[发明专利]电气石为改良剂对重金属污染农田土壤的修复

说明书

技术领域

本发明涉及土壤修复技术，具体的说是一种以电气石为改良剂修复重金属污染农田土壤的方法。

背景技术

重金属不能被生物降解，一旦进入土壤，就会长期残留、不断积累，被作物吸收进入食物链，危害人体健康。据国家环保总局报道，目前我国有镉、铅、砷等重金属污染的农田面积近2000万公顷，约占耕地总面积的1/5。随着工业化进程的加快，重金属污染的土壤面积日益增多、污染程度日益加重。因此，开发建立重金属污染农田土壤的修复技术具有重要意义。

目前，重金属污染土壤的修复技术主要包括：(1)工程修复，如客土、换土和深耕翻土等，此方法工程量大，投资费用高，不适合大面积污染土壤的治理；(2)物理修复，如电动修复和电热修复，对污染重、面积小的土壤修复效果明显，但容易导致土壤结构破坏和肥力下降，对面积较大的污染土壤需要消耗大量的人力物力；(3)生物修复，如微生物修复和植物修复，其中微生物修复技术还局限于科研和实验室水平，研究实例不多，无法大面积推广、植物修复一般需要10年以上，周期长，不适合农田污染土壤的修复；(4)化学修复，如化学淋洗、化学钝化等。化学钝化修复是向土壤中加入改良剂改变土壤的物理、化学性质，借助其对重金属的吸附、沉淀、离子交换、络合等作用，改变重金属在土壤中的存在状态，降低其生物有效性和迁移性。化学钝化修复技术以其成本低廉、修复快速、操作简单等优点受到重视，适于大面积重金属污染土壤的修复。

常用的改良剂包括碱性材料、含磷材料、富含铁锰氧化物的矿物及有机物料等。常用的改良剂具有各自的局限性，如石灰作为土壤改良剂仅适用于微酸性土壤，并且长期使用易造成土壤板结；长期施用含磷材料作为改良剂，可使土壤呈强碱性，并诱发水体的富营养化。富含铁、锰氧化物的矿物由于成本相对较高，同时又存在着Fe、Mn对作物的毒害风险，限制了其在生产实践中的应用。粪便等有机肥在刚施入土壤时可以降低重金属的有效性，但随着有机物质的矿化分解，有可能导致被吸附的重金属离子在第2年或第3年重新释放。这些改良剂在修复重金属污染土壤时存在严重问题。

2012年，王宝琳等人首次应用电气石修复天津市大沽排污河重金属污染农田土壤，电气石能够使土壤pH仍保持中性，促进农作物的生长，显著降低土壤中重金属的生物有效性和可迁移性，降低农作物对重金属的吸收积累，并且电气石对重金属吸附、固定作用稳定，不会产生二次污染。

发明内容

本发明的目的在于解决常用改良剂技术中存在的一些问题，提供一种新型材料-电气石修复重金属污染土壤的技术方法。

为实现上述目的，本发明提供的修复农田重金属污染方法是将电气石与土壤分别按照质量比为0、1％、2％、5％(W_电气石∶W_土壤)添加方式进行修复。

本发明将价格低廉的天然矿物材料电气石添加到污染土壤中，与镉、铜发生化学反应(离子交换、吸附等)，形成稳定的化合物，降低土壤中镉、铜的生物有效性；同时电气石添加到土壤会释放微量元素，促进植物生长；电气石吸附重金属离子后，难释放。

具体详细描述：

基本材料：

电气石(tourmaline)325目工业级试剂，购买于河北省灵寿县保健石加工厂，产地为新疆。

污染土壤采自天津市大沽排污河岸边农田0～20cm土壤，pH为7.45，呈弱碱性，镉含量为4.62mg/kg，铜含量为120.16mg/kg，均超过国家土壤环境质量二级标准(GB15618-1995)，为轻度重金属复合污染农田土壤。土壤过2mm筛，备用。

改良体系的建立：

将供试土壤中分别添加质量比为0、1％、2％、5％的电气石，充分混匀，装入塑料花盆，每盆装土1000g，各处理重复3次，加水调节至含水量为土壤田间最大持水量的60％左右，定期浇灌去离子水，陈化两周后，播种生菜种子，并添加一定量的尿素和磷酸二氢钾作为基肥，置于温室培养，出苗后每盆定苗6株，生长60d后收获。收获的生菜地上部分，少量叶片用于叶绿素含量分析，剩余部分105℃杀青半小时，70℃烘干后测定干重，并对Cd、Cu含量进行分析测定。

考察不同剂量电气石对生菜生长及其对重金属吸收积累的影响；阐述电气石对土壤有效态重金属及微量元素含量的影响；评价电气石对土壤重金属改良的稳定性。

附图说明

图1电气石对土壤中有效态Cd、Cu含量的影响

图2电气石对生菜吸收积累Cd、Cu含量的影响

图3电气石对Cd²⁺的解析动力学