运用籽粒苋根须土壤改良的方法

技术领域

本发明涉及环境治理技术领域，尤其涉及一种运用籽粒苋根须土壤改良的方法。

背景技术

植物修复技术是目前经济有效的重金属污染土壤修复方法之一，即将具有一定重金属富集能力的植物种植于污染土地上，生长一定时间后将植物地上部或整株收获并集中填埋或焚烧，通过多次种植富集植物后使土壤重金属含量降低到可接受的水平。

籽粒苋对于重金属镉具有很强的富集能力，在土壤中镉浓度为3mg/kg时，籽粒苋是地上部分镉含量可高达50.96mg/kg。并且籽粒苋是苋科植物中生物量大、生长迅速、易栽培和收割的品种，因而具有作为镉污染土壤修复植物的潜力。

虽然对于镉污染土壤，籽粒苋是良好的修复植物。但是当前采用籽粒苋对镉污染土壤进行修复的方案中通常并未考虑重金属镉对于籽粒苋生长状态的影响，从而导致了籽粒苋对于重金属镉污染的土壤的修复效果偏差。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种运用籽粒苋根须土壤改良的方法，旨在解决在重金属镉对于籽粒苋生长状态的影响下，籽粒苋的修复效果偏差的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种运用籽粒苋根须土壤改良的方法，所述运用籽粒苋根须土壤改良的方法包括：

对重金属镉污染的待改良土壤进行钝化处理，以将所述待改良土壤中有效态镉含量降低至第一镉含量阈值以下；

在所述待改良土壤上开穴，并播种籽粒苋的种子或栽种籽粒苋的幼苗；

在所述籽粒苋的根须生长至第一预设根长后，对所述待改良土壤进行活化处理，以提高所述待改良土壤中有效态镉含量；

所述籽粒苋继续生长至开花前，对所述籽粒苋的地上部分进行留茬刈割；

在刈割完成后，所述籽粒苋的留茬部分继续生长至开花前，对整株籽粒苋进行收获。

可选地，所述对重金属镉污染的待改良土壤进行钝化处理的步骤包括：

向所述待改良土壤中施用重金属镉的钝化材料和/或调节所述待改良土壤至还原条件。

可选地，所述钝化材料为生石灰、草木灰、磷酸钙、磷酸氢钙中的至少一种。

可选地，所述第一镉含量阈值的取值范围为4～8mg/kg。

可选地，所述第一预设根长为7～10cm。

可选地，所述对所述待改良土壤进行活化处理的步骤包括：

向所述待改良土壤中施用重金属镉的活化材料和/或调节所述待改良土壤至氧化条件。

可选地，所述活化材料为乙二胺四乙酸、草酸、柠檬酸、苹果酸中的至少一种。

可选地，所述对所述籽粒苋的地上部分进行留茬刈割的步骤包括：

以留茬长度为25～30cm，对所述籽粒苋的地上部分进行刈割。

可选地，在所述对所述待改良土壤进行活化处理的步骤之后，还包括：

采集所述待改良土壤的土壤样本，并检测所述土壤样本的有效态镉含量；

对所述待改良土壤进行钝化处理或活化处理，将所述有效态镉含量维持在预设镉含量范围内。

可选地，所述预设镉含量范围为32～50mg/kg。

本发明提出的一种运用籽粒苋根须土壤改良的方法，通过先对重金属镉污染的待改良土壤进行钝化处理，以将所述待改良土壤中有效态镉含量降低至第一镉含量阈值以下。然后再在所述待改良土壤上开穴，并播种籽粒苋的种子或栽种籽粒苋的幼苗。从而避免了过高的有效态镉含量对于籽粒苋萌发或栽种的幼苗的早期生长造成影响。在所述籽粒苋的根须生长至第一预设根长后，所述籽粒苋对于有效态镉的耐受能力上升，则可以对所述待改良土壤进行活化处理，以提高待改良土壤的有效态镉含量，进而提高所述籽粒苋对于重金属镉的吸收量，增强籽粒苋对于重金属镉污染的土壤的修复效果。所述籽粒苋继续生长至开花前，对所述籽粒苋的地上部分进行留茬刈割。通过留茬刈割的方式增加了籽粒苋的生物量，从而进一步提高了所述籽粒苋对于重金属镉的吸收量。在刈割完成后，所述籽粒苋的留茬部分继续生长至开花前，对整株籽粒苋进行收获。由此，本发明通过在籽粒苋的生长过程中对所述待改良土壤中有效态镉含量进行调节，从而保障了籽粒苋在生长过程中减少被有效态镉含量所影响，同时提高了所述籽粒苋对于重金属镉的吸收量，增强籽粒苋对于重金属镉污染的土壤的修复效果。

