[发明专利]一种减缓污染土壤淋洗过程养分淋失的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种土壤养分淋失的减缓方法，具体涉及一种减缓污染土壤淋洗过程养分淋失的方法。

背景技术

土壤圈是人类赖以生存的基本界面，是生态系统物质循环和能量流动最活跃的圈层之一。随着经济和社会的发展，土壤污染形势愈发严峻。据保守估计，目前我国约有1/6左右的耕地受到重金属的严重污染，其中14个省份(自治区或直辖市)的耕地已成为重金属污染多发区域。铅和镉已成为我国土壤中分布面积最广和毒性最大的重金属类污染物。

目前主流的污染土壤修复技术包括客土法、化学淋洗法、电修复法、植物修复法等，其中化学淋洗法较为成熟，且治理成本、修复周期、污染风险等方面相对更易被接受。但土壤淋洗过程不可回避的问题之一就是土壤组分的同步淋失或性质变化，进而改变土壤体系的理化属性或导致土壤生态功能的彻底丧失。这一问题已引起国内外学者的广泛关注。

对于控制土壤养分淋失的技术手段，主要集中在以下两个方面。第一，通过向土壤中添加外源物达到土壤养分的吸持固定。比如，刘世杰发现盆钵体系栽种玉米过程中，添加黑炭能够减少NH₄⁺、K⁺、Ca²⁺的养分淋失；Hodgkinson等认为有机培肥有利于降低土壤优势流造成的养分淋失，各种养分的淋失速度和淋失总量下降幅度明显；陶宝瑞通过桶栽实验探讨了秸秆集中掩埋还田对麦田土壤N、P淋失的影响，实现了降低N、P淋失的预期目标。第二，改进传统的灌溉和施肥技术提高土壤养分的利用率，客观上降低其淋溶损失。比如，Chen等利用微孔滴灌技术替代传统的喷灌和漫灌方法，有效控制了土壤养分淋溶速率；侯笑林试图利用控释复肥效能释放的长期性降低养分的淋失率，取得了令人满意的实验结果；何传龙采用改进减量施肥技术，在保证作物产量的同时，提高了土壤N、P的利用率，提供了一种减少N、P养分淋失的新思路。由此可见，相关研究多关注于作物栽培或模拟灌溉条件下，降低土壤N、P养分淋失的方法。对于重金属污染土壤淋洗过程，既能取得较高的重金属淋洗率，同时尽量降低土壤养分淋失量，涉及很少，同时，对于典型地区的相关研究略显不足。

土壤组分包括矿物质(石英、方解石、伊利石、蒙脱石等)、有机质(腐殖质、动植物残体、生物排泄物和分泌物等)、土壤溶液和土壤空气等三相物质四种组分，在重金属污染土壤化学淋洗过程中，极易淋失的组分包括重金属离子和活性较大的土壤养分(主要指N元素和P元素)。天然条件下，土壤中的N元素和P元素主要以硝酸根和磷酸根的形式存在，带有负电荷，具有与带正电荷组分优先结合的属性；而铅离子和镉离子多带有正电荷，具有强烈的吸电子能力。两类物质具有的电荷属性完全不同，因此，可以利用土壤养分(硝酸根、磷酸根)和重金属离子(铅、镉)的电荷差异，既达到铅离子和镉离子的有效淋洗，同时减缓硝酸根和磷酸根的淋溶损失。对于如何减缓或控制污染土壤化学淋洗修复过程的养分淋失涉及很少，目前尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种减缓污染土壤淋洗过程养分淋失的方法，在不影响铅和镉(阳离子)淋洗效果的前提下，减缓N元素(硝酸根，阴离子)和P元素(磷酸根，阴离子)的淋溶损失。

本发明所采用的技术方案是，一种减缓污染土壤淋洗过程养分淋失的方法，将纤维素基阴离子吸附剂和污染黄土混合均匀后填入淋洗柱中，在土层中分布粒径为1.2～1.8cm的小石子10～12粒，淋洗柱底部用尼龙筛网固定，以乙二胺四乙酸(EDTA)为淋洗液对淋洗柱中的黄土进行淋洗，在淋洗柱下端收集淋洗液。

本发明的特点还在于，

纤维素基阴离子吸附剂的制备方法为：

步骤1，向10g粉粹秸秆中加入浓度为1mol/L的KOH溶液100mL，超声辅助搅拌条件下反应，

步骤2，将步骤1得到的反应产物过滤、水洗、干燥后加入0.1mol/L的NaClO₂溶液40mL和0.1mol/L的冰乙酸100mL，超声辅助搅拌条件下反应，反应产物经水洗、干燥，得到秸秆纤维素；

步骤3，将步骤2得到的秸秆纤维素1g、环氧氯丙烷50mL和N,N-二甲基甲酰胺100mL混合后在超声辅助搅拌条件下反应1～4h，然后加入20mL吡啶继续反应1～4h，再加入40mL二乙胺溶液继续反应1～4h，反应产物经水洗、干燥，得到纤维素基阴离子吸附剂。

步骤1中秸秆为玉米秸秆和小麦秸秆按质量比1：1组成的混合物。

步骤1中超声功率25～100W，反应温度25～100℃，反应时间1～4h，搅拌速率60～120r/min。