[发明专利]土壤微生物燃料电池减少水稻吸收土壤重金属的方法

说明书

本发明提供一种土壤微生物燃料电池减少水稻吸收土壤重金属的方法，将水稻种子消毒后播种于湿润的珍珠岩中发芽，在珍珠岩中生长18‑25天后，挑选生长一致的水稻苗移栽到营养液中培养，在营养液中生长12‑15后，取生长一致即叶长，叶数，重量一样的水稻移栽到含砷污染水稻土的微生物燃料电池中；I阶段中土壤微生物燃料电池不接外电阻开路状态启动2‑3天；II阶段中土壤微生物燃料电池接入500‑600Ω外电阻，闭路状态运行5‑8天；III阶段中土壤微生物燃料电池中移栽水稻，种植5‑8天。同时II阶段的第6天，F3处理的孔隙水中As的含量比F0对照分别减少了约50%。并且在F3电池中种植1周后的水稻根和地上部分的砷含量分别比F0电池的降低了约10%和50%。

技术领域

本发明涉及一种土壤重金属的处理方法，具体是采用土壤微生物燃料电池减少水稻吸收土壤重金属的方法，属于环境工程技术领域。

背景技术

砷是一种重要的人类致癌毒物，已被美国毒物和疾病登记署(ATSDR)在危险物质优先控制列表中列为第一位(ATSDR，2011)，此外国际癌症研究机构(IARC)也将无机砷划分为I级致癌物(WHO，2001)。砷疾病流行学研究发现过量摄入或长期低剂量砷暴露会诱发皮肤、膀胱、肺等器官癌变以及发育、心血管、代谢紊乱等疾病。Li在研究我国食物中的砷含量与健康风险评价中发现中国人日常砷摄取量约为42μg/天，而来自大米的砷，占总砷日摄入量的60％。这说明，通过食用水稻的砷暴露所引起的健康风险较高。

不幸的是，我国大面积的水稻已经遭受砷污染。Meharg对从中国采集的124份大米样品进行砷含量分析，发现总砷浓度范围为0.02～0.46mg·kg^-1，平均浓度为0.14mg·kg^-1。我国自主研究调查也发现北京市场大米总砷含量最大值有0.218mg·kg^-1，广东大宝山地区部分大米砷含量达到0.447mg·kg^-1，而在湖南省矿区附近地区的大米中总砷甚至达到1.18mg·kg^-1。

水稻吸收的砷含量通常与土壤及灌溉水中砷的含量有明显的相关性，同时又受水稻品种、土壤性质、砷的形态、价态和耕作制度等因素的制约。其中水稻可吸收砷主要为土壤中的有效态砷，有效态的砷主要是土壤中可溶性砷和土壤矿物表面吸附的可交换态砷。水稻比其他作物更能积累砷，因为在长期淹水的条件下的土壤中的砷的生物有效性更高。而土壤砷的生物有效性主要受土壤淹水条件，铁锰氧化物含量，土壤微生物和土壤pH等因素影响。在淹水期的土壤中，土壤氧化还原电位(Eh)显著降低，铁锰氧化物被土壤中的厌氧还原微生物还原溶解，导致铁锰矿物表面吸附的砷进入土壤溶液中，而且一部分具有砷还原能力的微生物将As(V)还原为移动性更强的As(III)，也导致土壤中的有效态砷增加。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种土壤微生物燃料电池减少水稻吸收土壤重金属的方法。本发明利用砷污染水稻土构建土壤微生物燃料电池，通过测定孔隙水中的Fe(II)和砷等其他重金属离子的含量，以及在电池中种植1周后的水稻中的重金属吸收量，研究土壤微生物燃料电池是否能够有效减少水稻吸收砷含量。具体方法如下：

(1)土壤预处理：对土壤消煮后加入As(V)溶液进行混合，得到砷污染水稻土，将砷污染水稻土自然风干后待用；

(2)水稻种子处理：将水稻种子消毒后播种于湿润的珍珠岩中发芽，在珍珠岩中生长18-25天后，挑选生长一致的水稻苗移栽到营养液中培养，在培养液中生长12-15后，取生长一致即叶长，叶数，重量一样的水稻移栽到含砷污染水稻土的微生物燃料电池中；

(3)铁基改性生物炭制备：以60℃烘干的水稻秸秆为原料，用LFP-800粉碎机将秸秆粉碎，过筛备用。称取5g粉碎原料放于石英管中，随后置于管式炉中加热，热解气速N₂＝0.5(L/min)，待样品加热至600℃时，保持1h的热解时间，热解完成并降至室温。将所得生物炭浸渍在浓度为0.1mol/L的FeCl₃溶液中。随后将其置于震荡箱中震荡3h，过滤后60℃烘干待用。