[發明專利]一種基于生物炭原位鈍化結合甜高粱種植的安全利用重金屬污染耕地的方法

在審

• 申請號: 202010142557.4
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111266400A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 李銀心;呂素蓮;賈偉濤;婁騰雪;張旋;郭子兢;湯葉濤;仇榮亮
• 申請（專利權）人: 中國科學院植物研究所
• 主分類號: B09C1/08
• 分類號: B09C1/08;B09C1/10;A01B79/02
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

本發明公開了一種基于生物炭原位鈍化結合甜高粱種植的安全利用重金屬污染耕地的方法。結果顯示，0.5％椰殼生物炭+0.2％石灰和1％椰殼生物炭+0.4％石灰處理后，土壤有效鎘、鉛含量均下降50％以上，結合成本考慮，0.5％椰殼生物炭+0.2％石灰處理較為理想；4個甜高粱品種均表現出較好的重金屬耐受性。鈍化劑處理后，甜高粱莖中的鎘鉛含量均有顯著降低。表明低吸收品系適宜用于重金屬污染區的穩定修復和能源化利用。另外，甜高粱籽粒中幾乎檢測不到鎘，鉛含量也在飼料標準之內，說明籽粒比較安全，可以用作飼料原料。該方法技術簡便、方法易行，在廣大的重金屬污染地區具有極其廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種基于生物炭原位鈍化結合甜高粱種植的安全利用重金屬污染耕地的方法。

背景技術

近年來，我國工業化和城市化進程不斷加快，大量污染物隨意排放，使得土壤重金屬污染日益加劇，污染面積也在逐年擴大。重金屬鎘、鉛具有富集性，在土壤中滯留時間長，易在表土積累，可被植物吸收，是中國土壤-植物生態系統中主要的重金屬污染。據統計，我國重金屬污染耕地面積已經達到2000萬公頃，每年有1200萬噸糧食受污染而重金屬超標，直接經濟損失200億元。

針對礦區周邊鎘鉛重度污染農田，基于非食用類能源作物的種植結構調整是農田安全利用的趨勢，對于降低農產品風險具有重要的意義。另一方面，農業廢棄物的能源化利用既可減少農業面源污染，是解決“三農”問題的重要手段，又是解決當前全球能源危機的必要措施，具有廣闊的應用前景。開展土壤鈍化-能源作物原位修復和農業生物質高效能源化和資源化綜合利用則成為該項技術市場化應用的關鍵。

生物炭作為一種新型吸附材料，在廢水處理和污染土壤修復等環保領域展現出巨大應用潛力。生物炭通過改變土壤環境條件，如提高土壤pH值和土壤有機質含量，改變土壤微生物群落組成及土壤氧化還原電位，降低重金屬生物有效性；另一方面，生物炭對重金屬離子有較強吸附和固定作用，可降低重金屬生物有效性。重金屬在土壤中主要存在4種形態(弱酸提取態、鐵氧化物結合態、有機結合態和殘渣態)，而生物有效態通常指的是弱酸可浸提態。施用生物炭可改變土壤中重金屬形態和遷移，降低土壤中某些重金屬酸提取態含量，將活性態的重金屬固化，使其變成更加緊密的結合形態(如可還原態或可氧化態)，從而實現降低重金屬在土壤環境中生物有效性。

甜高粱(Sorghum bicolor(Linn.)Moench)是粒用高粱的一個變種，具有生物產量及莖稈含糖量高、生育期短、抗逆性強、適種范圍廣等優點，是最具前景的生物質能源植物之一。在鎘鉛重度污染農田種植甜高粱，其莖稈和籽粒可通過固體發酵技術生產乙醇，酒糟可用于燃燒發電，而鎘可從燃燒后的灰燼中加以回收，這樣鎘就從食物鏈轉移到能源鏈中，同時兼顧了生態和經濟效益。研究表明，高粱是一種能有效吸收重金屬的作物，但不同高粱品系吸收重金屬的能力有很大差異。高粱可以耐受一定濃度的Cd，1mg/L以下的Cd處理可以促進高粱的生長和對鐵的運輸，并且沒有明顯的毒害癥狀，在10mg/L的Cd處理下生物量才開始明顯的下降。

發明內容

甜高粱具有豐富的種質資源，不同品種對鎘、鉛的吸收和積累具有很大的差別。本發明針對華南地區典型礦區流域鎘鉛重度污染農田，擬在篩選鎘鉛高耐受和低吸收的優良甜高粱品種的基礎上，構建甜高粱-生物炭原位鈍化聯合修復技術模式，結合下游能源化和資源化技術研發，實現鎘鉛重度污染耕地的安全利用。

本發明的目的是提供一種基于生物炭原位鈍化結合甜高粱種植的安全利用重金屬污染耕地的方法。

本發明要求保護一種安全利用重金屬污染耕地的方法，包括：在所述重金屬污染耕地中加入椰殼生物炭和石灰石，種植鎘鉛低吸收甜高粱品種。

本發明還要求保護一種修復重金屬污染耕地的方法，包括：在所述重金屬污染耕地中加入椰殼生物炭和石灰石，種植鎘鉛低吸收甜高粱品種。

本發明還要求保護一種降低甜高粱鎘和/或鉛含量的方法，包括：在種植甜高粱的土壤中，加入椰殼生物炭和石灰石。