[发明专利]一种基于生物炭原位钝化结合甜高粱种植的安全利用重金属污染耕地的方法

说明书

本发明公开了一种基于生物炭原位钝化结合甜高粱种植的安全利用重金属污染耕地的方法。结果显示，0.5％椰壳生物炭+0.2％石灰和1％椰壳生物炭+0.4％石灰处理后，土壤有效镉、铅含量均下降50％以上，结合成本考虑，0.5％椰壳生物炭+0.2％石灰处理较为理想；4个甜高粱品种均表现出较好的重金属耐受性。钝化剂处理后，甜高粱茎中的镉铅含量均有显著降低。表明低吸收品系适宜用于重金属污染区的稳定修复和能源化利用。另外，甜高粱籽粒中几乎检测不到镉，铅含量也在饲料标准之内，说明籽粒比较安全，可以用作饲料原料。该方法技术简便、方法易行，在广大的重金属污染地区具有极其广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种基于生物炭原位钝化结合甜高粱种植的安全利用重金属污染耕地的方法。

背景技术

近年来，我国工业化和城市化进程不断加快，大量污染物随意排放，使得土壤重金属污染日益加剧，污染面积也在逐年扩大。重金属镉、铅具有富集性，在土壤中滞留时间长，易在表土积累，可被植物吸收，是中国土壤-植物生态系统中主要的重金属污染。据统计，我国重金属污染耕地面积已经达到2000万公顷，每年有1200万吨粮食受污染而重金属超标，直接经济损失200亿元。

针对矿区周边镉铅重度污染农田，基于非食用类能源作物的种植结构调整是农田安全利用的趋势，对于降低农产品风险具有重要的意义。另一方面，农业废弃物的能源化利用既可减少农业面源污染，是解决“三农”问题的重要手段，又是解决当前全球能源危机的必要措施，具有广阔的应用前景。开展土壤钝化-能源作物原位修复和农业生物质高效能源化和资源化综合利用则成为该项技术市场化应用的关键。

生物炭作为一种新型吸附材料，在废水处理和污染土壤修复等环保领域展现出巨大应用潜力。生物炭通过改变土壤环境条件，如提高土壤pH值和土壤有机质含量，改变土壤微生物群落组成及土壤氧化还原电位，降低重金属生物有效性；另一方面，生物炭对重金属离子有较强吸附和固定作用，可降低重金属生物有效性。重金属在土壤中主要存在4种形态(弱酸提取态、铁氧化物结合态、有机结合态和残渣态)，而生物有效态通常指的是弱酸可浸提态。施用生物炭可改变土壤中重金属形态和迁移，降低土壤中某些重金属酸提取态含量，将活性态的重金属固化，使其变成更加紧密的结合形态(如可还原态或可氧化态)，从而实现降低重金属在土壤环境中生物有效性。

甜高粱(Sorghum bicolor(Linn.)Moench)是粒用高粱的一个变种，具有生物产量及茎秆含糖量高、生育期短、抗逆性强、适种范围广等优点，是最具前景的生物质能源植物之一。在镉铅重度污染农田种植甜高粱，其茎秆和籽粒可通过固体发酵技术生产乙醇，酒糟可用于燃烧发电，而镉可从燃烧后的灰烬中加以回收，这样镉就从食物链转移到能源链中，同时兼顾了生态和经济效益。研究表明，高粱是一种能有效吸收重金属的作物，但不同高粱品系吸收重金属的能力有很大差异。高粱可以耐受一定浓度的Cd，1mg/L以下的Cd处理可以促进高粱的生长和对铁的运输，并且没有明显的毒害症状，在10mg/L的Cd处理下生物量才开始明显的下降。

发明内容

甜高粱具有丰富的种质资源，不同品种对镉、铅的吸收和积累具有很大的差别。本发明针对华南地区典型矿区流域镉铅重度污染农田，拟在筛选镉铅高耐受和低吸收的优良甜高粱品种的基础上，构建甜高粱-生物炭原位钝化联合修复技术模式，结合下游能源化和资源化技术研发，实现镉铅重度污染耕地的安全利用。

本发明的目的是提供一种基于生物炭原位钝化结合甜高粱种植的安全利用重金属污染耕地的方法。

本发明要求保护一种安全利用重金属污染耕地的方法，包括：在所述重金属污染耕地中加入椰壳生物炭和石灰石，种植镉铅低吸收甜高粱品种。

本发明还要求保护一种修复重金属污染耕地的方法，包括：在所述重金属污染耕地中加入椰壳生物炭和石灰石，种植镉铅低吸收甜高粱品种。

本发明还要求保护一种降低甜高粱镉和/或铅含量的方法，包括：在种植甜高粱的土壤中，加入椰壳生物炭和石灰石。