本發(fā)明涉及土壤重金屬污染治理領(lǐng)域，特別是涉及一種重金屬污染土壤的原位淋洗-深層固定-植物修復(fù)聯(lián)合方法。

背景技術(shù)：

在過(guò)去幾十年，因選礦業(yè)、冶煉業(yè)的發(fā)展及環(huán)保法律、環(huán)保意識(shí)的欠缺，造成我國(guó)大面積土壤被重金屬污染(如鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅等)，《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，我國(guó)16.1％的土壤被污染，耕地土壤污染達(dá)到19.4％，其中鎘污染最為突出，超標(biāo)率為7％。重金屬不被生物降解、毒性強(qiáng)，易于在農(nóng)作物中積累，進(jìn)入食物鏈，造成糧食減產(chǎn)和危害人體健康。而我國(guó)人與耕地矛盾突出，改良污染農(nóng)田的質(zhì)量顯得尤為迫切。2016年國(guó)務(wù)院印發(fā)的《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(“土十條”)，對(duì)于污染土壤的安全利用提出了明確的目標(biāo)。因此如何高效的修復(fù)如此大面積污染土壤，實(shí)現(xiàn)“土十條”提出的目標(biāo)尤為重要。

目前，重金屬污染農(nóng)田的修復(fù)技術(shù)主要是鈍化，即將鈍化材料如石灰、生物炭等材料施加到土壤中，提高土壤的酸度和對(duì)重金屬的吸附能力，降低重金屬的活性，減少農(nóng)作物對(duì)重金屬的吸收。但重金屬仍然留在耕作層，而且農(nóng)作物根部產(chǎn)生的小分子有機(jī)酸，重新活化重金屬。因此鈍化修復(fù)往往不能取得長(zhǎng)效的效果。植物修復(fù)是一種廉價(jià)的修復(fù)技術(shù)，通過(guò)積累植物將重金屬富集至地上部，收割地上部植物減少土壤中的重金屬含量。但植物修復(fù)效率卻不能令人滿意，往往需要十幾乃至數(shù)十年。土壤淋洗修復(fù)技術(shù)是利用化學(xué)淋洗劑，如有機(jī)酸，螯合劑、無(wú)機(jī)酸等化合物，將重金屬?gòu)奈廴就寥乐邢疵撓聛?lái)，達(dá)到修復(fù)目的。目前，土壤淋洗修復(fù)主要應(yīng)用于工業(yè)場(chǎng)地的修復(fù)，對(duì)于大面積污染農(nóng)田修復(fù)土壤淋洗修復(fù)，工程量大，泥水分離困難等問(wèn)題。本發(fā)明旨在解決大面積污染的農(nóng)田高效修復(fù)問(wèn)題難題，創(chuàng)新地將原位淋洗、深層固定、植物修復(fù)結(jié)合在一起，解決了淋洗的高成本、鈍化不徹底、植物修復(fù)效率低的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)目前重金屬修復(fù)技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種原位淋洗-深層固定-植物修復(fù)聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤修復(fù)方法，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法，其具體步驟如下：

1)污染農(nóng)田挖50-60cm深溝，溝寬5～10cm，溝間距為0.5m～1m，向溝內(nèi)加入固定劑，再回填土壤；然后向土壤表面施加淋洗劑，灌溉水；

2)施入有機(jī)肥，扦插種植柳樹(shù)，恢復(fù)土壤功能，進(jìn)一步去除殘留重金屬，柳樹(shù)種植1～2年后可以將柳樹(shù)輪伐，2～3年后，收割柳枝，即完成對(duì)金屬污染土壤的修復(fù)。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法中，步驟1)所用的固定劑為具有土壤改良作用的石灰，固定劑施入量為耕作層土壤干重質(zhì)量的2％。進(jìn)一步，本發(fā)明所述聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法中，步驟1)所使用的淋洗劑為不產(chǎn)生二次污染且具有土壤改良作用的三氯化鐵，淋洗劑施入量為耕作層土壤干重質(zhì)量的0.5～2.0％。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法中，步驟2)所述柳樹(shù)為濟(jì)價(jià)值較強(qiáng)、富集效率高的金絲垂柳或柳785。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法中，步驟1)所述灌溉水是指：向土壤表層灌水至水面高于土壤表層10cm，利用水耙攪拌混合土壤，靜置，待水滲入土壤后，再重復(fù)灌溉至少兩次；重金屬隨淋洗劑下滲到農(nóng)田深層(約距土壤表層50-60cm)，重新在深層固定，不污染地下水，

