CP-MS 。 各試驗設(shè)置重復(fù)樣品4個。 參見圖5，在5mg. kg—1污染土壤組，0. 1 % 、0. 4% 、 1 %的蒜苗殘體的加入量，分別使 植株中Cd含量減少42. 6% 55. 5%和59. 4% ;生物量也較空白對照有所增加，土壤中pH值 略有下降。在2mg/kg污染土壤組，蒜苗殘體的鈍化效果與高濃度污染組比較類似，隨著蒜 苗殘體加入量增大，鈍化效果逐漸增大，但是植株體內(nèi)Cd含量與對照相比，Cd含量下降明 顯減小。 參見圖6，在加入玉米秸稈的污染土壤中，也觀察到了植株中Cd含量減少，但鈍化 效果明顯低于加入蒜苗殘體的處理，同時在加入玉米秸稈以后，植株生長量也明顯增加，對 植株體內(nèi)的Cd也起到了一定的稀釋作用，從而在一定程度上降低了植株內(nèi)Cd含量，但效果
非常有限。 實施例3 芥菜殘體、甘藍(lán)殘體和大蔥殘體、韭菜殘體(均為新鮮植物殘體)對重金屬鎘(Cd) 污染土壤的修復(fù)及其效果 處理方法與實施例1的方法相同。試驗結(jié)果表明上述四種植物殘體對于土壤中鎘 污染的修復(fù)均有較好的效果，56天后土壤中有效態(tài)鎘的減少量均在20%以上，對土壤鎘污 染有較好的修復(fù)作用。 在本發(fā)明的實施例子中，大蒜、大蔥、韭菜屬于百合科植物，殘體內(nèi)富含有機(jī)硫，本 發(fā)明所述植物殘體富含巰基指植物殘體中巰基含量(干重)達(dá)到2. 0%以上，蒜苗殘體中巰 基含量(干重)達(dá)(4. 44±0. 11) %，粉碎和腐解后都會有剌激性氣味，其中主要成分是硫化 丙烯和硫化丙烷類物質(zhì)。有研究表明大蒜根部可積累3000mg. kg—td，同時大蒜的AsPCS基 因表達(dá)可使CuPI缺失菌株對Cd耐受性提高4倍。油菜、芥菜、甘藍(lán)屬于十字花科植物，對 硫需要量和吸收量大，對缺硫非常敏感，含有較多的硫代葡萄糖苷物質(zhì)(簡稱硫苷)，莖和 葉中以2-羥基-3-丁烯基硫苷和苯乙基硫苷為主，其中，油菜殘體中巰基含量(干重)達(dá) (3. 70±0. 11) X。硫元素到植物體內(nèi)形成巰基物質(zhì)與Cd螯合降低其毒性，在植物體內(nèi)Cd誘 導(dǎo)合成植物絡(luò)合素(PC)及類金屬硫蛋白(MTs)等富含硫的化合物。Cd與PC結(jié)合后，被運 輸至液泡，形成高分子量的復(fù)合物，從而使細(xì)胞處于無毒化狀態(tài)。所選這2種新鮮植物殘體 均富含有巰基(-SH)物質(zhì)，試驗表明富含巰基植物殘體在土壤中可有效的與Cd離子螯合， 降低有效態(tài)Cd的含量。烘干和風(fēng)干處理對大蒜苗和油菜所含鈍化效用物質(zhì)產(chǎn)生了不同的 影響，大蒜苗鈍化效果有所下降。自然風(fēng)干處理粉末的鈍化效果要好于相應(yīng)的烘干處理，可 能是加熱烘干對其所含物質(zhì)有改變破壞作用。烘干和風(fēng)干油菜粉鈍化效果卻顯著增加，說 明不同硫基化物質(zhì)對其處理表現(xiàn)不一 。 本發(fā)明利用十字花科和其它植物植株富含巰基(-SH)的特點，對十字花科和其它 植物的生物質(zhì)螯合劑的降低重金屬有效性的功能進(jìn)行研究；通過農(nóng)藝措施提高十字花科植 株中富含巰基(-SH)物質(zhì)的含量；利用化學(xué)沉淀，氧化還原的原理，篩選重金屬鈍化劑，利 用顆粒細(xì)化(納米級)增加重金屬鈍化劑的效果；利用重金屬植物吸收過程中的離子拮抗 原理和離子吸收過程控制原理，研究農(nóng)業(yè)常用化學(xué)物質(zhì)對重金屬吸收的阻抗作用，最終提出多功能復(fù)合型的重金屬阻抗劑c
權(quán)利要求
一種鈍化修復(fù)土壤鎘污染的方法，其特征在于，向有鎘染污的土壤中加入富含巰基的植物殘體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈍化修復(fù)土壤鎘污染的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，將富含巰基的植物殘體粉碎，使殘體長度小于10厘米；第二步，將第一步所得植物殘體加入待修復(fù)的土壤中并混合，所加比例為1重量份的待修復(fù)土壤加入至少相當(dāng)于0. 001重量份的新鮮植物殘體的植物殘體；第三步，使加入植物殘體的土壤的含水量在20-40天內(nèi)保持在最大田間持水量的50% 以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鈍化修復(fù)土壤鎘污染的方法，其特征在于，所述的富 含巰基的植物殘體為十字花科植物殘體或百禾科植物殘體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鈍化修復(fù)土壤鎘污染的方法，其特征在于，所述的殘體 的長度為小于1厘米。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鈍化修復(fù)土壤鎘污染的方法，其特征在于，所述待修復(fù) 的土壤與植物殘體的比例為1重量份的土壤加入相當(dāng)于0. 001-0. 02重量份新鮮植物殘體 的植物殘體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鈍化修復(fù)土壤鎘污染的方法，其特征在于，所述土壤的 含水量保持在最大田間持水量的70-90 % 。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鈍化修復(fù)土壤鎘污染的方法，其特征在于，所述的十字 花科植物殘體為油菜殘體、芥菜殘體或甘藍(lán)殘體，所述百合科植物殘體為苗蒜殘體、大蔥殘 體或韭菜殘體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鈍化修復(fù)土壤鎘污染的方法，其特征在于，所述的富含 巰基的植物殘體為植物新鮮殘體、植物風(fēng)干殘體或植物烘干殘體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種土壤改良的方法，具體為一種鈍化修復(fù)土壤鎘污染的方法。方法是向土壤中加入富含巰基的植物殘體，具體包括三步第一步，將富含巰基的植物殘體粉碎，使殘體長度小于10厘米；第二步，將第一步所得植物殘體加入待修復(fù)的土壤中并混合，所加比例為1重量份的待修復(fù)土壤加入至少相當(dāng)于0.001重量份的新鮮植物殘體的植物殘體；第三步，使加入植物殘體的土壤的含水量在20-40天內(nèi)保持在最大田間持水量的50％以上。所述的富含巰基的植物殘體為十字花科植物殘體或百禾科植物殘體。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果表現(xiàn)為對環(huán)境友好，修復(fù)費用低，不影響耕地生產(chǎn)而且還能增加土壤肥力，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，提升土地生產(chǎn)力。
文檔編號B09C1/00GK101745524SQ200810239918
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月16日
發(fā)明者羅磊, 韋東普, 馬義兵 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所