一種修復(fù)設(shè)施蔬菜地土壤重金屬微污染的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種修復(fù)設(shè)施蔬菜地土壤重金屬微污染的方法。利用黑麥草對(duì)設(shè)施蔬菜地重金屬微污染土壤進(jìn)行植物修復(fù)，降低土壤中的重金屬總量；利用生物炭在蔬菜正常種植過(guò)程中降低設(shè)施蔬菜地土壤中重金屬的生物有效性。生物炭為竹材加工剩余物、秸稈、稻殼等農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物在缺氧的條件下經(jīng)500～700℃熱解碳化的到的固體產(chǎn)物，用粉碎機(jī)粉碎，過(guò)20目篩制得。本發(fā)明經(jīng)濟(jì)有效、實(shí)施簡(jiǎn)單、不易造成二次污染、原料充足且價(jià)格低廉，不僅適用于蔬菜公司，也適合農(nóng)民家用；根據(jù)實(shí)際污染狀況和植物修復(fù)效果調(diào)節(jié)生物炭和有機(jī)肥的施用量，完善土壤重金屬修復(fù)效果，降低成本；在達(dá)到修復(fù)重金屬污染的同時(shí)，改善土壤質(zhì)量，促進(jìn)農(nóng)田養(yǎng)分的自然循環(huán)。
【專利說(shuō)明】一種修復(fù)設(shè)施蔬菜地土壤重金屬微污染的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于重金屬土壤生態(tài)修復(fù)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種修復(fù)設(shè)施蔬菜地土壤重金屬 微污染的方法，具體為黑麥草植物修復(fù)結(jié)合生物炭鈍化治理設(shè)施蔬菜地重金屬微污染土壤 的方法。 技術(shù)背景
[0002] 蔬菜作為農(nóng)產(chǎn)品的重要組成部分，是人們生活不可缺少的必需品，優(yōu)質(zhì)、安全的蔬 菜的生產(chǎn)是城市菜籃子工程上新臺(tái)階的重要標(biāo)志之一。近年來(lái)隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整， 設(shè)施蔬菜種植飛速發(fā)展，有關(guān)設(shè)施蔬菜地土壤障礙因子的報(bào)道日漸增多。其中土壤環(huán)境的 重金屬污染被世界各國(guó)所關(guān)注，已成為當(dāng)今生態(tài)農(nóng)業(yè)與可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展中亟待解決的一個(gè) 重要課題。蔬菜對(duì)某些重金屬元素有一定的富集能力，存在于土壤中的重金屬污染，可以通 過(guò)污染蔬菜進(jìn)入食物鏈，進(jìn)而進(jìn)入人體，導(dǎo)致慢性中毒，威脅人類健康。農(nóng)產(chǎn)品中的重金屬 殘留與土壤污染有著密切的關(guān)系，土壤是影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的源頭因素。2011年3月國(guó) 務(wù)院正式批復(fù)了國(guó)家環(huán)境保護(hù)局提出的《重金屬綜合防治"十二五"規(guī)劃》。
[0003] 目前，造成設(shè)施蔬菜地土壤重金屬污染的因素主要有3類：一是大氣沉降；二是污 水灌溉；三是粗獷的土地管理方式。土壤重金屬污染的修復(fù)主要有物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生 物修復(fù)（包括植物修復(fù)、微生物修復(fù)）等方式。物理修復(fù)主要有客土法、物理分離技術(shù)、電 動(dòng)修復(fù)技術(shù)等。化學(xué)修復(fù)主是向土壤中添加磷酸鹽類沉淀劑或通過(guò)調(diào)節(jié)土壤PH達(dá)到鈍化 重金屬污染物的效果。上述修復(fù)技術(shù)主要應(yīng)用于污染情況較為嚴(yán)重的土壤，需耗費(fèi)大量的 人力、物力，經(jīng)濟(jì)成本較高。微污染土壤是指重金屬污染尼梅羅指數(shù)介于0. 7?2之間的土 壤。不當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)管理措施，如過(guò)量的施用肥料、農(nóng)藥、生長(zhǎng)助劑等是造成土壤微污染最主要 原因。對(duì)于微污染的蔬菜地土壤，物理修復(fù)和化學(xué)修復(fù)經(jīng)濟(jì)成本較高，有造成二次污染的風(fēng) 險(xiǎn)，有可能破壞原有土壤結(jié)構(gòu)和微生物區(qū)系。生物修復(fù)中植物修復(fù)土壤重金屬的研究比較 廣泛，價(jià)格較為低廉，操作簡(jiǎn)單，環(huán)境友好度較高，有更好的應(yīng)用前景。