進(jìn)一步，本發(fā)明所述聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法中，步驟2)所述有機(jī)肥的施入量為耕種層土壤干重的0.5～1％，恢復(fù)淋洗后土壤中流失的營(yíng)養(yǎng)元素、有機(jī)質(zhì)。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤的方法中，步驟2)扦插種植柳樹(shù)的種植間距為1m×30cm。

本申請(qǐng)中，技術(shù)術(shù)語(yǔ)“耕作層”是指距表層0-20cm的土壤層。

本發(fā)明中，攜帶重金屬的淋洗劑下滲至深層，深層的固定劑石灰成堿性，與酸性淋洗劑反應(yīng)，提高土壤ph，石灰與三氯化鐵反應(yīng)生成具有絮凝作用的氫氧化鐵，從而使重金屬在深層固定下來(lái)。

本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明所選淋洗劑不破壞土壤結(jié)構(gòu)、可作為稻田土壤改良劑的三氯化鐵，淋洗劑環(huán)境友好，不產(chǎn)生二次污染。

2、相對(duì)常規(guī)淋洗技術(shù)，本發(fā)明省去攪拌、泵提、泥水分離等過(guò)程，操作過(guò)程簡(jiǎn)便，成本降低。

3、與現(xiàn)有鈍化技術(shù)相比，本發(fā)明將耕作層重金屬淋洗固定至根系活動(dòng)較少深層，降低耕作層重金屬的含量，防止鈍化的重金屬重新活化，減少農(nóng)作物的吸收。

4、施加有機(jī)肥并進(jìn)行植物修復(fù)后，土壤營(yíng)養(yǎng)元素、有機(jī)質(zhì)、ph、微生物種群等都不同程度恢復(fù)，克服淋洗帶來(lái)的土壤結(jié)構(gòu)破壞、營(yíng)養(yǎng)流失的問(wèn)題。

5、本發(fā)明選用的植物為重金屬積累的金絲垂柳或柳785，金絲垂柳耐干旱、水澇，抗脅迫性強(qiáng)，且金絲垂柳為常見(jiàn)的綠化樹(shù)種；柳785既能夠?qū)ν寥乐墟k起到富集作用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)重金屬鎘主要富集于枝干及枝條中，統(tǒng)一收割，可省去因處理富集鎘的落葉而耗費(fèi)的大量人力物力。修復(fù)后的柳樹(shù)以苗木出售，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)邊生產(chǎn)邊修復(fù)，樹(shù)苗種植于未污染區(qū)，體內(nèi)重金屬濃度隨植株的生長(zhǎng)而降低，不產(chǎn)生新的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；

附圖說(shuō)明

圖1為不同比例淋洗劑對(duì)污染土壤的淋洗效果示意圖；

圖2為原位淋洗后不同深度cd濃度變化示意圖；

圖3為改良前后柳樹(shù)地上部器官每株生物量示意圖；

圖4為改良前后柳樹(shù)地上部組織重金屬cd含量及土壤中cd有效態(tài)含量示意圖；

圖5柳785生長(zhǎng)三年后莖、葉生物量及富集系數(shù)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行描述，但本發(fā)明并不限于下述實(shí)施例。實(shí)施例1重金屬污染土壤原位淋洗-深層固定

表1土壤基本性質(zhì)

本實(shí)施例修復(fù)工程位于江蘇省宜興某污染農(nóng)田，該農(nóng)田土壤屬于黃棕壤，酸性，土壤性質(zhì)見(jiàn)表1，鎘含量為6.32mg/kg，超過(guò)我國(guó)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(gb15618-1995)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)十倍以上，嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境及人類健康。

本實(shí)施例土壤原位淋洗-深層固定步驟如下：

1.將污染農(nóng)田平整后，周圍夯實(shí)田埂，田埂高15cm；

2.在污染農(nóng)田內(nèi)挖50～60cm深溝，溝寬5～10cm，溝間距為0.5m～1m；

3.在深溝內(nèi)施加石灰，按照耕作層(距表層土壤0-20cm內(nèi)的土壤)土壤干重的2％施加，約4.8kg/m²，然后回填污染土壤；

4.在土壤表層均勻施加淋洗劑三氯化鐵，三氯化鐵施加量以耕作層土壤(距表層土壤0-20cm內(nèi)的土壤)干重的質(zhì)量比施加：

分為四個(gè)處理：a)不施加淋洗劑，b)施加占耕作層土壤干重質(zhì)量比0.5％的fecl3；c)施加占耕作層土壤干重質(zhì)量比1％fecl3；d)施加占耕作層土壤干重質(zhì)量比2％fecl3；上述四組依次編號(hào)ck、1、2、3；