附图说明

图1为本发明运用籽粒苋根须土壤改良的方法一实施例的流程示意图；

图2为本发明实施例方案涉及的不同有效态镉含量下籽粒苋的根须长度的试验结果图；

图3为本发明运用籽粒苋根须土壤改良的方法另一实施例的流程示意图；

图4为本发明实施例方案涉及的不同有效态镉含量下籽粒苋的地上部分提取镉的试验结果图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解的是，本发明下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。本发明下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

参照图1，图1为本发明运用籽粒苋根须土壤改良的方法一实施例的流程示意图。

需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本发明一实施例提供一种运用籽粒苋根须土壤改良的方法，所述运用籽粒苋根须土壤改良的方法包括：

步骤S100，对重金属镉污染的待改良土壤进行钝化处理，以将所述待改良土壤中有效态镉含量降低至第一镉含量阈值以下；

籽粒苋作为重金属镉的超富集植物，虽然可以在高浓度的镉含量下生长。但重金属镉对籽粒苋依旧是具有毒害作用的，尤其是在籽粒苋的早期发育阶段，高浓度的镉含量会导致早期籽粒苋的根须生长较为缓慢，从而一方面拖延了籽粒苋的生长发育，另一方面也影响了籽粒苋通过根须对于重金属镉的吸收。由此导致了籽粒苋对于重金属镉污染的土壤的修复效果较差。

本实施例中，需要说明的是，钝化处理为改变被重金属污染的土壤中重金属的化学形态和赋存状态，从而降低重金属的生物有效性和迁移性，减少植物对重金属的吸收的处理方式。其中，所述有效态镉含量为有效态镉的含量，所述有效态镉为能被生物吸收或可对生物产生毒害的形态的镉元素。

本实施例在修复重金属镉污染的待改良土壤时，先对重金属镉污染的待改良土壤进行钝化处理，从而可以将所述待改良土壤中有效态镉含量降低至第一镉含量阈值以下，从而使得待修复土壤中籽粒苋萌发或栽种的幼苗可以相对正常地生长发育，减小重金属镉对早期籽粒苋的根须生长的影响。其中，所述第一镉含量阈值的取值范围为4～8mg/kg。参见图2，图2为本发明实施例方案涉及的不同有效态镉含量下籽粒苋的根须长度的试验结果图。图2中K112和R104为籽粒苋的品种，采用温室盆栽的方式，有效态镉含量分别为0、1、2、4、8、16、32、50mg/kg，图中根须长度为籽粒苋出苗后60天的根须长度。在有效态镉含量为0mg/kg的情况下，K112的根须长度为12.9cm，R104的根须长度为11.5cm。由图2可知在有效态镉含量为0～4mg/kg的情况下，对于籽粒苋的根须长度影响较小，但在达到8mg/kg后籽粒苋的根须长度则会明显受到影响。尤其是在有效态镉含量为50mg/kg的情况下，K112的根须长度为6.2cm，R104的根须长度为5.7cm，籽粒苋的根须长度甚至只有空白组(即有效态镉含量为0mg/kg)的一半。

其中，步骤S100中所述对重金属镉污染的待改良土壤进行钝化处理的步骤，包括：

步骤S110，向所述待改良土壤中施用重金属镉的钝化材料和/或调节所述待改良土壤至还原条件。

其中，所述钝化材料可以为生石灰、草木灰、磷酸钙、磷酸氢钙中的至少一种。当然，还可以选取其他可钝化重金属镉无机材料或有机材料(如生物炭、生物固体、畜禽粪便等)。

本实施例通过向所述待改良土壤中施用重金属镉的钝化材料，则在所述钝化材料的作用下有效态镉形成难溶的沉淀物，从而降低了所述有效态镉含量，减轻对于籽粒苋的早期发育阶段的影响。本实施例还可以采用调节所述待改良土壤至还原条件的方式，以调节待修复土壤的酸碱度和氧化还原电位，降低所述有效态镉含量，减轻对于籽粒苋的早期发育阶段的影响。其中调节所述待改良土壤至还原条件的方式可以为对所述待改良土壤进行水淹处理。

步骤S200，在所述待改良土壤上开穴，并播种籽粒苋的种子或栽种籽粒苋的幼苗；

在所述待改良土壤中有效态镉含量降低至第一镉含量阈值以下之后，则在所述待改良土壤上开穴，并播种籽粒苋的种子。当然为了进一步提高籽粒苋的幼苗成活率，还可以采用直接栽种籽粒苋的幼苗的方式。可以理解的是，在播种籽粒苋的种子萌芽或栽种籽粒苋的幼苗前后，还可施用促进生根的含氮磷的肥料。