[0004] 植物修復(fù)是利用植物和土壤微生物減少重金屬污染或重金屬的環(huán)境毒性的方法， 是一種經(jīng)濟(jì)有效的、環(huán)境友好型的且為公眾接受的修復(fù)技術(shù)。但修復(fù)植物一般生長(zhǎng)周期長(zhǎng)， 且后期處理問(wèn)題必須慎重。黑麥草是重要的栽培牧草和綠肥作物。黑麥草生長(zhǎng)快、分蘗多、 能耐牧，具有抗寒性好、不易倒伏、發(fā)芽快、再生迅速和高產(chǎn)的特點(diǎn)，苗期生長(zhǎng)非常旺盛，播 種30?40天后即可收割鮮草。其特點(diǎn)符合理想的重金屬修復(fù)植物應(yīng)具備的特點(diǎn)--生長(zhǎng) 率高、地上生物量較多、對(duì)于目標(biāo)重金屬有較好的耐受性、對(duì)環(huán)境和氣候有良好適應(yīng)性、容 易種植和收獲。具備了作為重金屬修復(fù)植物的潛能。
[0005] 生物炭是指生物質(zhì)如木材、農(nóng)作物廢棄物、植物組織或動(dòng)物骨骼等在缺氧和相對(duì) 溫度較低（<70(TC)條件下熱解炭化形成的產(chǎn)物，可溶性極低，具有高度羧酸酯化和芳香化 結(jié)構(gòu)，擁有較大的孔隙度和比表面積，高度穩(wěn)定性。將生物炭作為一種改善土壤質(zhì)量、增加 土壤固碳的改良劑施入土壤的方法已引起了廣泛關(guān)注。一方面利用生物炭的吸附力、抗氧 化力和抗生物分解能力及其表面高度芳香化結(jié)構(gòu)和部分羥基、酚羥基和羰基的官能團(tuán)對(duì)重 金屬有機(jī)和無(wú)機(jī)態(tài)污染物高度親和特性，在被用作鈍化劑同時(shí)可作為植物生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)物 質(zhì)的緩釋劑，減少土壤養(yǎng)分淋失、促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成，改善土壤質(zhì)量，在實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤重金 屬的鈍化作用的同時(shí)促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)；另一方面將生物炭施用于農(nóng)田， 可減少農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體的排放、增加土壤碳固持效率和土壤碳庫(kù)總量。
[0006] 利用有機(jī)廢棄物制備生物炭等環(huán)境友好材料完善重金屬的植物修復(fù)，既可以實(shí)現(xiàn) 農(nóng)用廢棄物的資源化利用，促進(jìn)農(nóng)田養(yǎng)分的自然循環(huán)，又可以達(dá)到治理土壤環(huán)境污染的目 的，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品安全的源頭控制，全面提升蔬菜質(zhì)量安全水平，確保設(shè)施蔬菜的安全生產(chǎn)和 蔬菜產(chǎn)業(yè)的高效快速發(fā)展。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種修復(fù)設(shè)施蔬菜地土壤重金屬微污 染的方法，具體是一種結(jié)合黑麥草種植與鈍化投入來(lái)修復(fù)設(shè)施蔬菜地土壤重金屬污染的方 法。它是一種經(jīng)濟(jì)有效、便于實(shí)施的利用黑麥草種植降低設(shè)施蔬菜地土壤中重金屬總量，并 利用生物炭將土壤中未被黑麥草吸收的重金屬鈍化的方法。用于降低設(shè)施蔬菜地土壤中的 重金屬總量及生物有效性，解決設(shè)施蔬菜地因土壤重金屬污染而造成對(duì)其可持續(xù)利用及農(nóng) 廣品品質(zhì)的影響。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0009] 步驟（1)、測(cè)定待修復(fù)微污染土壤中的重金屬含量（單位為mg/kg)，并由公式 (1)計(jì)算其土壤重金屬污染尼梅羅指數(shù)；然后判斷該土壤重金屬污染尼梅羅指數(shù)是否介于 〇. 7?2,若是則進(jìn)行步驟（2)，若否則不適用本發(fā)明方法；
[0010] 所述的土壤重金屬污染尼梅羅指數(shù)由公式（1)計(jì)算可得：