5.農(nóng)田灌水，灌水后保持水面高于地面10cm，利用水耙混合攪拌土壤，待水完全下滲后，再次灌水，重復(fù)兩次；

6.當(dāng)水完全下滲后，分層取樣分析土壤重金屬的含量及耕作層土壤的基本理化性質(zhì)。

圖1為不同比例淋洗劑對(duì)污染土壤的淋洗效果，由圖1可見(jiàn)，在施加淋洗劑三氯化鐵后，不同比例的淋洗劑對(duì)污染耕作層土壤中的重金屬去除效果不同，當(dāng)加入質(zhì)量比分別為0.5％、1％、2％的fecl3時(shí)，土壤中剩余cd的量分別為4.29mg/kg、2.08mg/kg、1.02mg/kg，去除率分別為36.35％、69.14％、84.87％；有效態(tài)的含量分別為1.68mg/kg、0.94mg/kg、0.58mg/kg，去除率分別為24.93％、58.29％、74.40％?？梢?jiàn)，原位施加三氯化鐵可有效淋洗耕作層土壤的重金屬，且隨施加量的增加，淋洗效率增加。

圖2為原位淋洗后不同深度cd濃度變化，由圖2可見(jiàn)，淋洗后，耕作層土壤(0-20cm)及20-40cm土壤中重金屬cd的濃度明顯降低，耕作層土壤(0-20cm)重金屬去除率高于20-40cm。重金屬淋洗后，在深層固定下來(lái)，40-60cm深度土壤中cd的濃度增加明顯，分別增加到原來(lái)的1.94、2.18、2.84倍。而在更深層的60-80cm土壤中重金屬cd的濃度無(wú)明顯變化，說(shuō)明耕作層淋洗下來(lái)的重金屬在深層固定，沒(méi)有進(jìn)一步向下淋洗，污染地下水，淋洗灌溉后再次檢測(cè)耕作層土壤性質(zhì)，結(jié)果如表2所示：

表2淋洗前后耕作層土壤理化性質(zhì)的變化

由表2可見(jiàn)，經(jīng)三氯化鐵淋洗后，耕作層土壤ph降低，這是因?yàn)閒ecl3在土壤中水解產(chǎn)生h⁺，酸化土壤。淋洗劑三氯化鐵的施加，不僅土壤中重金屬被去除，部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也被洗脫下來(lái)、造成土壤性質(zhì)惡化，需進(jìn)行土壤改良。在土壤中施加改良劑是一種簡(jiǎn)便可行的方法，但隨著土壤的酸化，土壤中的微生物種群結(jié)構(gòu)被破壞，而單純施加改良劑僅能恢復(fù)土壤理化性質(zhì)，仍需進(jìn)一步種植抗性強(qiáng)的植物恢復(fù)土壤功能。

實(shí)施例2土壤有機(jī)肥改良-植物修復(fù)重金屬污染土壤

實(shí)施例1中按耕作層土壤干重的2％施加三氯化鐵(組3)，土壤中重金屬去除率最好，但土壤酸化和營(yíng)養(yǎng)損失最為嚴(yán)重。本實(shí)施例將對(duì)此土壤進(jìn)行改良和植物修復(fù)。操作步驟如下：

1.淋洗后施加市售有機(jī)肥于土壤表面，施加量為耕種層土壤干重的1％(具體施加比例也可參照有機(jī)肥說(shuō)明書(shū))，旋耕混勻。

2.選取0.5-1.5cm粗細(xì)的金絲垂柳枝條，除去細(xì)枝，剪成約15cm左右長(zhǎng)的插條，柳樹(shù)插條制備過(guò)程中，盡量減少傷口面積。

3.以插條形式扦插種植金絲垂柳，種植間距為1m×30cm，種植密度為3.3株/m²，正常田間管理。柳樹(shù)生長(zhǎng)八個(gè)月后，取樣分析土壤重金屬的含量、耕作層的基本理化性質(zhì)、柳樹(shù)植株內(nèi)不同部分的生物量及重金屬cd的含量，檢測(cè)結(jié)果如表3所示：