步骤S300，在所述籽粒苋的根须生长至第一预设根长后，对所述待改良土壤进行活化处理，以提高所述待改良土壤中有效态镉含量；

本实施例中，需要说明的是，所述第一预设根长为籽粒苋幼苗渡过早期发育阶段的根须长度，所述第一预设根长为7～10cm。

还需要说明的是，所述活化处理为改变被重金属污染的土壤中重金属的化学形态和赋存状态，从而提高重金属的生物有效性和迁移性，增强植物对重金属的吸收的处理方式。

当所述籽粒苋的根须生长至7～10cm后，籽粒苋的幼苗渡过了早期发育阶段，则重金属镉对籽粒苋的根须生长的影响会减小。由此，则可以对所述待改良土壤进行活化处理，以提高所述待改良土壤中有效态镉含量。由此本实施例通过活化待改良土壤，避免了在钝化后所述待改良土壤中重金属镉的总量较高，有效态镉含量较低的情况下，所述籽粒苋难以富集待改良土壤中重金属镉，降低了重金属镉的吸收量，从而影响对于重金属镉污染的土壤的修复效果。

其中，步骤S300中所述对所述待改良土壤进行活化处理的步骤包括：

步骤S310，向所述待改良土壤中施用重金属镉的活化材料和/或调节所述待改良土壤至氧化条件。

其中，所述活化材料为乙二胺四乙酸、草酸、柠檬酸、苹果酸中的至少一种。

本实施例通过向所述待改良土壤中施用重金属镉的活化材料，则在所述活化材料的作用下难溶的含镉沉淀物转变为有效态镉，从而提高了有效态镉含量，以促进籽粒苋对于重金属镉的吸收。本实施例还可以采用调节所述待改良土壤至氧化条件的方式，以调节待修复土壤的酸碱度和氧化还原电位，提高所述待改良土壤中有效态镉含量。其中调节所述待改良土壤至氧化条件的方式可以为对所述待改良土壤进行排水翻土处理。

步骤S400，所述籽粒苋继续生长至开花前，对所述籽粒苋的地上部分进行留茬刈割；

由于籽粒苋分枝再生能力强，能在一次种植中反复萌发。因此在籽粒苋的生长期内，合理采用留茬刈割处理，可以增加籽粒苋的生物量，进而也增加了籽粒苋对重金属镉的提取量。可以理解的是，是否刈割处理对于籽粒苋的花的生物量是不存在影响的。因此，可以采用所述籽粒苋继续生长至开花前，则对所述籽粒苋的地上部分进行留茬刈割的处理方式，提高所述籽粒苋的生物量增长效率。本实施例中，所述留茬刈割的次数可以根据实际需求进行设置，如2次、3次、4次等。

其中，步骤S400中所述对所述籽粒苋的地上部分进行留茬刈割的步骤包括：

步骤S410，以留茬长度为25～30cm，对所述籽粒苋的地上部分进行刈割。

由于不同的留茬长度对于籽粒苋的生物量增加不同，过短或过长留茬可能会导致生物量增加较少甚至是不增加。以留茬长度为25～30cm，对所述籽粒苋的地上部分进行刈割可以较好地增加所述籽粒苋的生物量。

步骤S500，在刈割完成后，所述籽粒苋的留茬部分继续生长至开花前，对整株籽粒苋进行收获。

在对所述籽粒苋一次或多次刈割后，由于所述籽粒苋吸收的重金属镉大部分均富集在叶、茎、根中，则可以在所述籽粒苋的留茬部分继续生长至开花前，对整株籽粒苋进行收获。

本发明一实施例中，通过先对重金属镉污染的待改良土壤进行钝化处理，以将所述待改良土壤中有效态镉含量降低至第一镉含量阈值以下。然后再在所述待改良土壤上开穴，并播种籽粒苋的种子或栽种籽粒苋的幼苗。从而避免了过高的有效态镉含量对于籽粒苋萌发或栽种的幼苗的早期生长造成影响。在所述籽粒苋的根须生长至第一预设根长后，所述籽粒苋对于有效态镉的耐受能力上升，则可以对所述待改良土壤进行活化处理，以提高待改良土壤的有效态镉含量，进而提高所述籽粒苋对于重金属镉的吸收量，增强籽粒苋对于重金属镉污染的土壤的修复效果。所述籽粒苋继续生长至开花前，对所述籽粒苋的地上部分进行留茬刈割。通过留茬刈割的方式增加了籽粒苋的生物量，从而进一步提高了所述籽粒苋对于重金属镉的吸收量。在刈割完成后，所述籽粒苋的留茬部分继续生长至开花前，对整株籽粒苋进行收获。由此，本实施例通过在籽粒苋的生长过程中对所述待改良土壤中有效态镉含量进行调节，从而保障了籽粒苋在生长过程中减少被有效态镉含量所影响，同时提高了所述籽粒苋对于重金属镉的吸收量，增强籽粒苋对于重金属镉污染的土壤的修复效果。