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 一種修復(fù)設(shè)施蔬菜地土壤重金屬微污染的方法，其特征在于該方法包括以下步驟： 步驟（1)、測(cè)定待修復(fù)污染土壤中的重金屬含量，單位為mg/kg，判斷該土壤是否為重 金屬微污染土壤，若是則適用于該方法，若否則不適用于該方法； 步驟（2)、通過(guò)種植黑麥草對(duì)步驟（1)選取的待修復(fù)微污染土壤進(jìn)行植物修復(fù)，降低待 修復(fù)微污染土壤中的重金屬含量； 所述的黑麥草的播種量大于等于40g/m2 ; 步驟（3)、當(dāng)黑麥草高度大于等于25厘米時(shí)，可進(jìn)行收割； 收獲的黑麥草根據(jù)其重金屬含量不同，做牧草用或灰化填埋； 步驟（4)、測(cè)定經(jīng)上述步驟（3)黑麥草收割后待修復(fù)微污染土壤中重金屬含量及重金 屬有效態(tài)含量，并由公式（1)計(jì)算其土壤重金屬污染尼梅羅指數(shù)；然后判斷土壤重金屬含 量是否超過(guò)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB15618-2008》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，若否則進(jìn)行步驟（5)，若是則進(jìn) 行步驟（6); 所述的重金屬有效態(tài)含量包括可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)； 步驟（5)、若土壤重金屬含量不超過(guò)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB15618-2008》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，然 后判斷土壤重金屬尼梅羅指數(shù)是否超過(guò)0.7,若否則直接在上述步驟（3)黑麥草收割后待 修復(fù)微污染土壤中施入有機(jī)肥后進(jìn)行步驟（7);若是則種植蔬菜前在上述步驟（3)黑麥草 收割后待修復(fù)微污染土壤中施入有機(jī)肥與施用量為干土重1 %的生物炭，降低設(shè)施蔬菜地 土壤中重金屬的生物有效性，最后進(jìn)行步驟（7); 步驟（6)、若土壤重金屬含量超過(guò)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB15618-2008》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，然后 判斷重金屬有效態(tài)是否高于重金屬含量的45 %，若是則種植蔬菜前在上述步驟（3)黑麥草 收割后待修復(fù)微污染土壤中施入有機(jī)肥與生物炭，生物炭的施用量大于干土重的3 %，且 小于等于干土重的5 %，降低設(shè)施蔬菜地土壤中重金屬的生物有效性，最后進(jìn)行步驟（7); 若否則種植蔬菜前在上述步驟（3)黑麥草收割后待修復(fù)微污染土壤中施入有機(jī)肥與生物 炭，生物炭的施用量大于干土重1 %，且并小于等于干土重的3 %，降低設(shè)施蔬菜地土壤中 重金屬的生物有效性，最后進(jìn)行步驟（7); 步驟（7)、常規(guī)種植蔬菜。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種修復(fù)設(shè)施蔬菜地土壤重金屬微污染的方法，其特征在于步 驟（1)判斷待修復(fù)污染土壤是否為重金屬微污染土壤的標(biāo)準(zhǔn)是判斷待修復(fù)污染土壤尼梅 羅指數(shù)是否介于〇. 7?2 ; 所述的土壤重金屬污染尼梅羅指數(shù)由公式（1)計(jì)算可得： P = [ (Pmax2+Pave2) /2]1/2 (I) 式中Pmax即（Pi)max，為單項(xiàng)污染指數(shù)Pi的最大值；Pave即（Pi)ave，為單項(xiàng)污染指 數(shù)Pi的算術(shù)平均值； 所述的單項(xiàng)污染指數(shù)Pi由公式（2)計(jì)算可得： Pi = Ci/Si (2) 式中單項(xiàng)污染指數(shù)Pi即為土壤中污染物i的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；Ci為土壤中污染物i的 實(shí)測(cè)濃度，單位為mg/kg ;S為污染物i的二級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，單位為mg/kg可參照《土壤環(huán)境質(zhì) 量標(biāo)準(zhǔn) GB15618-2008》。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種修復(fù)設(shè)施蔬菜地土壤重金屬微污染的方法，其特征在于步 驟（5)、（6)中所述的生物炭為農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物在缺氧的條件下經(jīng)500?700°C熱解碳化得 到的固體產(chǎn)物，用粉碎機(jī)粉碎，過(guò)20目篩制得。
4.如權(quán)利要求3所述的一種修復(fù)設(shè)施蔬菜地土壤重金屬微污染的方法，其特征在于農(nóng) 業(yè)有機(jī)廢棄物由竹材加工剩余物、秸桿、稻殼混合而成。
【文檔編號(hào)】B09C1/00GK104307859SQ201410617633
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】寧皎瑩, 和苗苗, 周根娣 申請(qǐng)人:杭州師范大學(xué)