表3土壤改良植物修復(fù)前后耕作層土壤理化性質(zhì)的變化

表3中，未處理組為原始土壤；土壤改良前組是指按照實(shí)施例1組3方法淋洗后未做其他處理的土壤；土壤改良-植物修復(fù)后組是指經(jīng)本實(shí)施例上述施加有機(jī)肥并扦插柳樹(shù)后的土壤。

由表3可見(jiàn)，土壤ph從4.63恢復(fù)到6.19，土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮、速效磷等土壤理化指標(biāo)與基本淋洗前基本一致。

在污染農(nóng)田原位淋洗修復(fù)后，土壤酸化、營(yíng)養(yǎng)元素流失，土壤微生物結(jié)構(gòu)改變，柳樹(shù)的生物量受到極大的抑制，圖3為土壤有機(jī)肥改良前后柳樹(shù)地上部組織重示意圖，圖3中，未淋洗組是指原始土壤生長(zhǎng)的柳樹(shù)，未改良組是指按照實(shí)施例1組3方法淋洗后未做其他處理土壤的柳樹(shù)；改良組是指按照實(shí)施例1組3方法淋洗后并施加有機(jī)肥土壤的柳樹(shù)。

由于淋洗劑的活化、酸化作用，淋洗后耕作層土壤中仍殘留部分重金屬，且有效態(tài)所占比例較大。在土壤有機(jī)肥改良-植物修復(fù)后，由于改良后土壤ph和有機(jī)質(zhì)的恢復(fù)，已經(jīng)柳樹(shù)地上部的富集作用，耕作層土壤中的有效態(tài)重金屬含量由淋洗后的0.57mg/kg降低至0.34mg/kg(圖4)。

實(shí)施例3柳785修復(fù)重金屬cd污染土壤

本實(shí)施例地位于江蘇省常熟市某公園，其土壤為湖底清淤污泥，土壤中cd濃度為0.93mg/kg，超過(guò)了我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田土壤中污染物鎘的最高容許含量0.6mg/kg，會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，以及人體健康構(gòu)成很大危害，因此該地區(qū)土壤亟待修復(fù)。本實(shí)施例步驟如下：

1、將該處土壤平整后，挖50～60cm深溝，溝寬5～10cm，溝間距為0.5m～1m；

2、在深溝內(nèi)施加石灰，按照耕作層(距表層土壤0-20cm內(nèi)的土壤)土壤干重的2％施加，約4.8kg/m²，然后回填污染土壤；

3、在土壤表層均勻施加淋洗劑三氯化鐵，三氯化鐵施加量以耕作層土壤(距表層土壤0-20cm內(nèi)的土壤)干重的質(zhì)量比2％施加：；

4、灌水，灌水后保持水面高于地面10cm，利用水耙混合攪拌土壤，待水完全下滲后，再次灌水，重復(fù)兩次；

5、淋洗后施加市售有機(jī)肥于土壤表面，施加量為耕種層土壤干重的1％，旋耕混勻；

6、選取0.5-1.5cm粗細(xì)的柳785枝條，除去細(xì)枝，剪成約15cm左右長(zhǎng)的插條，柳樹(shù)插條制備過(guò)程中，盡量減少傷口面積；

7、以插條形式扦插種植柳785，種植間距為1m×30cm，種植密度為3.3株/m²，正常田間管理。

柳樹(shù)生長(zhǎng)三年后，取樣分析柳樹(shù)植地上部組織生物量及重金屬cd的含量，檢測(cè)結(jié)果如圖5所示：柳785莖的生物量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于葉的生物量，生長(zhǎng)三年后莖、葉的生物量分別為1.12kg/株、0.54kg/株。并且，莖、葉中重金屬cd富集系數(shù)分別為9.3、5.8，莖富集系數(shù)大于葉。重金屬cd更多的富集在枝干及枝條中，減少隨落葉返回土壤中重金屬的量，提高植物修復(fù)效率。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，三年后，在不添加任何化學(xué)藥劑的情況下，柳屬無(wú)性系785對(duì)土壤中鎘的去除率達(dá)到22.5％，對(duì)土壤中金屬鎘具有較好的去除效果。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。