参照图3，图3为本发明运用籽粒苋根须土壤改良的方法另一实施例的流程示意图。需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本发明另一实施例提供一种运用籽粒苋根须土壤改良的方法，在所述对所述待改良土壤进行活化处理的步骤之后，还包括：

步骤A10，采集所述待改良土壤的土壤样本，并检测所述土壤样本的有效态镉含量；

步骤A20，对所述待改良土壤进行钝化处理或活化处理，将所述有效态镉含量维持在预设镉含量范围内。

本实施例中，需要说明的是，本实施例可以采用二乙烯三胺五乙酸(DTPA)浸提测定土壤中有效态镉元素的含量。作为一种示例，首先按照c(TEA)＝0.1mol/L，c(CaCl2)＝0.01mol/L，c(DTPA)＝0.005mol/L的比值依次加入三乙醇胺、二乙烯三胺五乙酸、二水合氯化钙，加入水并搅拌使其完全溶解并通过盐酸溶液调整pH值为7.3±0.2摇匀后，制得二乙烯三胺五乙酸-氯化钙-三乙醇胺(DTPA-CaClz-TEA)浸提液。在采集得到待修复土壤的土壤样品后，除去土壤样品中的枝棒、叶片、石子等异物，将采集的土壤样品进行风干、粗磨、细磨至过孔径2.0mm(10目)的尼龙筛。称取处理过筛后的土壤样品，加入浸提液后进行振荡、离心、过滤后获得待测试样。然后待测试样由载气带入雾化系统进行雾化后，以气溶胶形式进入等离子体，镉元素在等离子体火炬中被气化、电离、激发并辐射出特征谱线。在一定浓度范围内，其特征谱线强度与镉元素的浓度成正比。由此可以检测所述土壤样本的有效态镉含量。

本实施例中，所述预设镉含量范围为32～50mg/kg。参照图4，图4为本发明实施例方案涉及的不同有效态镉含量下籽粒苋的地上部分提取镉的试验结果图。如图4所示，图4中K112和R104为籽粒苋的品种，同样采用温室盆栽的方式，有效态镉含量分别为0、1、2、4、8、16、32、50mg/kg。由图4可知，有效态镉含量在0～32mg/kg范围内时，籽粒苋K112和R104地上部分提取的镉总量随土壤中有效态镉含量增加而急剧增加，在土壤中有效态镉含量为50mg/kg时，由于籽粒苋的生物量会随着土壤中有效态镉含量的上升而下降，因此会导致籽粒苋吸镉量开始下降。K112和R104提取的镉总量的最大值均在土壤中有效态镉含量为32mg/kg，分别为292.9ug/盆和243.4ug/盆。

本实施例中，通过采集所述待改良土壤的土壤样本，并检测所述土壤样本的有效态镉含量，监测检测所述待改良土壤的有效态镉含量。在所述有效态镉含量高于所述预设镉含量范围时，则对所述待改良土壤进行钝化处理；在所述有效态镉含量低于所述预设镉含量范围时，则对所述待改良土壤进行活化处理。作为一种示例，在土壤中有效态镉含量高于50mg/kg的情况下，避免由于有效态镉浓度过高而导致籽粒苋对于重金属镉的吸收量下降，可以通过钝化处理将所述待改良土壤中有效态镉含量降低至所述预设镉含量范围内。作为另一种示例，在土壤中有效态镉含量低于32mg/kg的情况下，可以通过活化处理将所述待改良土壤中有效态镉含量上升至所述预设镉含量范围内。从而可以始终将所述有效态镉含量维持在预设镉含量范围内，以保持所述待改良土壤中有效态镉含量维持在一个较为合适的范围内，保障籽粒苋对重金属镉的吸收量始终维持在较高的水平，从而增强籽粒苋对于重金属镉污染的土壤的修复效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体/操作/对象与另一个实体/操作/对象区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体/操作/对象之间存在任何这种实际的关系或者顺序；术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。